隧道下穿富水软弱不均匀地层沉降控制技术的创新与应用①

柏江源

(湖南高速铁路职业技术学院 湖南衡阳 421000)

在我国社会经济不断发展的大背景下，我国的城市化进程不断加快。城市中的机动车保有数量和建筑密集程度不断上升，现有的路面交通和地表土地资源已经不能满足城市日益拥挤的环境。因此为了缓解城市地面交通压力和土地资源使用压力，必须通过开挖隧道的方式进行缓解。但是，在越来越复杂的城市环境中，隧道开挖施工面临的困难也越来越多，施工环境和施工条件也更为复杂。因此，笔者在本文中将探讨隧道下穿富水软弱不均匀地层过程中的沉降控制技术。

1 相关处理方法与要点

1.1 隧道下穿建筑物沉降控制方面

全断面帷幕注浆的施工方法对提升风化花岗岩强度具有一定的作用，但是，对于隧道上方的建筑物的提升作用较小；在下穿隧道的施工过程中，施工区域内的围岩石地层变形对于隧道施工过程中的安全性控制是重要的关注点之一；在隧道施工区域将穿越城市密集的建筑群时，通过洞内和地表对地层进行加固作业是整个施工流程中的关键性步骤。

1.2 软弱围岩隧道施工地表沉降控制方面

在不同的预加固强度、开挖进尺条件下，隧道产生的沉降将有较大的差异；在该类施工情况的沉降控制技术方面，通过采用大管棚超前支护技术对于沉降的控制有显著的作用；在隧道施工范围涉及到富水复合地层时，具体沉降情况将受到诸多因素的影响；在富水砂质等复杂地形条件下进行隧道施工时，采用地面井点降水的施工技术可以有效地控制隧道的沉降过程。

以上各类隧道施工的技术方法和要点，主要针对的施工情形为地层近似水平均匀分层的情形，如果将上述方法应用于地层特性不均匀以及地下水水位较高的沿海城市的隧道施工，虽然有一定的借鉴和参考意义，但是无法直接运用。因此笔者将在下文中详细探讨隧道下穿富水软弱不均匀地层的沉降控制方案和技术。

2 常见的地表沉降控制技术适应性分析

在富水软弱地层区域进行隧道施工，进行地表沉降的控制主要从两个方面进行。其一是洞内措施，其二是地表控制措施。

2.1 洞内控制措施

在洞内措施中，主要有超前管棚支护技术、全断面注浆加固技术、增设临时仰拱技术以及径向注浆加固技术。超前管棚支护技术主要适用于砂土质地层以及极破碎岩体地层，通过该种技术的运用主要可以较为有效地对地表沉降进行控制，除此之外还能够保障隧道开挖过程的安全。在施工难度方面，该技术通常情况下对施工工艺要求不高，施工过程较为简单，普及性较好。针对富水软弱地层的适应情况，该技术适应情况良好。洞内措施中的全断面注浆加固技术主要适用于较为软弱和松散的地层情况。在加固效果方面，该技术主要用于优化洞内施工过程中的施工环境。施工过程中如果洞内地层水出现大量流失情况，进而就会导致地表建筑物出现沉降的概率大大增加，采用该种方法可以对沉降进行有效控制，且施工难度较低。全断面注浆加固在施工实践中均采用机械施工的方式进行，施工速度较快，易于控制施工周期。该种技术手段在对富水软弱地层的隧道沉降控制中具备较高的适应性。增设临时仰拱的施工技术主要适用于软弱、破碎且无水地层，其产生的加固效果主要在于可以有效控制隧道开挖活动引起的地表沉降。但是，增设临时仰拱的施工方法相较于前述两种施工方法而言施工工艺较为复杂，施工周期较长，在工期较为紧张的隧道工程中可能出现影响进度的情况，且该种施工技术对于富水软弱地层的施工适应性较差。径向注浆加固的施工技术主要应用于的软弱或松散的地层结构，该技术产生的加固效果主要为可以及时进行初支背后回填注浆，在施工后的沉降控制方面作用较为明显。除此之外，还可以对下端面基础进行有效加固。该种技术施工过程涉及的工艺较为简单，实施较为便利，但是该种施工技术在应用于富水软弱地层时的适应性较为一般。

2.2 地表沉降控制技术

在地表沉降控制技术中主要包含旋喷桩隔断墙施工技术和建筑物周边地层注浆技术。旋喷桩隔断墙施工技术主要应用于淤泥质土以及粘性土地层。该种施工技术可以对施工区域内的周围土体的水平位移情况进行有效控制，通过控制周围土体的水平位移可以减少隧道开挖对周边建筑物产生的不利影响。该种施工技术需要运用的机械设备较为简单，施工实践中管理较为便利，施工工艺较为简便。该种施工方案对于富水软弱地层的适应性较好。建筑物周边地层注浆施工技术主要应用于破碎软弱富水地层区域，通过该种施工技术的运用可以对隧道施工范围内的地表建筑物沉降进行有效控制。但是，在运用该方法的过程中，如果对注浆的压力把握不准确，可能会对周边建筑物的基础产生不利影响甚至破坏。该种施工技术对施工工艺的要求不高，实施过程较为简便，该种施工技术对富水软弱地层的适应性较好。

3 案例分析

3.1 案例基本情况

该工程南北主线为分离式的三车道隧道，埋深为10～30m，总长度约为3km。该隧道的施工范围将涉及到穿越全、强、中风化构造岩、碎裂岩以及变质砂岩，穿越区域地质条件较差，稳定性不足。除此之外，该隧道施工范围距离大型水库较近，因此施工范围内的地下水埋藏较浅且极为丰富。隧道施工范围内除有各类大量建筑物集群外，还将穿越一处古建筑，因此，该项工程的施工环境较为复杂。

3.2 沉降控制方案选择

首先，该工程运用了超前小导管支护技术。将超前小导管在拱部150°的范围内设置，管长为4.5m，环向间距为0.5m，纵向间距为3m；基于该工程的实际情况，采用了单浆液进行注浆，水灰比为1比1，将初压控制在0.5～1.0MPa，将终压设定为2.0MPa。其次，该工程选用了上半断面帷幕注浆技术。全断面挂网喷射厚度为20cm的混凝土将掌子面进行封闭，其后与搭接段共同构成止浆岩盘。开孔直径设定为115mm，将无缝钢管进行埋设使之成为孔口管。每循环的纵向长度为30m，搭接6m。在注浆的浆液材料选择方面，根据工程实际情况采用了水泥浆液、水玻璃浆液两种。采用了先上后下，先内后外的注浆顺序。

4 结语

本文对若干沉降控制技术对隧道下穿富水软弱不均匀地层时的适应性进行了分析。在该类地质区域施工时，可以选用上文中适应性较强的沉降控制技术和方案。地层近似水平均匀分层情形的处理方式不可以完全适用于富水软弱不均匀地层沉降控制。