浅埋黏土层大跨度隧道施工技术研究

2021-01-10汪长伟

建材与装饰 2020年36期

汪长伟

（中铁十一局集团第五工程有限公司，重庆 400037）

0 引言

在施工技术不断提高的背景下，大跨度隧道工程的数量逐年增加，其隧道的长度范围超过1000m，具有一定施工难度，而且施工环境较为复杂，尤其是浅埋黏土层施工，容易出现各种问题，导致施工单位无法顺利施工从而延误工期造成较大的经济损失。基于此，在施工过程中，施工单位需采用先进的施工方法，对大跨度隧道进行开挖，增强结构的稳定性，降低塌方风险。

1 大跨度隧道施工过程中存在的风险

在大跨度隧道施工中，浅埋黏土层可能会遇到各种困难，若是遇到塌方等情况，将会损坏施工设备，甚至造成大面积的人员伤亡，从而延误工期，使施工单位遭受巨大的经济损失。黏土层作为主要施工环节之一，对施工强度具有一定要求，在开挖过程中，围岩的稳定性较差，而且拱顶沉降将会出现较大波动，使隧道结构的安全性受到影响，若是遇到连续降雨天气，容易出现地表塌陷的情况，从而形成塌腔如图1 所示，直径大约为5m 左右。同时，山体完整度较高，质地坚硬，虽然可以适应多种施工技术，但是具有复杂的内部结构，综合性较低，若是遇到较大的外部应力，围岩结构容易产生脱落的现象，因此需要加固处理围岩，为工程按照计划推进提供保障，特别注意的是，施工人员应当合理掌控操作时机，防止对施工作业产生影响[1]。

在浅埋施工段中，当使用机器设备进行掘进工作时，将会改变结构的内部应力，重新排列整体应力，而且在山体的各个部位将均匀分布应力，若是其承载能力较弱，在分压时就会产生裂缝，围岩出现大面积的裂痕。此外，使用机械设备在掘进时会产生振动，在外部作用下，增加了围岩结构分散的概率，应当引起施工人员的充分重视，选择适合的围岩材料，分析其物理力学参数如表1 所示。

图1 地表塌腔

表1 围岩和支护结构物理力学参数

2 浅埋黏土层大跨度隧道施工技术分类

2.1 双侧壁导坑法

在浅埋段施工过程中，双侧壁导坑法是广泛应用的施工方法之一，其施工工艺如图2 所示，可以合理划分大跨径结构，将其分为小跨径，为施工提供便利，通过将作业面划分为若干个区域，将会极大程度提高施工效率，在施工时需要严格规范各个流程，主要包括以下几点：①施工人员在开始施工前，需要做好准备工作，对围岩结构进行支护处理，避免出现结构失稳的现象，从而降低施工中存在的风险；②在施工过程中，需要对注浆的温度与速度进行合理控制，选择适合的振捣时机，为注浆质量提供有力保障，提高浅埋段的施工质量；③在注浆施工结束后，需要封闭现场，禁止人员进入，确保作业环境处于封闭状态，可以对地质结构起到稳定与保护的作用；④在测量环节中，需要严格按照规定标准，对施工结构进行调整，从而获得准确的测量数据，为施工提供数据支持，确保工程顺利进行，在规定期限内完成施工。

双侧壁导坑法的开挖断面大，上面覆盖着黏土层，洞口段的埋深较浅，需要合理划分隧道断面，为开挖工作的开展提供便利。在挖掘过程中，需要进行闭合成环，一般采用临时支撑的方式，增强开挖过程中的安全性与稳定性。在使用双侧壁导坑法时，需要确保跨度小于导坑高度，可以增强竖向荷载的承受能力，防止出现应力过于集中的情况[2]。

图2 双侧壁导坑法

2.2 中洞法暗挖技术

在大跨度隧道施工中，施工人员可以采用中洞法暗挖技术，其主要施工原理是在中间部位开始施工，使用CRD 法和CD 法进行下道工序的施工，可以极大程度提高施工速度，增强施工中的安全性与稳定性。在施工时需要规范化操作流程，主要包括以下几点：①在对作业区域进行划分时，需要合理控制模块的大小，尽量缩短相邻模块之间的距离，形成若干个小模块进行作业，可以为综合管理提供便利，增强管理效果；②在竖向施工时，需要预留一定的边坡，划分出预留作业区域，确保混凝土浇筑工作顺利完成；③在纵向施工时，可以参考竖向施工，二者之间具有相似性，具体做法为事先预留错位台阶，在衔接过程中利用台阶完成作业，使施工结构更加平稳。

2.3 洞桩法

经过研究人员的不懈努力，研发出洞桩法，与前两种施工技术的不同之处在于，其应用原理是利用分离导洞，对隧道结构进行优化，并且通过分析围岩的现状，可以事先进行支护处理，当稳定围岩结构后，才能开始下道工序，将会对隧道内部结构起到保护作用。从物理角度而言，洞桩法利用力学原理，在施工时不但可以降低对周边的应力作用，防止对周边环境造成影响，而且可以保护边桩结构，为高效施工奠定基础。需要注意的是，洞桩法与其余施工方法相比，需要消耗一定的施工时间，因此，当隧道工程的工期较短时，则不宜使用该方法。

2.4 平顶直墙暗挖技术

在隧道施工中，若是施工环境较为特殊，例如，建筑物不能被损坏，或者地下水位具有较大的波动范围，可以采用平顶直墙暗挖技术，在浅埋段施工时，需要根据当地的施工环境，选择适合的位置，对注浆管进行预埋处理，之后需要测量结构的沉降量，当获得的数值达到数毫米时，可以开始进行注浆施工，确保结构保持在规定范围内。在施工中需要实时观察情况，当发现出现沉降现象时，应当二次进行注浆操作，可以提高结构的综合性能，对结构起到稳定作用。使用平顶直墙暗挖技术的优点在于可以减少损害建筑物，在完成注浆操作后，将会减少沉降量，由此可见该方法具有较高的经济性与实用性，适合大力推广。

3 浅埋黏土层大跨度隧道施工技术的要点

在开始施工前，需要做好前期准备工作，在施工前的半个月内，施工单位需要合理安排人员数量，在确保施工质量的基础上，尽量降低施工中的成本，而且需要详细清点施工材料，提前一个月内进入施工现场，对施工设备进行调试，确保后续工作顺利开展[3]。

在隧道施工中，地表加固是重要的环节之一，施工需要严格按照操作规范进行作业，掌握施工中的要点，主要包括以下几点：①在进行钻孔工作与安装钢管工作时，可以采用42 钢管进行注浆工作，其平均长为3.5m，壁厚为4mm，按照梅花形进行布置；②在浇筑混凝土时，当覆盖层的厚度小于3m 时，需要根据现场情况，确定混凝土的厚度，将其控制在1.5m 内，而且可以将双层钢筋网片设置在混凝土内，确保连接具有良好的牢固性；③在完成混凝土浇筑工作后，需要进行地表注浆工作，由于冲沟岩层的渗水性较强，存在裂缝发育的情况，因此可以采用双液注浆，其中水玻璃与水泥浆液的比例为1:1，波美度为35Be’，模数超过2.5 而低于3.0，在注浆过程中，可以增加适量的添加剂，从而对浆液的胶凝时间进行调整；④在施工中需要进行洞前超前支护操作，可以采用超前注浆管道，加固处理隧道内的结构，并且采用混凝土喷射施工技术，增强围岩结构的稳定性，在完成上述操作后，按照操作规范进行注浆，有利于增强整体施工质量，防止发生不规则沉降现象；⑤需要监测隧道的安全性，检查外观形状，确保安全施工。