浅埋黏土层大跨度隧道施工技术及塌方风险防范

肖章杰

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司，湖南 长沙 410000)

1 工程概况

浅埋黏土层大跨度隧道工程，最大埋深为170 m、开挖断面为180 m、衬砌内轮廓线为14.61 m。根据勘察结果，隧道工程所在土层，岩性主要为含黏土碎石、碎石粉质黏土。该土层在未经扰动时，能够保持较为稳定的状态，但一旦开挖，则很容易造成塌方。经过检测分析可知，该工程的围岩为V级，缺乏自稳能力，而且隧道工程对应的地表上，基本没有植被覆盖，如果施工期间出现降水天气，那么水体就会迅速深入地下，加剧隧道工程作业空间结构的不稳定问题，使得案例工程施工需要面对较高的塌方风险。

2 研究过程

2.1 施工技术难点研究方法

通过对案例工程勘察技术资料以及现场工况进行详细了解，分析现场工况以及技术资料，对此次工程施工中存在的技术难点进行了归纳和总结，完成了对施工技术难点的研究。其中，勘察技术资料是由地质雷法勘察得出。在地质雷达勘察中，所用的屏蔽天线为100 mHz、采集时窗为800 ns、样本点数量为513，最终得到波形图。从波形图可以看出，雷达波的衰减缓慢，说明岩石的密度差异较大，局部软弱且含水量大，为施工技术的实施带来了较大的难度，是工程建设中的施工技术难点。

2.2 塌方风险因素研究方法

在塌方风险因素分析中，研究者选用了模糊综合评价法，对各项风险因素进行了量化分析，由此得出了塌方风险评估结果，实现了对塌方风险因素的研究。在此过程中，研究者根据地质勘察技术资料、现场勘察结果，以及其他相关资料，并考虑到勘察、设计、施工、运营各项工作环节对隧道空间稳定性的影响，构建出了塌方风险因素结构。此后，运用专家法、层次分析法，遵循公式=+，为各个因素进行了赋权。其中，为客观权重；为主观权重；、为分配权重。由此形成了一个完整的模糊综合评价指标体系，通过将现实数据带入该体系中，即可得到风险评估结果，作为风险防范的决策性依据。

3 研究结果

3.1 技术难点

经过上述施工技术研究，得出了案例工程施工技术难点，见表1。

表1 隧道工程施工技术难点汇总表

3.2 风险因素

将现实数据代入到已经确立好的指标评价体系中，得出了判断矩阵。此后，基于该矩阵可以得出，最大特征向量值为6.219、一致性系数为0.035<0.1、一致性指标为0.044<0.1，上述参数均符合要求，因此，矩阵可靠。根据该矩阵，可以得出主观权重集合为[0.4,0.18,0.12,0.05,0.22,0.03]，同时，专家结合现场实际情况以及自身经验，将、取值为0.5，之后得出综合权重为(0.36,0.13,0.19,0.09,0.18,0.05)，最终得到评价集合(0.48,0.57,0.38,0.76,0.36)。根据该评价结果可知，围岩不稳定、埋深浅、地下水涌水、开挖方式不合理、跨度太大、施工水平较差，是造成塌方风险的主要因素。

4 结果分析

4.1 难点解决方案确立

基于上述施工技术难点研究结果，以及导致难点形成的工程工况，制定出了相应的技术难点解决方案，以期实现对施工技术难点的深入研究。围绕第一项难点，即围岩扰动大的问题，运用超前支护施工技术，通过在沉降较大、围岩较为脆弱的施工段，超前构建出管棚，实现对围岩的加固，以提高围岩抵抗施工扰动的能力，同时，选用小导管进行注浆，由此减少支护施工造成的扰动。

对于第二项难点，即埋深太浅问题，使用双侧壁导坑施工技术，结合二次衬砌的跟进，可以增强支护的强度，而且该项施工技术具有良好的渐进性，可以避免开挖速度过快的问题，缓解施工隐患问题。在此过程中，还要加大地质预报探测力度，为施工人员提供有利依据，以便于其及时地对施工技术的实施进行优化调整，更好地攻破技术难点。

对于第三项难点，即开挖断面大、围岩自稳性差的问题，在运用双侧壁导坑施工技术进行是时，需做好临时支撑的构建，尤其要注意检查锁脚锚杆的可靠性，确保各部分支护得以独立成环。此外，在拆除施工时，也要重点关注导洞衬砌闭合情况，增强隧道工程作业空间结构的稳定性。

对于第四项难点，即渗水问题，采用地表注浆施工技术，并运用该项施工技术在地表构建一层混凝土抗渗结构，以改善地表土壤的抗渗性能，缓解渗水问题，同时，在隧道内，运用超前深孔注浆施工技术，构建作业面底层的抗渗层，由此应对地下水向隧道作业面施加的水压，防止地下水大量涌出。此外，还要注意，设置好水泵排水设施，并实施检查渗水情况，且要重点观测渗水点，以免突发性渗水现象出现。

基于大跨度隧道工程在实际施工中存在的各种问题，在工程开挖的整个过程中，需要采用一定的监控措施来对包括围岩在内的各种地质条件和情况进行测量，用以作为判断围岩质量和工程施工质量的主要依据(见表2)。

由于不同等级条件下的围岩存在一定的差异，因而在开展监控测量工作的过程中，对于不同的测量项目应用的测量频率也会不同(见表3)。

在表3中，主要代表量测断面至开挖面的距离，而则表示隧道的跨度。

除此之外，浅埋黏土层对于大跨度隧道施工的影响也比较大，基于浅埋黏土层围岩和支护结构物理力学参数的不同(见表4)，其在实际的施工中面临的风险问题也存在一定的差异。

表2 工程监控测量内容

表3 隧道现场监控量测频率

表4 围岩和支护结构物理力学参数

一些隧道工程在实际的施工建设中会应用到超前支护和初期支护来满足工程的建设需要，在实际的施工过程中，相关人员需要及时明确超前预支护和初期支护数据，才能够更好的保障隧道工程的施工建设成果(见表5)。

表5 超前预支护、初期支护数据

4.2 坍塌风险防范方案确立

坍塌风险因素主要包括围岩不稳定、埋深浅、地下水涌水、开挖方式不合理、跨度太大、施工水平较差这几个方面，而之前的施工技术难点方案设计中，已经针对围岩不稳定、埋深浅、地下水涌水、开挖方式不合理、跨度太大这几个方面，提出了相应的解决办法，因此，在坍塌风险防范方案确立中，主要需针对施工水平差这一因素，制定相应的处理措施。

从根据上来说，施工水平差源于两个方面，即配套机具设备水平不佳和施工人员业务能力不佳。为此，需从这两个方面入手，来制定处理措施，以改善施工现状，促进隧道工程的顺利建成。首先，基于现有经济条件，选用品牌优、性能好的设备机具类型，然后选好供应商，并在设备机具运抵现场后进行性能试验、资料核对，确认无问题后，再准许其入场。同时，在施工使用阶段，要注意做好设备的保养和维护，且要每次使用之前进行调试、检查，确认其性能状态良好后才能正式使用。

其次，加强技术、设计交底，使施工人员能够准确、细致地理解施工组织设计方案，减少错误、不当操作出现的几率，强化施工人员的业务能力。此外，还要在施工前，组织施工人员进行培训，保证其熟悉各项施工技术操作，深入优化其专业水平。最后，需采用旁站、巡检等方式，对施工人员的技术操作进行监督检查，以及时纠正不当、错误操作，控制由此引发的塌方风险，达到塌方风险防范的效果。

表6 建筑物下大跨度浅埋隧道岩层的物理力学指标

5 讨 论

在实际施工中，应用双侧壁导坑法来满足隧道工程的施工需要，能够有效满足大跨径结构的施工要求，也能够对施工中可能存在的风险问题进行一定的控制和调整。基于围岩结构物理参数的不同，在实际应用施工过程中，需要重视围岩结构的支护处理，避免出现结构失稳的情况，并对注浆的温度和速度进行更加合理的控制，以此来提高隧道工程实际的施工质量。

经过上述施工技术、塌方风险防范研究，将得出的技术方案、风险防范方案应用到工程施工中。在现场施工阶段，出现了连续多天降水的天气，隧道工程洞口段出现了一个直径为5 m的小面积塌方，此后并未出现塌方问题。从整体上来看，由于施工中并没有出现此类工况下容易存在的频繁塌方问题，因此，可以说明上述施工技术方案以及风险防范方案比较有效、合理。因此，上述研究方法适用于浅埋黏土层大跨度隧道工程，可以借助此方法进行同类工程的施工技术、塌方风险防范研究，以获得更好的施工组织方案，促进工程施工的顺利开展。

6 预防隧道塌方的有效措施

针对黏土层大跨度隧道工程中存在的风险问题，要想更好的减少隧道塌方的风险，主要可以采取以下几个方面的措施。

首先，针对隧道施工过程中的地质问题，可以在实际施工中做好围岩强度和围岩完整性的探测，并通过加强隧道开挖的观测和跟踪来更好的满足对隧道工程施工现场进行探测的目的。在得到相应的探测结果之后，就可以结合隧道工程的实际情况来对地层进行加固，从而更好的满足防止地面沉降的目的。

其次，通过土体改良措施，能够对巩固和提高隧道工程区域土质的稳定性起到重要的作用。以保证土质稳定性为主要目的，应用浆液灌注的措施，更好的满足土体加固的需要。

在采取以上措施的过程中，隧道工程施工现场的检测需要重点注意对各种监测项目位移速率的监控和有效测量，见表7。在隧道工程建设过程中，需要结合位移速率来确定施工地表路面的沉降量，并将其作为隧道工程开挖的主要依据，减少地表出现起拱破损现象的概率。

表7 位移速率控制基准

7 结 论

综上所述，增强技术措施和有效落实风险防范方案，能够提升隧道工程施工水平。针对具体的技术难点与塌方风险因素进行施工技术的选用以及方案的确立，可以有效降低塌方风险，保障隧道工程建设任务的顺利完成。