海底隧道廢棄輔道的處理技術(shù)研究

中鐵建工集團(tuán)青島工程有限公司 青島 266061

1 工程概況

在青島市興建海底隧道時(shí)，在海邊附近地段建設(shè)了大量的輔道。輔道長(zhǎng)且深，地處巖石之中。在海底隧道興建完成后，輔道被廢棄。原建筑企業(yè)使用回填與入口混凝土封堵的辦法對(duì)廢棄隧道進(jìn)行封閉。

隨著土地資源的緊張，該廢棄隧道部位上方需要建造多幢36層高層住宅。在地基勘測(cè)中發(fā)現(xiàn)此輔道寬度約為7 m，高度約為9 m，基坑內(nèi)長(zhǎng)度為145 m，貫穿基坑的南北方向，影響3個(gè)主樓的受力，隧道頂部距離主樓垂直距離分別為3 m、6 m、12 m，通過(guò)地基的取樣檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，該隧道不能滿足高層住宅的地基承載力要求。

2 方案比選

2.1 提出方案

小組成員依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況提出3種方案進(jìn)行選擇。

1）從最淺處將隧道進(jìn)行破除，直接將人員及機(jī)械送進(jìn)隧道，在隧道內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，將填充物進(jìn)行置換，達(dá)到填充的目的。

2）在主樓部分進(jìn)行樁基的施工，不必進(jìn)行回填物的處理，也可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。

3）不對(duì)隧道進(jìn)行破除，在隧道上方通過(guò)注漿對(duì)隧道回填物進(jìn)行處理，能夠達(dá)到地基承載力的要求。

2.2 方案比較

1）通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)隧道最淺部分進(jìn)行勘探，發(fā)現(xiàn)在最淺處被大量混凝土填充，且填充厚度達(dá)近5 m，破除難度很大。且觀察潮汐情況，發(fā)現(xiàn)如打開(kāi)隧道，其內(nèi)地下水情況也不容樂(lè)觀，經(jīng)小組協(xié)商討論，決定不采用第一種方案。

2）小組成員通過(guò)考察樁基機(jī)械，發(fā)現(xiàn)在巖石中進(jìn)行樁基施工十分緩慢，與業(yè)主要求的工期相差很大，完全進(jìn)行完樁基施工至少需3個(gè)月以上，業(yè)主工期只有1個(gè)月。故不采用第二種方案。

3）對(duì)隧道進(jìn)行注漿處理，此種工藝比較成熟，但因地下不可知等多種因素，對(duì)施工的質(zhì)量難以估計(jì)。小組討論后認(rèn)為注漿完成后必須對(duì)地基進(jìn)行取芯檢測(cè)，以保證質(zhì)量。

2.3 方案確定

為保證工期及工程的質(zhì)量，經(jīng)過(guò)小組一致討論決定，并經(jīng)過(guò)業(yè)主及勘察設(shè)計(jì)的批準(zhǔn)，決定不對(duì)隧道進(jìn)行破壞，從隧道的上方對(duì)隧道內(nèi)部進(jìn)行填充與注漿處理，為檢驗(yàn)工程質(zhì)量，在注漿工作完成后委托第三方進(jìn)行取芯檢測(cè)。

3 工程重、難點(diǎn)及操作要點(diǎn)

3.1 工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)

1）隧道定位比較困難，只靠勘測(cè)取樣效率低下，且不能準(zhǔn)確定位隧道的位置。

2）隧道地處海邊，受潮汐影響嚴(yán)重，隧道內(nèi)含大量地下水與受潮汐影響滲入的海水，對(duì)注漿影響嚴(yán)重。

3）隧道為北高南低、基坑內(nèi)南側(cè)不封閉，與基坑外側(cè)隧道相連，注漿時(shí)會(huì)造成漿液外流，不僅造成浪費(fèi)且嚴(yán)重影響注漿效果。

4）隧道上部留有空隙，注漿不能達(dá)到空隙區(qū)域，需要先進(jìn)行填充完善后再進(jìn)行注漿[1-2]。

5）隧道在離基坑高5 m處因上部基層為軟弱地質(zhì)，支護(hù)形式為鋼拱架結(jié)合管棚超前支護(hù)，使用潛孔鉆無(wú)法打穿支護(hù)頂棚，故無(wú)法進(jìn)行填充與注漿（圖1）。

圖1 廢棄隧道剖面

3.2 對(duì)于重、難點(diǎn)的技術(shù)處理

1）因隧道定位困難，故使用地質(zhì)雷達(dá)的超聲波探測(cè)進(jìn)行地質(zhì)勘探，將隧道的坐標(biāo)點(diǎn)標(biāo)注在圖紙中進(jìn)行定位。

2）對(duì)于地下水的影響，采用在隧道打孔的方式，因孔口較小，故采用深井泵進(jìn)行抽水，并派專人進(jìn)行監(jiān)督。

3）對(duì)于南側(cè)不封閉的情況，在基坑的最南側(cè)打梅花樁進(jìn)行封堵，使?jié){液不流失，能起到很好的效果。對(duì)于北高南低情況，項(xiàng)目部決定從南側(cè)向北側(cè)注漿，即從低處到高處，通過(guò)壓力層層完善，保證注漿的質(zhì)量。

4）對(duì)隧道上方留有的空隙，采用抽水后立即澆筑混凝土的方式進(jìn)行填充，混凝土采用C15細(xì)石混凝土，加大坍落度為22 mm，并使用長(zhǎng)振搗棒加大混凝土的內(nèi)部流動(dòng)。同時(shí)將主樓部分灌注孔加密，保證灌注的質(zhì)量。

5）鉆孔過(guò)程中若遇到隧道的支護(hù)用鋼拱架、支護(hù)錨桿和超前管棚的支護(hù)形式，為保證進(jìn)度，先使用潛孔鉆將上部巖石打穿至支護(hù)頂棚，再使用地質(zhì)勘探鉆將支護(hù)的頂棚鉆透。

3.3 定位放線

隧道采用地質(zhì)雷達(dá)將隧道位置準(zhǔn)確定位，并將坐標(biāo)標(biāo)注到圖紙中，通過(guò)坐標(biāo)與樓座角點(diǎn)對(duì)應(yīng)，作出平面坐標(biāo)系。利用全站儀將隧道邊線做出。在定位放線中確定隧道的走向、寬度、深度，并根據(jù)隧道的走向做出地質(zhì)勘探，確定隧道內(nèi)回填的情況，依據(jù)地質(zhì)勘探報(bào)告與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的勘察情況，對(duì)方案的準(zhǔn)確性及可實(shí)施性作出明確的判斷。

3.4 南側(cè)隧道封閉

在基坑的最南側(cè)使用φ220 mm潛孔鉆做2排混凝土灌注孔，呈梅花狀布置?；炷凉嘧⒖组g距300 mm，鉆孔完成后進(jìn)行降水。排水量大大減少時(shí)，澆筑C15混凝土并加強(qiáng)振搗。

通過(guò)對(duì)南側(cè)隧道使用混凝土進(jìn)行封閉，在注漿過(guò)程中避免了漿液向南側(cè)的流失，保證了注漿效果。同時(shí)通過(guò)封閉的過(guò)程也加強(qiáng)了隧道的整體性與穩(wěn)定性，為下一步的工作打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5 鉆混凝土灌注孔

使用φ220 mm潛孔鉆從南向北依次鉆孔，并標(biāo)注每孔的高度。此灌注孔也作為降排水孔。混凝土灌注孔在非主樓區(qū)域間距4.50 m，在主樓區(qū)域加密至1.50 m，在鉆孔的過(guò)程中，通過(guò)之前觀察降排水的情況及澆筑混凝土的情況，以及對(duì)地質(zhì)勘查報(bào)告的研究情況，確定鉆孔的位置，現(xiàn)場(chǎng)人員通過(guò)與方案比較，確定鉆孔的排布情況，使空區(qū)部分完全打通。

3.6 隧道內(nèi)降排水

在混凝土灌注孔鉆好后，使用深井泵進(jìn)行隧道內(nèi)降排水的工作，因受潮汐及地下水的影響，降排水工作要持續(xù)進(jìn)行到澆筑混凝土工作前。降排水工作派專人進(jìn)行監(jiān)督，降排水工作量大時(shí)夜間應(yīng)有專人值班。在降水過(guò)程中，每天觀察降排水量，確定每日的深井泵布置數(shù)量。

在基坑最低點(diǎn)處設(shè)置集水池，將排出的水全部收集到集水池中，通過(guò)集水池外側(cè)的沉淀池，將沉淀的水通過(guò)污水泵排入海水中。在排入海水之前要通過(guò)檢測(cè)部門檢測(cè)沉淀的水質(zhì)，合格后方可排入海中。

3.7 澆筑混凝土

降水完成后，使用預(yù)拌混凝土進(jìn)行澆筑，因只是作為填充空區(qū)使用，故對(duì)混凝土強(qiáng)度要求不高，使用混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C15，為增強(qiáng)混凝土流動(dòng)性，采用細(xì)石混凝土進(jìn)行填充，坍落度要求在22 mm以上。澆筑時(shí)為保證混凝土能有一個(gè)壓力，使混凝土能夠更好地流動(dòng)，采用汽車泵進(jìn)行澆筑，并使用長(zhǎng)振搗棒在孔內(nèi)振搗，待將灌注孔灌實(shí)后澆筑即完成。記錄員應(yīng)對(duì)每車每孔都進(jìn)行記錄，并依據(jù)記錄的澆筑混凝土體積與地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行比對(duì)，對(duì)記錄的數(shù)據(jù)分析整理，為下一步鉆混凝土灌注孔提供依據(jù)。

3.8 鉆注漿孔

使用φ110 mm潛孔鉆從南向北依次鉆注漿孔，鉆孔時(shí)依據(jù)方案及地質(zhì)勘查報(bào)告。與混凝土灌注孔相同，注漿孔間距在非主樓區(qū)域?yàn)?.50 m，主樓部分加密至1.50 m。鉆孔鉆透隧道頂部后，使用錨桿機(jī)進(jìn)行花紋鋼管的安放，花紋鋼管長(zhǎng)度要直達(dá)隧道底部，并在花紋鋼管上鉆孔以備注漿使用。鉆注漿孔時(shí)也應(yīng)對(duì)深度進(jìn)行測(cè)量，并與勘察報(bào)告進(jìn)行比較（圖2）[3-4]。

3.9 進(jìn)行注漿

采用凈漿進(jìn)行注漿，水泥漿的水灰比為1∶1，P.O 42.5水泥。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的情況對(duì)注漿的壓力及進(jìn)漿量進(jìn)行調(diào)整。在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置泥漿池進(jìn)行水泥的制備，制備時(shí)采用制漿機(jī)，過(guò)濾后水泥漿液通過(guò)注漿機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的注漿。

注漿時(shí)避免雜物進(jìn)入注漿池，注漿的漿液應(yīng)隨攪隨用，漿液應(yīng)在初凝前注完，如遇到中途停滯階段，注漿作業(yè)再開(kāi)始時(shí)，應(yīng)用水潤(rùn)滑注漿泵及注漿管路。潤(rùn)滑后再進(jìn)行注漿作業(yè)。

注漿自南向北、分兩序進(jìn)行（圖3），第一序進(jìn)行注漿時(shí)，第二序作為排漿液的觀察孔，第二序注漿孔出漿作為終止條件；第二序注漿時(shí)，注漿壓力達(dá)到1.00 MPa以上作為終止條件。

圖2 注漿剖面示意

圖3 主樓鉆孔注漿平面

3.10 試驗(yàn)檢測(cè)

在完成注漿后28 d委托有資質(zhì)的第三方進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的取芯工作，通過(guò)取芯樣品的強(qiáng)度確定最終的地基承載力，經(jīng)過(guò)后期各段及主樓區(qū)域共計(jì)15處取芯樣品的試驗(yàn)檢測(cè)，樣品均超過(guò)設(shè)計(jì)要求300 MPa的地基承載力，現(xiàn)場(chǎng)工作完滿完成。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)驗(yàn)證，方案完全符合設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并得到業(yè)主的認(rèn)可與社會(huì)各方的一致好評(píng)，取得良好的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

4 要點(diǎn)控制

1）每次鉆孔時(shí)要做好記錄，標(biāo)注各層的鉆孔深度。對(duì)數(shù)據(jù)與地質(zhì)勘察報(bào)告進(jìn)行比較，完善方案及下一步的工作。

2）在隧道建造頂部遇到地質(zhì)較差時(shí)，會(huì)使用鋼拱架、支護(hù)錨桿和超前管棚的支護(hù)形式，在使用潛孔鉆時(shí)無(wú)法將支護(hù)結(jié)構(gòu)打穿，必須使用地質(zhì)勘探鉆鉆透隧道的頂部支護(hù)。但地質(zhì)勘探鉆時(shí)間較慢，故應(yīng)依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，先使用潛孔鉆將上部巖石打穿至離支護(hù)頂棚20 cm左右，再使用地質(zhì)勘探鉆將支護(hù)的頂棚鉆透。

3）注漿孔會(huì)遇到漿液將后續(xù)注漿管堵塞的情況，故注漿管不能一次下太多，且不應(yīng)太密集，避免出現(xiàn)漿液堵塞后續(xù)注漿管，造成資源浪費(fèi)。

4）對(duì)每日水泥進(jìn)場(chǎng)量做好記錄，對(duì)每日注漿量做好使用記錄。通過(guò)記錄可了解每日的注漿情況。通過(guò)記錄分析，確定工程量的大小，也可進(jìn)行材料的進(jìn)場(chǎng)控制，避免材料因供應(yīng)量過(guò)多而造成浪費(fèi)。

5）因需要保證主樓的承載力要求，故混凝土灌注孔及注漿孔在主樓范圍內(nèi)應(yīng)加密。方案確定在非主樓部分混凝土灌注孔間距為4.50 m，注漿孔間距也為4.50 m；在主樓區(qū)域進(jìn)行加密，混凝土灌注孔間距為1.50 m，注漿孔間距為1.50 m。確保主樓部分混凝土澆筑的質(zhì)量的穩(wěn)定性。

6）混凝土灌注孔不必拘泥必須居于隧道中間，可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，保證隧道上方空洞全部填塞完成。因在上方距離較遠(yuǎn)，通過(guò)單純的振搗棒振搗并不能完全保證空洞內(nèi)混凝土振搗密實(shí)，只是通過(guò)振搗棒使空洞填塞完成。在后期可通過(guò)注漿，使注漿的漿液將混凝土之間的空隙填塞完成，強(qiáng)度達(dá)到要求[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于海底隧道的廢棄輔道的處理，公司組織人員進(jìn)行攻關(guān)，采用隧道注漿的施工工藝，并通過(guò)大量的實(shí)踐與試驗(yàn)，確保了工程的施工質(zhì)量與工程進(jìn)度，得到了相關(guān)單位的高度評(píng)價(jià)，同時(shí)公司也積累了寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。項(xiàng)目人員通過(guò)總結(jié)，將此課題成果總結(jié)歸納，取得省級(jí)工法及國(guó)家級(jí)建設(shè)工程質(zhì)量管理小組等多種榮譽(yù)。本工藝適用于建筑物地基下方廢棄井道或者廢棄人防孔洞等的填充施工，對(duì)喀斯特地貌的處理也有一定的借鑒價(jià)值。該工法技術(shù)成熟、效果良好，具有廣闊的推廣前景。