淺埋隧道不良土體加固技術(shù)在施工中的應(yīng)用

摘 要：以蒙華鐵路鄭莊隧道穿越淺埋沖溝段施工為例，通過(guò)不良土體加固技術(shù)，將原設(shè)計(jì)的明挖法施工調(diào)整為暗挖法施工。通過(guò)洞外地表打設(shè)水泥土攪拌樁方案與洞內(nèi)帷幕注漿方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出了水泥土攪拌樁的加固方案，既控制了投資，又取得良好的加固效果。

關(guān)鍵詞：淺埋隧道；不良土體；加固技術(shù)；水泥土攪拌樁

Application in construction of Reinforcement Technology of Adverse Soil Mass in Shallow Buried Tunnel

shu renzheng

（Mengxi-huazhong Railway Co.，Ltd， beijing 10000， China）

Abstract： According to the Zhenzhuang tunnel portal of MengHua Railway crossing shallow buried gully as an example， through the poor soil reinforcement technology， Adjust the open excavation method of original design to the mining method. Through technical and economic comparison of Cement-soil Mixing Pile outside tunnel project and Curtain Grouting in tunnel， The reinforcement scheme of cement soil mixing pile is put forward， Both the control of the investment， and achieved good reinforcement effect

Key words： shallow buried tunne；adverse soil mass；reinforcement technology；cement soil mixing pile

1 工程概況

鄭莊隧道位于延安市延長(zhǎng)縣鄭莊鎮(zhèn)鄭莊村。隧道起訖里程改DK371+811.58～改DK376+147.47，隧道全長(zhǎng)4335.89m，最大埋深195.5m，為單洞雙線(xiàn)隧道。

該隧道在改DK372+850～改DK372+910段穿越淺埋沖溝，原設(shè)計(jì)覆土厚度4.5m～6m，改DK372+850～改DK372+910段地層為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）素填土，上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3pl）砂質(zhì)新黃土，中更新統(tǒng)洪積（Q2pl）黏質(zhì)老黃土。素填土中上層滯水較豐富，滲透系數(shù)為K=0.55m/d，正常涌水量為318m3/d，最大涌水量為636m3/d。隧道圍巖分級(jí)為Ⅵ級(jí)。主要設(shè)計(jì)措施如下：

（1）改DK372+864～改DK372+901采用明挖法施工。襯砌采用路塹對(duì)稱(chēng)式明洞襯砌，臨時(shí)開(kāi)挖邊仰坡及明暗分界處直立面采用噴錨防護(hù)，錨桿采用φ22砂漿錨桿，L-4.0m，間距1.5×1.5m，梅花形布置；噴射混凝土采用15cm厚C25網(wǎng)噴混凝土，鋼筋網(wǎng)采用φ8，網(wǎng)格25×25cm。永久邊仰坡采用骨架護(hù)坡。明洞段回填土石至原地面高度后，鋪設(shè)30cm厚M15漿砌片石。

（2）改DK372+850～改DK372+864段及改DK372+901～改DK372+910段采用Ⅵ級(jí)圍巖復(fù)合式襯砌，開(kāi)挖工法采用三臺(tái)階大拱腳臨時(shí)仰拱法。暗洞施工前拱部120°范圍先施做一環(huán)Φ108超前長(zhǎng)管棚，環(huán)向間距3根/m，長(zhǎng)度40m。

2 現(xiàn)場(chǎng)情況

原設(shè)計(jì)改DK372+864～改DK372+901明挖段與現(xiàn)有地形已發(fā)生較大變化，在線(xiàn)路里程改DK372+836位置刷坡新建一油井，并蓋有庫(kù)房，油氣井距隧道開(kāi)挖邊線(xiàn)25m，導(dǎo)致淺埋長(zhǎng)度已經(jīng)達(dá)到了144m，最小埋深12.96m，詳見(jiàn)圖1。

線(xiàn)路左側(cè)約60m處，地方村民設(shè)置一個(gè)攔水壩，該區(qū)域地處山谷溝口處，下雨存在積水，且隧道穿越段土體含水量大，土體呈松軟狀。

該明挖區(qū)域與設(shè)計(jì)圖紙已發(fā)生較大變化，若仍采用明挖法施工，存在以下困難：

（1）明挖土方量大；明挖棄土需再次征收土地，對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境影響較大，且明挖放坡開(kāi)挖直接影響新建的油氣井，需對(duì)油氣井進(jìn)行征拆，費(fèi)用高。

（2）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)地形埋深已達(dá)到12.96米，明挖施工時(shí)拉槽高度將達(dá)到24.2m，安全防護(hù)方案需調(diào)整，防護(hù)工程量增加，現(xiàn)場(chǎng)施工存在安全隱患。

（3）隧道所處位置地方村民在線(xiàn)路左側(cè)約60m處，地方村民設(shè)置一個(gè)攔水壩，該區(qū)域地處山谷溝口處，雨季施工存在較大的安全隱患。

（4）明挖施工對(duì)山體擾動(dòng)較大，若處理不當(dāng)極易引起邊仰坡及山體失穩(wěn)，發(fā)生山體滑坡、坍塌。

由于明挖法施工在現(xiàn)場(chǎng)不利于實(shí)施，本段施工推薦采用暗挖法施工。由于洞頂主要為素填土及砂質(zhì)新黃土，含水量大，工程地質(zhì)條件差，開(kāi)挖過(guò)程中極易坍塌、冒頂?？傊?，暗挖法施工施作時(shí)拱肩以上圍巖圍護(hù)較為困難。如何加固隧道拱部以上的含水量較大的土體，成為暗挖法施工的成敗的關(guān)鍵。

3 不良土體加固技術(shù)處理方案

（1）洞內(nèi)帷幕注漿加固方案

改DK372+850～改DK372+910共60m拱部主要為素填土及砂質(zhì)新黃土，含水量較高，采用帷幕注漿。采用高壓漿液強(qiáng)行擠壓孔周，使土層劈裂成縫并充塞凝結(jié)于其中，從而對(duì)粘土層起到了擠壓加固和增加高強(qiáng)夾層加固作用。在軟弱土層中增加的高強(qiáng)夾層，將土體分隔包圍，使其整體性和強(qiáng)度大大提高。由于隧道拱部為軟弱層，僅需對(duì)隧道上半斷面進(jìn)行注漿加固。

帷幕注漿方案在本工程案例中優(yōu)缺點(diǎn)如下：

①施工進(jìn)度慢，施工干擾大；

②黃土地層中帷幕注漿實(shí)施難度大，需專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍施工，成本高，經(jīng)濟(jì)性差。

③洞內(nèi)施工，不需要洞外加固方案的場(chǎng)地，對(duì)環(huán)境影響較小。

（2）洞外地表水泥土攪拌樁加固方案

改DK372+850～改DK372+910共60m，寬度為隧道中線(xiàn)左右側(cè)各11m范圍內(nèi)采用水泥土攪拌樁加固地層，水泥土攪拌樁樁徑采用Ф80cm，按等邊三角形布置，邊長(zhǎng)為75cm；加固區(qū)滲透系數(shù)不大于10-7cm/s。水泥土攪拌樁的水泥摻量不小于17%，水灰比宜為0.7～1.0，加固體28d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不宜小于1.0MPa。水泥土攪拌樁加固平面布置詳見(jiàn)圖4；加固深度深入老黃土下0.5m，詳見(jiàn)圖5。

地表打設(shè)水泥土攪拌方案優(yōu)缺點(diǎn)如下：

①需要臨時(shí)施工場(chǎng)地，加固的泥漿對(duì)環(huán)境影響較大；

②可在隧道開(kāi)挖至該處前加固完成，不影響隧道正常施工；

③水泥土攪拌樁施工難度小，加固效果好，且費(fèi)用較低。

（3）經(jīng)濟(jì)比較

4 施工情況

鄭莊隧道目前已經(jīng)成功穿越該淺埋段，施工過(guò)程中未發(fā)生坍塌、冒頂?shù)仁鹿?。圖6為斷面DK372+854水泥土攪拌樁加固效果，由圖可看出，水泥土攪拌樁加固區(qū)土體整體性較好，含水量明顯減少，土體較硬，開(kāi)挖后穩(wěn)定性較好。

根據(jù)開(kāi)挖揭示的土體加固效果，將改DK372+850～改DK372+910圍巖級(jí)別調(diào)整為Ⅴ級(jí)，采用Ⅴ級(jí)圍巖Ⅴc型復(fù)合式襯砌；初期支護(hù)鋼架采用H230格柵，間距調(diào)整為0.5m。超期支護(hù)采用超前小導(dǎo)管；開(kāi)挖工法采用三臺(tái)階法施工。通過(guò)支護(hù)措施及工法調(diào)整，每月掘進(jìn)進(jìn)尺約60m，很大程度提高了工效，節(jié)約成本。

由圖7可以看出，在土體加固后，通過(guò)調(diào)整支護(hù)措施和開(kāi)挖工法，拱頂下沉及周邊收斂均在可控范圍，且均未出現(xiàn)黃色預(yù)警。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）淺埋隧道不良土地通過(guò)地表水泥土攪拌樁預(yù)加固，從加固效果及投資控制，均優(yōu)于洞內(nèi)帷幕注漿方案。

（2）水泥土攪拌樁加固技術(shù)為后續(xù)隧道開(kāi)挖提供了安全保證，從開(kāi)挖揭示的加固區(qū)土地的穩(wěn)定性以及監(jiān)控量測(cè)情況看，該加固措施既保障了隧道施工的安全，又加快的施工進(jìn)度，且使特殊地質(zhì)條件下的淺埋暗挖隧道的施工技術(shù)更加豐富、成熟。

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作者簡(jiǎn)介：

束仁政（1984-），男，學(xué)士，2009年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)土木工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師。