淺埋隧道不良土體加固技術在施工中的應用

摘 要：以蒙華鐵路鄭莊隧道穿越淺埋沖溝段施工為例，通過不良土體加固技術，將原設計的明挖法施工調整為暗挖法施工。通過洞外地表打設水泥土攪拌樁方案與洞內帷幕注漿方案的技術經濟比較，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。

關鍵詞：淺埋隧道；不良土體；加固技術；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縣鄭莊鎮鄭莊村。隧道起訖里程改DK371+811.58～改DK376+147.47，隧道全長4335.89m，最大埋深195.5m，為單洞雙線隧道。

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

（1）改DK372+864～改DK372+901采用明挖法施工。襯砌采用路塹對稱式明洞襯砌，臨時開挖邊仰坡及明暗分界處直立面采用噴錨防護，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網噴混凝土，鋼筋網采用φ8，網格25×25cm。永久邊仰坡采用骨架護坡。明洞段回填土石至原地面高度后，鋪設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級圍巖復合式襯砌，開挖工法采用三臺階大拱腳臨時仰拱法。暗洞施工前拱部120°范圍先施做一環Φ108超前長管棚，環向間距3根/m，長度40m。

2 現場情況

原設計改DK372+864～改DK372+901明挖段與現有地形已發生較大變化，在線路里程改DK372+836位置刷坡新建一油井，并蓋有庫房，油氣井距隧道開挖邊線25m，導致淺埋長度已經達到了144m，最小埋深12.96m，詳見圖1。

線路左側約60m處，地方村民設置一個攔水壩，該區域地處山谷溝口處，下雨存在積水，且隧道穿越段土體含水量大，土體呈松軟狀。

該明挖區域與設計圖紙已發生較大變化，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，對當地環境影響較大，且明挖放坡開挖直接影響新建的油氣井，需對油氣井進行征拆，費用高。

（2）現場實測地形埋深已達到12.96米，明挖施工時拉槽高度將達到24.2m，安全防護方案需調整，防護工程量增加，現場施工存在安全隱患。

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

（4）明挖施工對山體擾動較大，若處理不當極易引起邊仰坡及山體失穩，發生山體滑坡、坍塌。

由于明挖法施工在現場不利于實施，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新黃土，含水量大，工程地質條件差，開挖過程中極易坍塌、冒頂。總之，暗挖法施工施作時拱肩以上圍巖圍護較為困難。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鍵。

3 不良土體加固技術處理方案

（1）洞內帷幕注漿加固方案

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

帷幕注漿方案在本工程案例中優缺點如下：

①施工進度慢，施工干擾大；

②黃土地層中帷幕注漿實施難度大，需專業隊伍施工，成本高，經濟性差。

③洞內施工，不需要洞外加固方案的場地，對環境影響較小。

（2）洞外地表水泥土攪拌樁加固方案

改DK372+850～改DK372+910共60m，寬度為隧道中線左右側各11m范圍內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，邊長為75cm；加固區滲透系數不大于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無側限抗壓強度不宜小于1.0MPa。水泥土攪拌樁加固平面布置詳見圖4；加固深度深入老黃土下0.5m，詳見圖5。

地表打設水泥土攪拌方案優缺點如下：

①需要臨時施工場地，加固的泥漿對環境影響較大；

②可在隧道開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，且費用較低。

（3）經濟比較

4 施工情況

鄭莊隧道目前已經成功穿越該淺埋段，施工過程中未發生坍塌、冒頂等事故。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土體整體性較好，含水量明顯減少，土體較硬，開挖后穩定性較好。

根據開挖揭示的土體加固效果，將改DK372+850～改DK372+910圍巖級別調整為Ⅴ級，采用Ⅴ級圍巖Ⅴc型復合式襯砌；初期支護鋼架采用H230格柵，間距調整為0.5m。超期支護采用超前小導管；開挖工法采用三臺階法施工。通過支護措施及工法調整，每月掘進進尺約60m，很大程度提高了工效，節約成本。

由圖7可以看出，在土體加固后，通過調整支護措施和開挖工法，拱頂下沉及周邊收斂均在可控范圍，且均未出現黃色預警。

5 結語

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

（2）水泥土攪拌樁加固技術為后續隧道開挖提供了安全保證，從開挖揭示的加固區土地的穩定性以及監控量測情況看，該加固措施既保障了隧道施工的安全，又加快的施工進度，且使特殊地質條件下的淺埋暗挖隧道的施工技術更加豐富、成熟。

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作者簡介：

束仁政（1984-），男，學士，2009年畢業于安徽工業大學土木工程專業，助理工程師。