胡文亮

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400015）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，山嶺城市的建設(shè)多需進(jìn)行山坡開(kāi)挖、溝地整平，在后期開(kāi)發(fā)城市地下交通空間過(guò)程中，受周邊既有環(huán)境和規(guī)劃的制約，以隧道形式穿越溝谷回填土的工程不可避免[1]。目前，隧道穿越回填土區(qū)圍巖穩(wěn)定性差、土層加固質(zhì)量差、受地下水影響敏感、變形難以控制等復(fù)雜技術(shù)因素成為巖土工程界難題，國(guó)內(nèi)研究人員結(jié)合實(shí)際工程，針對(duì)不同方面進(jìn)行了一定程度的探索研究。馮儉華等[2]依托重慶軌道交通10號(hào)線下穿土層的區(qū)間隧道，分析暴雨對(duì)隧道支護(hù)體系受力的影響程度。宋上明等[3]從土層降水、初期支護(hù)及隧道樁基礎(chǔ)等方面對(duì)土層隧道施工技術(shù)做出研究。陳京賢[4]在研究重慶軌道交通環(huán)線區(qū)間隧道下穿土層時(shí)，提出了控制地表沉降的技術(shù)。還有學(xué)者[5-12]結(jié)合隧道下穿回填土層的實(shí)際情況，從超前加固、土層加固、降雨深入、掌子面穩(wěn)定等方面做出了探討。這些多是建立在軌道或鐵路中的小斷面隧道，而市政工程中常采用雙向6車道大斷面隧道。土層中修建大跨隧道難度更大，本文依托工程實(shí)例進(jìn)行研究分析，可為后期類似工程提供參考。

1 工程概況

甘悅大道渝北段隧道工程西起雙龍湖立交，東至城南立交，為城市主干道，全長(zhǎng)2090m，設(shè)計(jì)車速60km/h。隧道采用上、下行分離式雙向6車道，按新奧法原理設(shè)計(jì)，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。根據(jù)地勘資料，隧道設(shè)計(jì)里程起點(diǎn)k0+230.22～230.0段原始地貌為沖溝，后期由于城市建設(shè)，3年內(nèi)在沖溝處進(jìn)行了不間斷建筑棄渣回填，并夾雜著生活垃圾?；靥钔翆雍穸燃s30～60m，土體自身固結(jié)沉降尚未完成，圍巖等級(jí)為VI級(jí)，洞頂覆土厚度20～30m，洞室上部覆土荷載較大（圖1）。

圖1 隧道穿越回填土段地質(zhì)剖面圖

該土層隧道相類似案例國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，類似工程案例多為穿越老土隧道，而該工程從松散的棄渣區(qū)暗做穿越施工，風(fēng)險(xiǎn)及難度極大。穿越區(qū)段土質(zhì)為棄渣土體，含有建筑垃圾，土質(zhì)非常松散，粒徑大小不均，局部土體自身固結(jié)沉降未完成，需加強(qiáng)土層段隧道支護(hù)措施，保證工程安全。

2 暗挖關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)思路及流程

2.1.1 技術(shù)思路

新建回填土由于其固結(jié)沉降未完成，土體孔隙率較大。首先，對(duì)隧道穿越區(qū)周邊土體進(jìn)行預(yù)加固，保證開(kāi)挖后隧道周邊土體穩(wěn)定，以便進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)安裝。其次，新近回填土中大跨隧道洞室穩(wěn)定性在空間及時(shí)間上都很差，為保證施工安全，開(kāi)挖斷面應(yīng)盡量小，且開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行大強(qiáng)度的支護(hù)，采用分部較多、分塊較小的開(kāi)挖工法（雙側(cè)壁導(dǎo)坑法），開(kāi)挖后較強(qiáng)的拱架（雙層拱架）支護(hù)在最短的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。最后，新近回填土基礎(chǔ)承載力差，且沉降變形大，必須進(jìn)行基礎(chǔ)處理（鋼管樁）以保障結(jié)構(gòu)永久穩(wěn)定。

2.1.2 施工流程

超前土體預(yù)加固→分部小斷面開(kāi)挖及拱架支護(hù)→基礎(chǔ)施工→永久隧道二襯結(jié)構(gòu)。

2.2 超前支護(hù)及預(yù)加固

2.2.1 超前雙層管棚預(yù)支護(hù)

在拱頂、拱墻及拱腳范圍內(nèi)，采用雙層φ180壁厚10mm大管棚對(duì)隧道斷面進(jìn)行預(yù)支護(hù)，管棚環(huán)向布置間距40cm，內(nèi)外層間距30cm。通過(guò)雙層管棚注漿，按管棚擴(kuò)散半徑0.5m計(jì)算，其加固區(qū)厚度可達(dá)1.2m，管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠提高其抗彎承載力。土層段管棚施工鉆頭下垂度難以控制，單段超前管棚縱向間距不易過(guò)大，該工程取40m，相鄰管棚搭接長(zhǎng)度不小于5m，管棚分節(jié)處設(shè)置管棚工作室（圖2）。

圖2 隧道雙層超前大管棚布置圖

大管棚外插角按1°～3°進(jìn)行控制，采用C30水泥漿或水泥砂漿。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：終壓下注漿量小于0.1L/min，持壓10min即可。管棚施做時(shí)，先施工環(huán)向奇數(shù)號(hào)管棚，并注漿，再施工環(huán)向偶數(shù)號(hào)管棚，以便檢查注漿質(zhì)量及采取后補(bǔ)漿措施。

相比常規(guī)單層管棚，雙層超前大管棚注漿后加固區(qū)更大，兩層管棚之間土體的加固效果能夠得到保障，可有效防止周邊巖土坍塌。雙層管棚加固范圍更大，使得加固體具有更高的承載力。

2.2.2 全環(huán)系統(tǒng)小導(dǎo)管超前加固

隧道拱腳以上拱墻部分將常規(guī)的系統(tǒng)錨桿替換為系統(tǒng)小導(dǎo)管，系統(tǒng)小導(dǎo)管沿隧道縱向與隧道軸線成45°夾角布置，單榀長(zhǎng)度6.0m，環(huán)向間距0.4m，縱向間距1.0m。拱底預(yù)加固采用8m長(zhǎng)Φ50超前小導(dǎo)管，施工時(shí)沿隧道縱向45°外插角打入圍巖進(jìn)行注漿加固。此種布置方案可提前加固掌子面前方土層，提高掌子面開(kāi)挖后成洞的穩(wěn)定性（圖3、圖4）。

圖3 隧道系統(tǒng)小導(dǎo)管超前加固襯砌圖

圖4 隧道系統(tǒng)小導(dǎo)管超前布置圖

注漿前先噴射一層混凝土封閉圍巖形成止?jié){盤，由下向上注漿。單孔注漿時(shí)，其漿液必須充滿鋼管及周圍空隙，注漿量及壓力根據(jù)試驗(yàn)效果確定，并根據(jù)不同的地層選擇電動(dòng)硅化注漿或劈裂注漿。

土層隧道系統(tǒng)錨桿設(shè)置為超前系統(tǒng)小導(dǎo)管，不僅可替代系統(tǒng)錨桿，還起到超前加固的作用。小導(dǎo)管加固可實(shí)現(xiàn)洞內(nèi)注漿，增加圍巖自穩(wěn)時(shí)間，縮小因開(kāi)挖變形產(chǎn)生的松弛區(qū)，減小初支及二襯受力。同時(shí)，注漿封閉了地下水滲流通道，具有封水堵水效果，保障了隧道的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)安全。

2.2.3 高壓旋噴樁注漿

在隧道上方地表可以進(jìn)行施工作業(yè)段落，采用高壓旋噴注漿法加固隧道周邊巖土，注漿范圍為隧道洞頂至地表，隧道仰拱以下6m，隧道兩側(cè)外緣各5m。注漿體成樁φ1.0m，間距1.0m×1.0m，縱橫向梅花形布置。施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定旋轉(zhuǎn)、提升速度等施工參數(shù)，采取檢查、取芯等方法檢驗(yàn)加固效果（圖5、圖6）。

圖5 隧道高壓旋噴樁加固襯砌斷面圖

圖6 隧道高壓旋噴樁布置圖

高壓噴射注漿的全過(guò)程包括鉆機(jī)就位、鉆孔、置入注漿管、高壓噴射注漿和拔出注漿管等基本工序。高壓旋噴宜選三管法或多管法，自下而上進(jìn)行，鉆孔位偏差值應(yīng)小于50mm，并保持垂直。當(dāng)注漿管不能一次提升完成而需分?jǐn)?shù)次卸管時(shí)，卸管后噴射的搭接長(zhǎng)度不得小于100mm。

高壓旋噴加固土體利用高壓將漿液與土粒強(qiáng)制攪拌混合凝固形成固結(jié)體，與地表注漿法相比，加固后土體強(qiáng)度更高、巖土自穩(wěn)能力更好。

2.3 雙層拱架支護(hù)

回填土隧道洞室周邊圍巖幾乎無(wú)自穩(wěn)能力，周邊巖土應(yīng)按荷載考慮，施加到隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)上。為保障隧道初期支護(hù)的強(qiáng)度及剛度，土層段隧道初期支護(hù)采用雙層鋼支撐支護(hù)：第一層型鋼支撐體系為HW250全環(huán)鋼拱架，縱向間距50cm，掛網(wǎng)噴射30cm厚C30早強(qiáng)混凝土；第二層型鋼支撐體系采用工18全環(huán)鋼拱架，掛網(wǎng)噴射20cm厚C30早強(qiáng)混凝土。

圖7 隧道雙側(cè)壁七部開(kāi)挖斷面圖

初期支護(hù)應(yīng)隨開(kāi)挖一榀一支護(hù)，在拱架關(guān)鍵受力部位采用兩排鎖腳長(zhǎng)導(dǎo)管進(jìn)行固定。

土層大斷面隧道須有較強(qiáng)的初支結(jié)構(gòu)，將初支結(jié)構(gòu)分為兩層拱架，可以減小每次安裝時(shí)拱架的重量。與采用單一拱架結(jié)構(gòu)相比，具有施工便捷、初支早封閉的優(yōu)勢(shì)。

2.4 七部開(kāi)挖工法

土層隧道自穩(wěn)能力極差，按化大斷面為小斷面的思路，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分為七部分：先開(kāi)挖一側(cè)導(dǎo)坑，分為上下臺(tái)階法進(jìn)行，再開(kāi)挖另一側(cè)導(dǎo)坑，最后開(kāi)挖核心土。每個(gè)部分都進(jìn)行支護(hù)封閉，開(kāi)挖方式主要為機(jī)械輔助人工。在隧道開(kāi)挖前，采用塑料錨桿預(yù)加固，防止掌子面坍塌。

每一開(kāi)挖步序均應(yīng)在預(yù)支護(hù)完畢后進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺不能超過(guò)0.5m。導(dǎo)坑開(kāi)挖的每個(gè)臺(tái)階長(zhǎng)度控制在3～5m，使初支結(jié)構(gòu)盡快成環(huán)，二次襯砌結(jié)構(gòu)緊跟，充分發(fā)揮支護(hù)結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)。

雙側(cè)壁七部導(dǎo)坑法雖然開(kāi)挖工序復(fù)雜，但在施工過(guò)程中分塊較小，有利于掌子面穩(wěn)定。同時(shí)，各個(gè)分塊部分都是在開(kāi)挖后各自閉合的，施工過(guò)程中圍巖變形很小，可減小對(duì)地表的影響。

2.5 微型鋼管樁地基

由于仰拱底部土層較厚，最大厚度約30m，土體松散，土體自身固結(jié)沉降未完成，在隧道基底設(shè)置鋼管樁，提高地基承載力并防止運(yùn)營(yíng)期隧道沉降。鋼管樁采用φ203壁厚6mm的無(wú)縫鋼管，鋼管樁內(nèi)設(shè)置鋼筋籠并填充C30細(xì)石混凝土。鋼管樁設(shè)置溢漿孔，孔徑10mm，間距1.5m×1.5m梅花型布置，用于密實(shí)鋼管樁與周邊土體之間的縫隙。在仰拱底部分預(yù)留后補(bǔ)漿孔，防止拱底土層的固結(jié)沉降導(dǎo)致隧道仰拱脫空。

圖8 隧道土層地基基礎(chǔ)處理斷面圖

樁孔定位偏差在25mm以內(nèi)，樁身傾斜偏差＜1.0%。施工須采用跳樁分別實(shí)施，深厚新近回填土層中成孔效果差，容易發(fā)生塌孔，應(yīng)采用跟管施工工藝。

微型鋼管樁施工機(jī)具小，適應(yīng)于隧道內(nèi)空間受限工況，且施工快捷、循環(huán)周期短，在新近回填土層中便于成孔，加固效果好并能夠迅速提供支撐。

2.6 隧道監(jiān)控量測(cè)

根據(jù)隧道監(jiān)控量測(cè)，在隧道拱頂及側(cè)墻的初支拱架上均設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，得到拱頂最大沉降量約為108mm，量測(cè)收斂最大值為55mm，隧道變形量均在預(yù)留變形量150mm內(nèi)，隧道支護(hù)保障了施工過(guò)程的安全。

3 結(jié)論

該項(xiàng)目隧道工程下穿新近回填區(qū)段順利通過(guò)，針對(duì)大跨隧道穿越新近回填土區(qū)應(yīng)重點(diǎn)控制以下幾個(gè)方面：

（1）新近回填土層自穩(wěn)能力差、易坍塌，雙層管棚加固范圍大、剛度大，可有效防止塌方。采用超前全環(huán)預(yù)注漿加固，周邊土體可形成承載拱，發(fā)揮其自穩(wěn)效應(yīng)；

（2）隧道圍巖注漿或旋噴加固時(shí)，均應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)不斷調(diào)整注漿參數(shù)，以獲得較好的土層加固效果；

（3）采用微型樁對(duì)回填土區(qū)域進(jìn)行隧道地基處理，便于在隧道內(nèi)施工，且施工快捷；

（4）新近回填土很難形成承載拱效應(yīng)，采取雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等分部小斷面導(dǎo)洞開(kāi)挖方案，能及時(shí)封閉，減小施工對(duì)地表的影響。