富水砂卵石層明挖隧道基礎處理方案研究

王宇馳

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，城市人口數量的逐漸增加，機動車輛的迅速增長，給城市交通帶來了不便，為了解決城市交通的壓力，提高城市生活的環境，城市選擇修建地鐵工程來緩解交通，提高城市生活質量。在城市地鐵工程中隧道是最重要的部分，在確保地下水流暢通與交通運輸通暢的條件下，為了有效解決富水砂卵石層明挖隧道基礎中地下動水引起細小顆粒，導使隧道基礎產生較大沉降變形的難題，對富水砂卵石層選取專用過水水通道的滿堂加固方案與抽條加固方案進行對比，通過對二個方案地基沉降實測結果對比分析，得出抽條加固方案完全滿足地基沉降工程的需要，此方案是合理的，可以實際運行。

關鍵詞：富水砂卵石層；明挖隧道；基礎處理方案

由于富水砂卵石地層極少處于鐵路工程隧道當中，所以我國關于富水砂卵石地層的研究比較少，缺少成熟的工程經驗。我國對富水砂卵石地層的關注起源于成都地鐵，在成都地鐵中廣泛分布富水砂卵石地層，在隧道完成一斷時間后，會出現滯后沉降、地面塌陷問題，這是因為工程受到富水砂卵石地層顆粒受到外界的影響造成的，導致地鐵砂卵石層產生滯后沉降的現象，所以對富水砂卵石地層進行加固處理是非常必要的。本文以山西中南部鐵路通道-太行山隧道為例，借鑒成都地鐵隧道建設總結的經驗，通過對隧道基礎處于含地下動水的砂卵石地基處理不同方案比較，通過分析現場實測數據，提出有效的隧道工程基礎處理意見。

1 工程概況

山西盛產煤炭，因此山西的鐵路主要以重載煤運為主。山西中南部鐵路通道是我國第一條列車軸重為30噸的重載電氣化鐵路。該鐵路起點山西瓦塘站，終點站為山東省日照市，全程途徑三省十二市，總投資1000億元左右，全程長達1260千米，總隧道全長332千米，其中太行山隧道全長18.125千米，二個單洞單線電氣化隧道，左右間距為30米，行車時速設計為120千米每小時。

太行山隧道露水河受上游水庫蓄水影響，造成河床表面常年干枯現象。此外上游水庫庫底由于受降雨、灌溉以及沿河居民生活用水的排入的影響，致使在勘察期間發現距河床頂面約23～25米左右存在地下水緩流的現象，導致水位隨季節發生明顯變化。

太行山隧道淺埋段地層主要為第四系強-中風化的片麻巖以及全新統沖積砂卵石，其中片麻巖強風化層厚度為5到10米之間，壓強為800千帕，孔隙率約百分之十二。砂卵石層厚度為22到41米之間，卵石成分主要為石英砂巖，壓強為500千帕，質量比為百分之六十一到百分之七十八之間，粒徑約為80到200毫米之間，圓礫含量約百分之十八，主要填充物為中細砂，地層滲透系數約為6微米每秒，孔隙率為百分之三十二。太行山隧道洞身主要位于砂卵石地層中，地下動水穩定水位距離隧道基礎頂面約3米。根據地質條件以及隧道的基本情況分析，隧道結構采用明挖法施工，基坑深度為23.6到25.2米之間。

2 基礎處理設計思路

根據勘察資料可以得出，卵石地層的基底承載力符合隧道基礎承載力的要求，但由于隧道基礎所處的河床卵石地層中含有粉細砂顆粒，容易造成河床下卵石層中的地下水處于流動現象，由于重載列車動載與外界環境的影響，導致卵石層中細小顆粒不斷損壞，出現砂卵石地層蠕動變形的現象，引起隧道沉降或移動的現象，嚴重威脅生命安全，所以必須采取一定的措施，解決存在的危險問題。經過多方案的比較分析，最終決定采取地下水進行疏通，主要思路：一首先對地下水流保通措施，根據隧道基礎地層基本情況采用抽條加固處理，確保固結地層細小顆粒達到要求。二是根據最不利工況對隧道進行結構設計，依據上游水庫情況，采取隧道防水與穩固措施，對隧道結構進行設計。

3 隧道基礎處理設計方案

3.1 隧道基礎地層整體加固方案（滿堂加固方案）

通過采取均勻注漿加固方式，對隧道基礎地層的卵石進行整體加固，使隧道基礎地層的卵石顆粒形成一個整體。為了滿足地下水橫穿隧道的需要，在隧道結構與加固地層之間設置一個2米厚的級配碎石夯實層，作為過水專門通道。此外，隧道結構設計采取最不利工況荷載，運用厚度為1米的鋼筋防水混凝土襯砌結構，滿足工程設計的承受力。

3.2 隧道基礎地層抽條加固方案

采用抽條加固的方式對隧道基礎下的卵石地層進行加固處理，運用間隔布置，其中注漿加固固結寬度為3米，非加固區寬度為2米。固結區是為了確保隧道基礎下地層穩定性，而非加固區則是為了確保過水通道的暢通。所以在設計隧道結構時，一般不考慮基的的均勻性與隧道底部結構設置等。

4 隧道地基沉降實測結果分析

4.1 地基沉降量實測結果

隧道基礎地層砂卵石整體采用抽條注漿加固方式后，對隧道基礎地層沉降量進行實測，得出的結果是加固后基礎沉降趨于穩定狀態，最大沉降量不足2毫米。

4.2 地基沉降結果判定結論

根據鐵路建設關于隧道的要求，應滿足以下幾個條件：一是隧道地基沉降量不得超過5毫米，采用抽條加固地基沉降量不足2毫米，符合要求。二是隧道地基3個月的沉降回歸系數不得低于0.92，采取抽條加固地基沉降回歸系數為0.96，0.96大于0.92，符合規定要求。

5 結語

在富水砂卵石地基處理時，采取抽條加固的方式，便于有效控制隧道地基總沉降量，避免由于外界因素的影響導致富水砂卵石地基層出現地下動水流動、動荷載量受到影響的問題發生。因此，對富水砂卵石地層明挖隧道基礎進行注漿加固處理方案的進一步研究，熟練掌握隧道地基層細顆粒砂卵石加固注漿以及滲流量等參數，確保富水砂卵石地層加固注漿質量，在保證設計要求的同時，確保工程質量安全。

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