杭州市紫之隧道淺埋暗挖法穿越淤泥質粉質粘土段土體加固方法研究

【摘要】以杭州市紫之隧道土建Ⅰ標淺埋暗挖段施工為例，探討穿越淤泥質粉質粘土段的土體加固措施及實踐過程，并客觀的分析、總結施工中出現的問題及應對措施。

【關鍵詞】淺埋暗挖；淤泥質粉質粘土；土體加固

1、工程概況

1.1工程概況

紫之隧道工程土建第Ⅰ標段，主要工程包括1#隧道明挖段、淺埋暗挖段及之浦路段道路施工。其中，淺埋暗挖穿越淤泥質粉質粘土段為西線K0+792.6～K1+043，計250.4m，東線K0+840～K1+083，計243m，總計493.4m。

該段隧道建設規模為雙向4車道，單洞開挖跨度12.8m，埋深約8～12m，以小角度下穿之江路。

1.2地質概況

該區段隧道洞身主要穿越⑤層，淤泥質粉質粘土：具有高壓縮性、高靈敏度、強度低，易產生蠕動現象，開挖后自穩能力差，易坍塌，地面沉降難以控制， 其主要物理參數如下表。

1.3工程周邊環境

淺埋暗挖段隧道需斜穿之江路，隧道洞頂距地面8-13m。之江路作為杭州西南面一個主要車輛出入口及貨運通道，通過性的重載貨車、大型客車數量多。現狀之江路（江涵路-之浦路）為機動車雙向4車道，道路寬28m，而且道路下方管線非常復雜。

2、設計思路

淺埋暗挖法嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”18字方針。

2.1設計參數

隧道支護根據淺埋暗挖法原理和地形、地質資料，結合相關規范、有限元計算分析和工程類比進行設計：超前支護：φ108×6超前大管棚@30cm，φ42×4注漿小導管@30×300cm。

掌子面加固：13mPVC管全斷面注漿加固，注漿范圍為外輪廓3m。系統支護：采用復合式襯砌，初期支護噴C25砼30m，雙層鋼筋網@20×20cm，I22a工字鋼@50cm，徑向系統小導管φ42×4@100×50，L=350cm；二次襯砌鋼筋混凝土60cm。

2.2作用機理

① 超前大管棚：因該種圍巖洞室無自穩能力，使用超前大管棚，使隧道洞室成形，但由于管棚本身剛度低，長度較長，對變形控制作用有限；

② 超前洞周注漿加固：通過注漿的方式改良加固洞周土體，使著具備一定的土拱效應；

③ 超前小導管：對洞周土體進行二次加固，通過注漿管的注漿作用和土釘錨固加固土體；

④ 初期支護：能快速直接承受土壓力；

⑤ 系統注漿小導管：對洞周土體進行三次加固；所有支護和措施，結合起來，形成強有力的支護系統，確保施工過程的變形和洞室穩定。

2.3施工工法

本工程采用4部CRD法施工，如圖。

2.4 輔助工程措施

淤泥質粉質黏土中淺埋暗挖隧道施工的關鍵是土體的加固改良，確保隧道前方掌子面的穩定。

本工程采用拱部超前Ф108長管棚+Ф42小導管，掌子面13m長PVC中長管對隧道掌子面劈裂注漿。

3、試驗段實施情況及后續方案優化

3.1 現場情況

現場于2014年4月25日開始淺埋暗挖段施工。I標西線為先行洞，采用CRD法開挖，暗挖起點為K0+792.6m。4月30日，I標西線1號導坑已開挖至K0+804m，2號導坑開挖至K0+802m，累計進尺12m。當天18：00，1號導坑K0+804掌子面發生塌方，K0+801處隧道中隔壁出現兩條豎向裂縫，其中一條貫通至上導坑底部。根據監測情況，西線隧道地表累計沉降最大為141.95mm，拱頂累計沉降最大為14.5mm，變形較大。現場立刻停止施工，掌子面噴砼封閉，設置鋼管橫撐等應急措施。

3.2 原因分析

根據現場情況實地查勘和注漿現場取芯，可以發現掌子面加固效果差，未能達到預期要求。通過深入分析，認為主要有如下原因：

（1） 掌子面超前注漿，采用注漿芯管按后退式注漿，在施工過程中，注漿管管口的封閉不嚴實，發生孔口的漿液泄漏，注漿壓力上不去。

（2）注漿鈣塑管由于自身剛度較小，在現場施工時，淤泥質粉質粘土成孔后易發生縮孔，導致鈣塑管無法頂推至設計深度。

（3）現場施工掌子面注漿工藝耗時長，且導坑初期支護封閉需12h～24h，也是導致沉降變形過大的原因之一。

3.3方案優化

（1）洞口30m 大管棚已施作段

東、西線洞口30m 范圍的超前大管棚已施做完成，該30m 范圍開挖輪廓線內和拱底以下3m 范圍無法在地面通過垂直旋噴加固來實施，因此開挖輪廓線兩側和拱頂3m范圍內的土體可在地面進行垂直加固，其余部位則通過水平MJS工法樁進行加固。水平MJS工法樁設計參數：

①樁徑為Ф600mm，樁長L=18m；

②MJS工法樁體固化劑采用 42.5R 復合硅酸鹽水泥，水灰比0.8～1.0，水泥摻量350kg/m；

③樁位布置 1.0m×1.0m，梅花型布置，前后循環考慮搭接3m。

（2）隧道東線K0+870～K1+083m，西線K0+822.6～K1+043m 段

采用地表垂直高壓旋噴樁加固，加固范圍為隧道開挖輪廓線周邊3m。采用二重管高壓旋噴樁，樁徑為Φ600mm，樁長L=16m，采用42.5R復合硅酸鹽水泥，水灰比0.8，Ⅱ區水泥摻量建議值400Kg/m3，Ⅰ、Ⅲ區水泥摻量建議值380Kg/m3。

樁位布置：Ⅰ區：旋噴樁間距800（橫）×900mm（縱），矩形布置，內側緊貼Ⅱ區密排樁布置。其中靠近五浦河最外側一排旋噴樁，在西線K1+000～K1+043段采用搭接布置，搭接長度20cm；Ⅱ區：旋噴樁間距600mm，樁間相切布置；Ⅲ區：旋噴樁間距800（橫）×900mm（縱），梅花形布置，外側緊貼Ⅱ區密排樁布置。

3.4施工要點

①施工過程中應對附近防汛墻、地面、地下管線的標高進行監測，當標高的變化值大于±10mm時，應暫停施工，根據實際情況調整壓力參數后，再行施工。

②在樁底部邊旋轉邊噴射1min后，再進行邊旋轉、邊提升、邊噴射。

③噴射時，先應達到預定的噴射壓力和噴漿 量后再逐漸提升注漿管。中間發生故障時，應停止提升和旋噴，以防樁柱中斷，同時立即進行檢查，排除故障；如發現有漿液噴射不足，影響樁體的設計直徑時，應進行復噴。

④旋噴過程中，對需要擴大加固范圍或提高強度的工程可采取復噴措施，即再噴一遍或兩遍水泥漿。

⑤噴到樁高后應迅速拔出漿管，用清水沖洗管路，防止凝固堵塞。

⑥質量檢驗：旋噴樁施工完成14天、28天，分別鉆孔取芯，作無側限強度檢驗。

3.5土體加固效果總結

從對樁體強度的檢測、洞內掌子面開挖的斷面情況及監測數據的分析，高壓旋噴樁地表加固能夠達到設計預期效果。

4、施工中出現的問題及有效應對措施

4.1加固薄弱區的存在

受地下管線的影響，管線下方的土體未得到加固，局部位置沉降較大，特別是大管徑管道。

應對措施：①通過精確計算后調整旋噴鉆機施打角度，在該類管線周邊施作呈一定角度的高壓旋噴，同時，在穿越毗鄰管線后加大樁體直徑，以最大程度減小盲區面積；②洞內采用小導管注漿進行局部補加固。

4.2地下管線隆起

應對措施：①將部分管線周邊土體加固調整為攪拌樁，以降低加固壓力；②在管線周圍打設2根Φ200的卸壓孔樁，使鉆機噴射過程中通過卸壓孔分散壓力；③跳孔施工④加強監控量測。

4.3洞內開挖面及初支面滲水較大

應對措施：①沿開挖輪廓線外，五浦河一側打設兩排密排高壓旋噴樁止水帷幕②沿隧道橫斷面每隔20m施做一排密排攪拌樁③局部離五浦河較近位置采用雙排井點降水④開挖面滲水較大時，及時初噴掌子面，初期支護復噴前預留排水管⑤做好初期支護與二襯之間的防排水施工，防、排、截、引、堵相結合。

結語：

洞內注漿加固費用低，對地表構筑物多、管線復雜地段以及埋深較深的土體加固尤為適用，但工序多、工藝要求嚴格、操作難度大、占用工期長，往往加固效果不理想、安全風險大。

對于穿越淤泥質粉質粘土土層、大斷面、埋深淺的淺埋暗挖隧道，土體加固效果是確保安全掘進的前提條件，實踐證明，地表高壓旋噴樁進行土體加固的效果明顯，值得借鑒及推廣使用。