某明挖隧道基坑土方回填施工方案設計

奚靈智，潘志玉，楊宇

（1.中國電建華東勘測設計研究院有限公司，杭州311122；2.浙江華東工程咨詢有限公司，杭州311122）

1 引言

為緩解日益凸顯的城市交通壓力，城市的基礎建設更多地選擇地下空間的發展方式。其中，城市地下隧道是地下空間交通基礎建設的主要方向之一[1]。明挖隧道施工技術以其施工機械便捷、施工成本可控，近年來被廣泛應用。

絕大多數明挖隧道基坑都會涉及回填施工。回填土的質量對工后沉降有較大的影響。不少學者對回填土的性質進行了研究。徐大偉和王佳[2]總結對比了回填土的工程性質，提出應以地基承載力和沉降性能來評價回填土的質量。朱培浩[3]通過三軸試驗研究了上海某地區的素填土，結果表明，素填土的承載力低、水穩性較差。萬來玉和張利軍[4]對湖北丹江口地區3 個不同場地進行了回填強夯，并進行了荷載試驗，得出設計合理的強夯施工能夠有效地增大地基承載力。毛靜民等[5]通過人工填土的試驗，得出人工填土如果堆積時間較長且密實均勻，可以達到地基承載力的要求。付魏等[6]分析了某公路路基的填土沉降特性，對填土的壓實度控制標準提出了改進建議。

另外，回填土的施工工藝也取得了不少研究進展，李海龍等[7]對綜合管廊的基坑回填工藝進行了深入的設計和探討，藍劍[8]設計了廈門第二東通道沉管隧道的基槽軟土開挖和回填施工方案，顧偉君[9]、任紅星[10]分別總結了大型的基坑開挖回填土的基槽開挖處理施工方法和軟弱土的施工工藝。盡管已取得大量成果和工程經驗，但針對軟土地區的大型明挖隧道基坑的回填處理和施工研究還相對較少。該問題主要有2 大技術難題：（1）如何降低軟弱土的運輸、堆放成本；（2）如何有效保證基坑開挖回填的質量。本文針對某軟土地區明挖隧道基坑的回填施工，設計了利用改良的開挖軟土進行基坑回填的施工方案，為解決上述技術難題提出了新思路，研究成果對優化大型明挖隧道基坑的回填施工和管理技術具有一定的實踐參考價值。

2 工程概況

某明挖隧道工程位于杭州市文二西路至綠汀路以南，隧道項目里程K1+710～K3+508，總長1 797 m。隧道工程采用明挖法施工，本工程隧道開挖寬度約為27.75～44.20 m，基坑的開挖深度為1.00～15.20 m。該開挖深度范圍內的主要地層有1-2砂質粉土和2-1 淤泥質粉質黏土等，土層主要物理力學參數見表1。

表1 土層主要物理力學參數

其中，2-1 層淤泥質黏土呈流塑狀，具有飽和軟土的典型力學和變形特征。該軟土層引起的構筑物工后沉降往往較大，沉降過大對結構的安全存在隱患，同時在上部靜態和動態荷載的長期作用下，軟土的觸變性和結構性會進一步降低土體強度，并增加構筑物的變形量。

隧道結構采用C35 防水混凝土，混凝土抗滲等級不小于P8，明挖暗埋段采用雙孔雙向六車道斷面的布置方案，結構凈高5.8 m，單孔凈寬13.05 m，隧道結構底板最大埋深約為18.0 m。隧道設計使用年限100 a。

隧道基坑的圍護結構主要采用地下連續墻和SMW 工法樁，局部范圍因強分化砂礫巖及中風化砂礫巖巖面過高，采用TRD 渠式切割水泥土連續墻或鉆孔灌注樁結合攪拌樁止水帷幕。圍護結構設計使用年限2 年，結構安全等級一級。

3 施工準備

由于基坑開挖深度范圍內的淤泥質黏土層、粉質黏土較厚，為充分利用該基坑開挖的土料，減小土方的額外需求量和運輸成本，對于箱體結構頂板1 m 范圍以外的部分，設計了利用生石灰改良開挖土方并回填的施工方案（6%灰土回填）。故需準備以下材料：

1）生石灰：材料的性能指標應滿足CJJ 4—1997《粉煤灰石灰類道路基層施工及驗收規范》中的規定。

2）土：塑性指數12～20，其中，有機質含量不超過10%，可溶鹽含量不超過5%。基層用土內不得有樹根、雜草、垃圾等。粒徑大于20 mm 的土塊不超過10%，且最大粒徑不得大于50 mm，本方案中的土料主要來自基坑開挖土方。

3）水：不含油質，且pH>6。

4 施工方案

4.1 施工流程

回填施工的主要流程：施工準備→灰土拌和→分層回填→拆除支撐→棄塊吊運→碾壓成型。

4.2 灰土拌和

石灰土選用符合要求的材料，根據以往的施工實踐經驗設計石灰、土、水的用量配合百分比，按配合比設計做出來的灰土試件放在規范標準條件下養生，石灰土7 d 無側抗壓強度大于0.6 MPa，壓實度大于98%。根據配合比試驗結果，制訂幾組灰土混合料配合比設計方案，進行分析、比較，選定合適的配合比，并報監理工程師審核批準，確定最終的施工配合比。

根據施工配合比，確定基坑回填填料中所需要加的石灰量，并在干拌完成后立即測定其含水量，然后按體積計算應加水量，依據加水量進行灰土的濕拌。拌和至規范規定的標準為止。

4.3 分層回填

灰土拌和完成后，防水覆蓋，備用，各機械配合向基坑內搭建施工平臺，結合隧道箱體施工進度，在基坑內東段設置兩道灰土施工平臺，在西段設置一道施工平臺，待灰土回填至路床設計標高后，將平臺挖除，并按要求分層回填。

隧道箱體如有結構凹槽，凹槽無法采用大型壓實機械碾壓，應采用人工擊實的方式進行分層回填，擊實厚度小于15 cm。分層回填過程中應檢查灰土回填厚度是否符合規范要求，灰土的人工找平是否符合規范要求。人工夯實應按規范的要求，現場取環刀填料，檢測壓實度，結果滿足壓實度設計要求后方可進行下層土料回填。

4.4 拆除支撐

為保護隧道結構頂部的防水層，防止拆除水平支撐梁時，掉落的石塊砸壞防水層，故在隧道箱體頂面回填50 cm 灰土后，拆除水平支撐梁。

本工程采用破碎錘拆除混凝土水平支撐，考慮施工進度及吊裝運輸，破碎時從水平支撐梁八字撐位置將兩端連接段剪斷，破碎時在破碎處底部放置3 層1 m×1 m 竹笆片，以防混凝土塊墜落時的沖擊力對箱體產生影響。

支撐梁破除前吊車應就位，將要破除的支撐梁兩端吊好，待支撐梁破除后，直接將梁吊出裝車，運離施工現場。

4.5 碾壓成型

水平支撐拆除、殘渣清運完成后，可進行大面積灰土回填，機械壓實。碾壓操作依據分區、分層原則進行施工，壓實標準以設計標準和施工規范確定。

5 試驗結果

依據GB/T 50123—2019《土工試驗方法標準》對基坑開挖范圍內隧道箱體頂部的回填土進行試驗檢測。回填現場進行取土，進行多種試樣的輕型擊實試驗和含水率試驗。試驗結果顯示，隧道基坑回填土的平均最優含水率為15%，平均最大干密度為1.74 g/cm3。

6 結語

隨著城市基礎建設向地下空間發展，城市地下隧道工程越發普遍。相比于建筑基坑工程，明挖隧道基坑具有開挖土方量大，回填土層厚等特點。本工程為減少開挖土方量，設計了改良灰土回填明挖隧道基坑的施工方案，該方案對今后類似的軟土地區基坑回填工程具有一定的參考借鑒價值。