某明挖隧道基坑土方回填施工方案設(shè)計(jì)

奚靈智，潘志玉，楊宇

（1.中國(guó)電建華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(chǔ)建設(shè)更多地選擇地下空間的發(fā)展方式。其中，城市地下隧道是地下空間交通基礎(chǔ)建設(shè)的主要方向之一[1]。明挖隧道施工技術(shù)以其施工機(jī)械便捷、施工成本可控，近年來被廣泛應(yīng)用。

絕大多數(shù)明挖隧道基坑都會(huì)涉及回填施工。回填土的質(zhì)量對(duì)工后沉降有較大的影響。不少學(xué)者對(duì)回填土的性質(zhì)進(jìn)行了研究。徐大偉和王佳[2]總結(jié)對(duì)比了回填土的工程性質(zhì)，提出應(yīng)以地基承載力和沉降性能來評(píng)價(jià)回填土的質(zhì)量。朱培浩[3]通過三軸試驗(yàn)研究了上海某地區(qū)的素填土，結(jié)果表明，素填土的承載力低、水穩(wěn)性較差。萬(wàn)來玉和張利軍[4]對(duì)湖北丹江口地區(qū)3 個(gè)不同場(chǎng)地進(jìn)行了回填強(qiáng)夯，并進(jìn)行了荷載試驗(yàn)，得出設(shè)計(jì)合理的強(qiáng)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(yàn)，得出人工填土如果堆積時(shí)間較長(zhǎng)且密實(shí)均勻，可以達(dá)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(duì)填土的壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)提出了改進(jìn)建議。

另外，回填土的施工工藝也取得了不少研究進(jìn)展，李海龍等[7]對(duì)綜合管廊的基坑回填工藝進(jìn)行了深入的設(shè)計(jì)和探討，藍(lán)劍[8]設(shè)計(jì)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(jié)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(jīng)驗(yàn)，但針對(duì)軟土地區(qū)的大型明挖隧道基坑的回填處理和施工研究還相對(duì)較少。該問題主要有2 大技術(shù)難題：（1）如何降低軟弱土的運(yùn)輸、堆放成本；（2）如何有效保證基坑開挖回填的質(zhì)量。本文針對(duì)某軟土地區(qū)明挖隧道基坑的回填施工，設(shè)計(jì)了利用改良的開挖軟土進(jìn)行基坑回填的施工方案，為解決上述技術(shù)難題提出了新思路，研究成果對(duì)優(yōu)化大型明挖隧道基坑的回填施工和管理技術(shù)具有一定的實(shí)踐參考價(jià)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(xiàng)目里程K1+710～K3+508，總長(zhǎng)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(nèi)的主要地層有1-2砂質(zhì)粉土和2-1 淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土等，土層主要物理力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 土層主要物理力學(xué)參數(shù)

其中，2-1 層淤泥質(zhì)黏土呈流塑狀，具有飽和軟土的典型力學(xué)和變形特征。該軟土層引起的構(gòu)筑物工后沉降往往較大，沉降過大對(duì)結(jié)構(gòu)的安全存在隱患，同時(shí)在上部靜態(tài)和動(dòng)態(tài)荷載的長(zhǎng)期作用下，軟土的觸變性和結(jié)構(gòu)性會(huì)進(jìn)一步降低土體強(qiáng)度，并增加構(gòu)筑物的變形量。

隧道結(jié)構(gòu)采用C35 防水混凝土，混凝土抗?jié)B等級(jí)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(jié)構(gòu)凈高5.8 m，單孔凈寬13.05 m，隧道結(jié)構(gòu)底板最大埋深約為18.0 m。隧道設(shè)計(jì)使用年限100 a。

隧道基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要采用地下連續(xù)墻和SMW 工法樁，局部范圍因強(qiáng)分化砂礫巖及中風(fēng)化砂礫巖巖面過高，采用TRD 渠式切割水泥土連續(xù)墻或鉆孔灌注樁結(jié)合攪拌樁止水帷幕。圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限2 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)。

3 施工準(zhǔn)備

由于基坑開挖深度范圍內(nèi)的淤泥質(zhì)黏土層、粉質(zhì)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(yùn)輸成本，對(duì)于箱體結(jié)構(gòu)頂板1 m 范圍以外的部分，設(shè)計(jì)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(zhǔn)備以下材料：

1）生石灰：材料的性能指標(biāo)應(yīng)滿足CJJ 4—1997《粉煤灰石灰類道路基層施工及驗(yàn)收規(guī)范》中的規(guī)定。

2）土：塑性指數(shù)12～20，其中，有機(jī)質(zhì)含量不超過10%，可溶鹽含量不超過5%。基層用土內(nèi)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(zhì)，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(zhǔn)備→灰土拌和→分層回填→拆除支撐→棄塊吊運(yùn)→碾壓成型。

4.2 灰土拌和

石灰土選用符合要求的材料，根據(jù)以往的施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)石灰、土、水的用量配合百分比，按配合比設(shè)計(jì)做出來的灰土試件放在規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)生，石灰土7 d 無側(cè)抗壓強(qiáng)度大于0.6 MPa，壓實(shí)度大于98%。根據(jù)配合比試驗(yàn)結(jié)果，制訂幾組灰土混合料配合比設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分析、比較，選定合適的配合比，并報(bào)監(jiān)理工程師審核批準(zhǔn)，確定最終的施工配合比。

根據(jù)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(cè)定其含水量，然后按體積計(jì)算應(yīng)加水量，依據(jù)加水量進(jìn)行灰土的濕拌。拌和至規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)為止。

4.3 分層回填

灰土拌和完成后，防水覆蓋，備用，各機(jī)械配合向基坑內(nèi)搭建施工平臺(tái)，結(jié)合隧道箱體施工進(jìn)度，在基坑內(nèi)東段設(shè)置兩道灰土施工平臺(tái)，在西段設(shè)置一道施工平臺(tái)，待灰土回填至路床設(shè)計(jì)標(biāo)高后，將平臺(tái)挖除，并按要求分層回填。

隧道箱體如有結(jié)構(gòu)凹槽，凹槽無法采用大型壓實(shí)機(jī)械碾壓，應(yīng)采用人工擊實(shí)的方式進(jìn)行分層回填，擊實(shí)厚度小于15 cm。分層回填過程中應(yīng)檢查灰土回填厚度是否符合規(guī)范要求，灰土的人工找平是否符合規(guī)范要求。人工夯實(shí)應(yīng)按規(guī)范的要求，現(xiàn)場(chǎng)取環(huán)刀填料，檢測(cè)壓實(shí)度，結(jié)果滿足壓實(shí)度設(shè)計(jì)要求后方可進(jìn)行下層土料回填。

4.4 拆除支撐

為保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)頂部的防水層，防止拆除水平支撐梁時(shí)，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(jìn)度及吊裝運(yùn)輸，破碎時(shí)從水平支撐梁八字撐位置將兩端連接段剪斷，破碎時(shí)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(shí)的沖擊力對(duì)箱體產(chǎn)生影響。

支撐梁破除前吊車應(yīng)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(yùn)離施工現(xiàn)場(chǎng)。

4.5 碾壓成型

水平支撐拆除、殘?jiān)暹\(yùn)完成后，可進(jìn)行大面積灰土回填，機(jī)械壓實(shí)。碾壓操作依據(jù)分區(qū)、分層原則進(jìn)行施工，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)以設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)范確定。

5 試驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)GB/T 50123—2019《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)基坑開挖范圍內(nèi)隧道箱體頂部的回填土進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。回填現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取土，進(jìn)行多種試樣的輕型擊實(shí)試驗(yàn)和含水率試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示，隧道基坑回填土的平均最優(yōu)含水率為15%，平均最大干密度為1.74 g/cm3。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)向地下空間發(fā)展，城市地下隧道工程越發(fā)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(diǎn)。本工程為減少開挖土方量，設(shè)計(jì)了改良灰土回填明挖隧道基坑的施工方案，該方案對(duì)今后類似的軟土地區(qū)基坑回填工程具有一定的參考借鑒價(jià)值。