超深淤泥質下穿隧道再生材料圍堰關鍵技術研究應用

陳彥軍

摘 要：該項目為灞河下穿明挖隧道，是十四運會重難點項目。隧道全長2896m，下穿600m全寬主河道，隧道距橡膠壩壩體不足100m，隧道底界距淤泥層頂約14m淤泥，淤泥沉淀時間短，呈軟塑～流塑狀，超深泥流態淤泥開挖圍護難度大，可參考經驗少，通過總結研究及實踐，攻克了關鍵技術難關，提高了施工效率，節約了投資，保證了安全質量及工期。

關鍵詞：乒乓球;顯示動力學理論;新材料;碰撞動力學

中圖分類號：U655.5 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）05-0173-04

Research and Application of Key Technologies of Reclaimed Material Cofferdam for Ultra-deep Muddy Undercrossing Tunnel

Chen Yanjun

（Shaanxi Railway Institute，Weinan 714099， China ）

Abstract：This project is an open-cut tunnel under the Bahe River， which is an important and difficult project of the 14th National Games. The total length of the tunnel is 2.896 kilometers， which passes through the main river channel with a width of 600 meters. The distance between the tunnel and the rubber dam body is less than 100 meters， and the bottom boundary of the tunnel is about 14 meters away from the top of the silt layer. The silt has a short settling time， which is in the form of soft plastic ～ flowing plastic. It is difficult to excavate and protect the ultra-deep mud flow silt， and there is little reference experience. By summarizing the research and practice， the key technical difficulties have been overcome， the construction efficiency has been improved， the investment has been saved， and the safety quality and the construction period have been guaranteed.

Key words：underpass tunnel; Ultra-deep silt; Enclosure; work efficiency

西安浐灞生態區灞河隧道隧道下穿600m全寬主河道，主線設計總長2896m，雙向六車道，并在過河段設置緊急逃生通道及綜合管廊，隧道斷面為矩形單箱三室，鋼筋混凝土結構，空間高度為6.2m，隧道采用明挖工藝。該項目隧道2020年3月份中標，計劃2021年6月份竣工通車。

1 項目面臨的重難及需攻克的關鍵技術

（1）灞河因城市景觀需求，在下游位置設置了橡膠攔水壩進行蓄水，在壩體一側，形成了平均深達到7m以上的淤泥，因淤泥沉淀時間短，表面呈泥流態，不能作為圍堰的直接持力層，即使是加固淤泥層，機械無法直接在淤泥層頂部施工。

（2）隧道設計位置距橡膠壩壩體較近（約 75～120m），隧道底界距淤泥層頂約14m，隧道采取明挖開挖方式并下穿主河道，且灞河底下的土層是粉質粘土與細、中砂交替出現，存在承壓水，開挖基坑易產生基坑突涌，類似可參考經驗少，需要多種工藝的相互結合才能有效解決圍護安全，其設計及施工難度大。

3）該項目為2021年十四屆運動會主會場重要通道，從設計、施工至通車不足15個月，且要面臨至少2個汛期影響，工期要求緊，業主同時提出圍堰施工利用建筑再生資源，降低總造價，更增加了設計施工難度，因此科學合理的設計技術及施工方案的有效運用直接決定著是工期及總投資。

2 再生材料圍堰設計攻關及技術研究

2.1 圍堰設計原則總體思路

本工程圍堰使用年限為 1 年，圍堰高度小15m，圍堰的級別均為 4級。圍堰類型為土石結構，圍堰工程洪水標準為 20 年一遇。圍堰在設計前，綜合考慮了工程使用要求、場地特點、地形地質、施工的便利性和施工工期、總投資等情況，滿足了防洪、地基承載力、抗滲及變形、邊坡整體穩定、地基承載力和抗滲等多方面要求。

2.2 圍堰設計的工藝設計思路

將施工范圍內的表層浮土和水草、雜物等清除干凈，清淤 1m 深，采用綜合擠淤法，將剩余 5～6m 的淤泥置換;對采用再生材料建筑垃圾部分，根據建筑垃圾填筑深度，建筑垃圾材料本身應滿足設計要求，若不滿足采用旋噴樁或注漿改良建筑垃圾土體性質，剩余淤泥采用旋噴樁進行加固。然后在圍堰坡腳施工格賓石籠，圍堰主體分層填粘性土，至設計高程后施工隧道圍護結構，開挖基坑，施工隧道，最后基坑回填，拆除圍堰，恢復堤岸。如圖2所示。

2.3 圍堰再生材料設計研究論證

為節約造價及再生資源的利用，對建筑再生材料運用到圍堰施工中進行了重點研究論證。根據圍堰規模，壩體最終填筑高度最大為8.5m，壩頂寬度為4.0m，壩底寬度為33.75m，淤泥層總厚度為7.0m，擬用建筑再生材料換填的淤泥厚度為2.5m，寬度為20.9m。經計算，壩體重力考慮安全系數μ=1.2，壩體所需承載力。因此拋石及建筑垃圾所需提供承載力不應小于120 kPa。建筑再生材料重力;假設壩體重力全部由已換填的建筑再生材料及淤泥加固系統承擔，淤泥加固系統采用φ600mm旋噴樁或攪拌樁，需梅花狀布置。

2.4 圍堰再生建筑材料工藝設計優化

考慮間距為1.1m，長度為7.5m，其中7m（含2.5m建筑垃圾層旋噴樁或攪拌樁加固）插入整個淤泥層，0.5m插入相鄰砂層中。建筑再生材料下單延米所需旋噴樁個數n=20.9/1.1=19;旋噴樁/攪拌樁自重G3=π/4×0.62×7.5×21×25kN/m3=1006.7625kN;單延米旋噴樁/攪拌樁端總面積S=π/4×0.62×19=5.3694m2;安全系數μ=1.2;樁端所需承載力q=μ（G1+G2+G3）/S=1.2×（3209+1045+1006.7625）/5.3694=1175.72kPa≤qPa中砂層=1200kPa。經優化計算，優化方案滿足要求，因此樁體需落在下方中砂層上，樁長為7.5，樁體進入中砂層0.5m，樁間距1.1m，成梅花型布置，優化后的方案更科學合理。如表1所示。

3 再生材料圍堰設計及施工現場應用比對分析

（1）針對超深淤泥質地層，現場施工從施工工藝角度論證說明是否能采用引孔+攪拌樁設計工藝，不考慮建筑垃圾造價，僅考慮節省拋石量，證實攪拌樁方案整體造價不會較原拋石方案增加。

（2）針對采取引孔+旋噴樁施工經驗，旋噴樁經過之前試驗可以打到 25 m深，且為節約圍堰背水面設置鋪蓋層的工程量，將圍堰防滲墻優化為心墻，心墻采用落底式，通過試驗結果比對，圍堰加固方案最終采取采用旋噴樁更科學合理。

（3）針對部分若攪拌樁無法實現打設情況，考慮到注漿對建筑再生材料改善效果無法確定，將采用旋噴樁引孔+旋噴樁加固建筑再生材料層和淤泥層的方案，從而對其進行整體加固，以防兩側壓載，在中部形成薄弱層，發生內陷后坡腳失穩，容易對圍堰度汛及內部基坑安全埋下隱患。如圖4所示。

4 再生材料圍堰施工方案的優化建議

（1）圍堰上部壩體采用了粘性土進行密實回填，底部為片石（或建筑再生材料）擠淤，寬度近 40m;經初步計算及分析，在設計水位下圍堰本身不會發生滲透破壞及管涌，在兩側部位拋石擠淤達到設計要求的前提下，施工優化思路：圍堰中部設置的落底式防滲樁。

（2）圍堰底部自外向內依次為 18.9m 寬的片石、20.9m寬的建筑再生材料及 10m寬的片石;其中兩側片石厚度約 6～7m，底部位于礫砂層;中部建筑再生材料厚度約 2.5m，該區域采用了 D600×1100 高壓旋噴樁進行加固，樁端進入下部礫砂層 500mm。施工優化思路：該區域高壓旋噴樁，可考慮采用強夯等措施對坡腳等薄弱區域進行處理，確保擠淤深度與設計一致，滿足整體穩定性要求即可。

5 再生材料圍堰施工中出現的問題及對策

（1）面對再生材料圍堰背水面壩腳尾水淘沙問題，解決辦法：采取在圍堰背水面設置堆石棱體排水，降低壩內的浸潤線使下游壩腳免受尾水淘沙，并反壓下游壩腳。壩體與排水體設置反濾層。堆石棱體一側設置高壓旋噴防滲墻，解決圍堰背水淘沙問題。

（2）面對建筑再生材料回填時未進行碾壓夯實造成壩體填土開裂及沉降問題，解決辦法：局部進行鉆孔取土，判斷壩體基礎下擠淤及回填的現狀，再采取針對性加固措施進行加固。

（3）面對原處理方案中采取高壓旋噴樁加固，實際施工中工藝存在不確定性，同時難以達到預期的加固效果問題，解決辦法：優先采用土擠密樁的處理措施，置換材料可采用碎石、拆房土、生石灰等拌合。

（4）面對開挖易產生突涌問題，解決辦法：在基坑開挖之前基坑內設置多個設水位監測點，等水位降至設計要求且穩定之后方可開挖基坑;補充導流壩基礎回筑情況并加強變形監測，汛期保證導流壩的安全;加強圍堰自身變形監測，設置沉降、傾斜等監測布點，完善巡視要求，并與基坑施工期間監測相互結合。

6 再生材料在超深淤泥質圍堰中的應用技術及

注意事項

通過在浐灞項目超深淤泥質下穿隧道再生材料圍堰關鍵技術研究應用，圍堰施工中可以就地取材，采取建筑垃圾等再生材料作為圍堰填筑材料，但必須注意的是再生料填筑料中不允許含腐植土等，水溶鹽含量（指易溶鹽和中溶鹽，按質量計）不大于3%;建筑再生料填筑料，骨料級配好，密實度不小于0.91;建筑再生料滲透系數不大于1×10-4cm/s;建筑再生料承載力滿足要求，不小于120kPa;建筑再生料填筑深度要達到圖紙要求的拋石擠淤深度;采取建筑再生材料在超深淤泥質圍堰迎水面必須做坡腳石籠。

7 結語

再生建筑材料盡管可以就地取材，且能降造提效，但不能單一全部采取再生材料作為超深淤泥質圍堰填筑材料，需要采取多種工藝工法的有效結合，才能發揮出再生材料在超深淤泥質圍堰工程填筑要求及最終實現其工程的的經濟性、安全性、生態保護及降本增效等目的。

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