浅埋隧道不良土体加固技术在施工中的应用

摘 要：以蒙华铁路郑庄隧道穿越浅埋冲沟段施工为例，通过不良土体加固技术，将原设计的明挖法施工调整为暗挖法施工。通过洞外地表打设水泥土搅拌桩方案与洞内帷幕注浆方案的技术经济比较，提出了水泥土搅拌桩的加固方案，既控制了投资，又取得良好的加固效果。

关键词：浅埋隧道；不良土体；加固技术；水泥土搅拌桩

Application in construction of Reinforcement Technology of Adverse Soil Mass in Shallow Buried Tunnel

shu renzheng

（Mengxi-huazhong Railway Co.，Ltd， beijing 10000， China）

Abstract： According to the Zhenzhuang tunnel portal of MengHua Railway crossing shallow buried gully as an example， through the poor soil reinforcement technology， Adjust the open excavation method of original design to the mining method. Through technical and economic comparison of Cement-soil Mixing Pile outside tunnel project and Curtain Grouting in tunnel， The reinforcement scheme of cement soil mixing pile is put forward， Both the control of the investment， and achieved good reinforcement effect

Key words： shallow buried tunne；adverse soil mass；reinforcement technology；cement soil mixing pile

1 工程概況

郑庄隧道位于延安市延长县郑庄镇郑庄村。隧道起讫里程改DK371+811.58～改DK376+147.47，隧道全长4335.89m，最大埋深195.5m，为单洞双线隧道。

该隧道在改DK372+850～改DK372+910段穿越浅埋冲沟，原设计覆土厚度4.5m～6m，改DK372+850～改DK372+910段地层为第四系全新统人工填土（Q4ml）素填土，上更新统风积（Q3pl）砂质新黄土，中更新统洪积（Q2pl）黏质老黄土。素填土中上层滞水较丰富，渗透系数为K=0.55m/d，正常涌水量为318m3/d，最大涌水量为636m3/d。隧道围岩分级为Ⅵ级。主要设计措施如下：

（1）改DK372+864～改DK372+901采用明挖法施工。衬砌采用路堑对称式明洞衬砌，临时开挖边仰坡及明暗分界处直立面采用喷锚防护，锚杆采用φ22砂浆锚杆，L-4.0m，间距1.5×1.5m，梅花形布置；喷射混凝土采用15cm厚C25网喷混凝土，钢筋网采用φ8，网格25×25cm。永久边仰坡采用骨架护坡。明洞段回填土石至原地面高度后，铺设30cm厚M15浆砌片石。

（2）改DK372+850～改DK372+864段及改DK372+901～改DK372+910段采用Ⅵ级围岩复合式衬砌，开挖工法采用三台阶大拱脚临时仰拱法。暗洞施工前拱部120°范围先施做一环Φ108超前长管棚，环向间距3根/m，长度40m。

2 现场情况

原设计改DK372+864～改DK372+901明挖段与现有地形已发生较大变化，在线路里程改DK372+836位置刷坡新建一油井，并盖有库房，油气井距隧道开挖边线25m，导致浅埋长度已经达到了144m，最小埋深12.96m，详见图1。

线路左侧约60m处，地方村民设置一个拦水坝，该区域地处山谷沟口处，下雨存在积水，且隧道穿越段土体含水量大，土体呈松软状。

该明挖区域与设计图纸已发生较大变化，若仍采用明挖法施工，存在以下困难：

（1）明挖土方量大；明挖弃土需再次征收土地，对当地环境影响较大，且明挖放坡开挖直接影响新建的油气井，需对油气井进行征拆，费用高。

（2）现场实测地形埋深已达到12.96米，明挖施工时拉槽高度将达到24.2m，安全防护方案需调整，防护工程量增加，现场施工存在安全隐患。

（3）隧道所处位置地方村民在线路左侧约60m处，地方村民设置一个拦水坝，该区域地处山谷沟口处，雨季施工存在较大的安全隐患。

（4）明挖施工对山体扰动较大，若处理不当极易引起边仰坡及山体失稳，发生山体滑坡、坍塌。

由于明挖法施工在现场不利于实施，本段施工推荐采用暗挖法施工。由于洞顶主要为素填土及砂质新黄土，含水量大，工程地质条件差，开挖过程中极易坍塌、冒顶。总之，暗挖法施工施作时拱肩以上围岩围护较为困难。如何加固隧道拱部以上的含水量较大的土体，成为暗挖法施工的成败的关键。

3 不良土体加固技术处理方案

（1）洞内帷幕注浆加固方案

改DK372+850～改DK372+910共60m拱部主要为素填土及砂质新黄土，含水量较高，采用帷幕注浆。采用高压浆液强行挤压孔周，使土层劈裂成缝并充塞凝结于其中，从而对粘土层起到了挤压加固和增加高强夹层加固作用。在软弱土层中增加的高强夹层，将土体分隔包围，使其整体性和强度大大提高。由于隧道拱部为软弱层，仅需对隧道上半断面进行注浆加固。

帷幕注浆方案在本工程案例中优缺点如下：

①施工进度慢，施工干扰大；

②黄土地层中帷幕注浆实施难度大，需专业队伍施工，成本高，经济性差。

③洞内施工，不需要洞外加固方案的场地，对环境影响较小。

（2）洞外地表水泥土搅拌桩加固方案

改DK372+850～改DK372+910共60m，宽度为隧道中线左右侧各11m范围内采用水泥土搅拌桩加固地层，水泥土搅拌桩桩径采用Ф80cm，按等邊三角形布置，边长为75cm；加固区渗透系数不大于10-7cm/s。水泥土搅拌桩的水泥掺量不小于17%，水灰比宜为0.7～1.0，加固体28d无侧限抗压强度不宜小于1.0MPa。水泥土搅拌桩加固平面布置详见图4；加固深度深入老黄土下0.5m，详见图5。

地表打设水泥土搅拌方案优缺点如下：

①需要临时施工场地，加固的泥浆对环境影响较大；

②可在隧道开挖至该处前加固完成，不影响隧道正常施工；

③水泥土搅拌桩施工难度小，加固效果好，且费用较低。

（3）经济比较

4 施工情况

郑庄隧道目前已经成功穿越该浅埋段，施工过程中未发生坍塌、冒顶等事故。图6为断面DK372+854水泥土搅拌桩加固效果，由图可看出，水泥土搅拌桩加固区土体整体性较好，含水量明显减少，土体较硬，开挖后稳定性较好。

根据开挖揭示的土体加固效果，将改DK372+850～改DK372+910围岩级别调整为Ⅴ级，采用Ⅴ级围岩Ⅴc型复合式衬砌；初期支护钢架采用H230格栅，间距调整为0.5m。超期支护采用超前小导管；开挖工法采用三台阶法施工。通过支护措施及工法调整，每月掘进进尺约60m，很大程度提高了工效，节约成本。

由图7可以看出，在土体加固后，通过调整支护措施和开挖工法，拱顶下沉及周边收敛均在可控范围，且均未出现黄色预警。

5 结语

（1）浅埋隧道不良土地通过地表水泥土搅拌桩预加固，从加固效果及投资控制，均优于洞内帷幕注浆方案。

（2）水泥土搅拌桩加固技术为后续隧道开挖提供了安全保证，从开挖揭示的加固区土地的稳定性以及监控量测情况看，该加固措施既保障了隧道施工的安全，又加快的施工进度，且使特殊地质条件下的浅埋暗挖隧道的施工技术更加丰富、成熟。

参考文献（References）：

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[3] 关宝树，赵勇.软弱围岩隧道施工技术[M].北京：人民交通出版社，2011.（Guan Baoshu，Zhao Yong. Construction technology of tunnel in soft ground[M].Beijing： China Communications Press，2011.（in Chinese））

作者简介：

束仁政（1984-），男，学士，2009年毕业于安徽工业大学土木工程专业，助理工程师。