回填土地区隧道施工组织方案

隧道下穿高速公路回填土质施工技术
摘要：在隧道施工的特殊地形中,回填土地质是难以处理的一种特殊情况,尤其是下穿正在运行的回填高速公路，本文结合重庆轨道交通***号线二期***站后区间隧道施工,总结在正在运行高速公路回填土地区隧道施工技术经验,为以后类似高速公路回填土地质隧道提供参考。

关键词：高速公路、回填土、隧道施工、处理措施
1.隧道地质及工程情况
1.1地质情况沿线地层主要为第四系全新统人工填土、残坡积粉质粘土和侏罗系中统沙溪庙组砂岩、砂质泥岩。

素填土岩性特征为：褐色、灰褐色，由粘性土、块石碎石、及少量建筑垃圾等组成。

粉质粘土岩性特征为：褐色、灰褐色，可塑。

稍有光滑，无摇震反应。

1.2水文
拟建场地其原始地貌隶属浅丘沟谷地貌，丘包与沟槽相间分布。

场区地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制，为大气降雨和地面水体渗透补给，水量大小与降水因素关系密切，受气候和季节性变化较大。

一般情况下，原始沟槽地带为地表水的汇集场所，地下水主要赋存于第四系松散层和强风化带岩层中；下卧基岩中，砂岩含孔隙、裂隙水（主要为裂隙水），砂质泥岩为相对隔水层，含水贫乏。

1.3工程概况
***站后区间工程起止里程桩号为DK54+296.130—DK54+574.130，总长278m；其中区间隧道左线起止里程桩号为ZDK54+296.130—ZDK54+476.130，总长180m，右线起止里程桩号为YDK54+296.130—YDK54+470.130，总长174m，隧道下穿***高速公路主线及匝道。

围岩属于V级和IV级，V级围岩属于高速公路回填土层，IV级围岩属于泥质砂岩。

2.施工难点
区间隧道下穿***高速公路主线及匝道。

其中左线ZDK54+296.130—ZDK54+392.130段隧道下穿***高速公路主线及匝道的填方区域，长96m；右线YDK54+296.130—YDK54+412.839段隧道下穿***高速公路主线及匝道的填方区域，长116.76m。

地质为后人工回填土，且回填及其不密实,围岩自稳能力较弱，随时间推移易产生掉块，需及时支护。

支护封闭后随时间推移，围岩自身松散压力开始产生塑性应变，对隧道支护结构产生持续挤压作用，由于应力无法完全释放，且应力不断增加，施工中应力重分布及调整频繁，支护结构开始发生变形，且长时间无法达到变形收敛，最终极可能造成支护结构破坏并失稳坍塌。

由于地表为正在运行的高速公路，路堤回填不密实，运行时车辆产生的荷载不均匀，对围岩的稳定造成巨大的破坏作用以及对将来的轨道交通运营安全造成巨大的稳患。

根据以上分析，***区间隧道施工的关键是采取强有力的措施控制塑性变形，从而保证自身结构以及施工的安全，在充分考虑工程所处的环境和地质条件的基础上，为使本工程能顺利完成，施工方案
的总体思路如下：
采用三台阶临时仰拱预留核心土法施工达到“分小块,快封闭”的目的,减少沉降及周边位移;小导管地表注浆加固,达到改良围岩松散结构,提高围岩自稳能力，抑制地表渗水对洞身的渗透及破坏，从而控制围岩变形;高速公路路基下方采用2排89管棚横进行注浆处理，以固结路面下部路基，并同时增加了路面的承压力。

加强监控量测，根据监测数据进行变形分析，为合理的施工提拱理论依据。

全面并及时掌据围岩变形情况，并采取相应的措施来改善围岩地质条件，提高支护结构稳定性。

强化信息化施工，全面掌握在隧道施工过程中对围岩的影响范围,影响程度做到动态设计，动态施工。

3.隧道施工情况
3.1设计情况
根据设计资料，***站后区间隧道暗挖段采用马蹄形断面，分三个断面，其中Ⅴ级A型断面尺寸净宽7.131m，净高9.138m；Ⅴ级B型断面尺寸净宽6.74m，净高6.78m；Ⅳ级A型断面尺寸净宽6.771m，净高8.658m；开挖方式均采用人工配合机械开挖，施工方法采用台阶法施工。

采用初期支护+模筑衬砌的复合衬砌型。

超前支护采用φ108（地质管D50,外径108mm，壁厚6mm）地质管和φ42（外径42mm，壁厚4mm）热轧无缝钢管。

初期支护采用喷射C25早强混凝土、φ8双层钢筋网、H155格栅钢架（AV断面为25b工字钢架），φ25自进式中空注浆锚杆，φ22连接钢筋，φ25自进式中空注浆
锁脚锚杆；二次衬砌采用C40防水混凝土，抗渗等级为P10；仰拱采用C25混凝土调平。

3.2施工情况
开挖支护情况：隧道施工采用三台阶临时仰拱预留核心土法开挖，机械设备为空压机两台，挖掘机一台，装载机一台，2台南俊车配合出碴。

由于围岩基本为后人工回填，开挖采用挖掘机为主，人工修整方式进行；开挖之前采用管棚和超前小导管进行注浆处理，开挖每循环进尺均为短进尺（0.5~0.6m）。

支护按照V级围岩加强复合式衬砌断面施作，设计支护参数为：I20a型钢钢架，间距50cm一榀；拱部及边墙为Φ42注浆管，注浆管间距1.0m*1.0m(环*纵)；钢筋网采用φ8，网格20*20cm.；喷射C25混凝土，喷护厚度为28cm。

实际施作中，钢架间距误差在规定范围内，且喷射厚度均大于设计厚度，混凝土外观较为平顺。

考虑隧道围岩地质条件较差，围岩下沉变形较大，开
挖预留变形量为50~70厘米，并加设临时仰拱及扇型支撑。

3.3施工变形情况
区间隧道自2010年10月开工，至2012年3月，共完成220m，施工工期较长的主要原因是该隧道地质条件复杂，施工中多次出现隧道上部高速公路下沉，每次检查分析少则半个月，多则2月；2011年9月-12月又遇重庆市在建隧道停工检查的通知，隧道在此期间一直处于停工状态，加上后
续的变更等，严重影响了工程的施工进度，同时施工队伍的频繁流动也影响了施工时间。

隧道施工当中的高速公路沉降的情况，可以看出***区间隧道的地质情况复杂，虽然在施工中采取的支护措施较强，但还是发生地表、拱顶沉降，实践证明高速公路的沉降和变形采用的处理措施是可行的。

应对高速公路沉降采取措施分析表
4.沉降原因分析
4.1地质条件差
隧道进口段为人工回填土，洞身实际开挖裸露土体为土石抛填，石块大小不均，以泥岩为主，孔隙率很大，层间及颗粒间结合差，稳定性差，回填密实度较差，并有少量渗水，实际开挖显示路基分层回填厚度一般在1.5m-2m，分层之间铺有土工格栅，隧道掘进采用人工配合机械开挖，避免不了对土体产生扰动，受重庆地区雨量大，雨季时间长影响，加剧了围岩变形和沉降。

4.2对地质认识、决策失误
主要管理人员对回填土地质的塑性大变形认识不充分，也未充分考虑到重庆地区雨季时间较长，雨量大等因素对浅埋土质隧道的影响，预留变形量不足，支护措施不到位，工序组织不力，造成塑性大变形最终导致支护结构失稳造成大面积侵限。

4.3施工因素的影响
在施工期间发生多次隧道沉降情况虽然有地质条件差等客观因素的影响，管理不到位也对隧道施工造成一定影响：
4.3.1开挖工法存在问题
隧道刚开始施工时，对围岩的岩性认识不足，上台阶开挖距下部落底距离过长，未及时封闭成环，造成支护结构承受围岩荷载的能力大大降低，上部支护结构随着暴露时间的延长累计变形量不断加大，最终造成上部的高速公路路面沉降；
4.3.2工序衔接不力
为了加快施工进度，当围岩的情况略有好转的情况，对围岩的自稳能力过于自信，甚至盲目自信，加快上部的开挖进度，为了减少各工序间的干扰，造成下部落底及二次衬砌不能及时跟进，衬砌与掌子面距离超过15m。

4.3.3支护措施不到位
现场管理经验不足，在施工组织当中使施工工序衔接不合理，反复扰动围岩，局部初支网片、连接筋与型钢无搭接等未达到设计要求，加之部分径向注浆管施工质量差，初期支护与围岩之间存在空隙而没有及时进行背后注浆，从而无法达到围岩应力与支护结构的平衡过渡，导致局部支护结构没有承受围岩荷载而产生地表沉降。

4.3.4注浆不到位
由于现场技术人员的粗心大意，盲目的追求施工进度，造成管棚、注浆管的注浆压力较小，注浆后浆液还未达到规范强度后进行隧道的掘进开挖，开挖后使得围岩自身稳定较差，加之开挖过程中避免不了对回填土产生扰动，势必造成路基沉降。

5、主要结论
5.1加强监控量测提拱动态设计及动态施工的理论性
加强监控量测工作，随时收集原始数据并及时整理分析变形原因及规律，为修改施工方案提供理论依据，从而达到动态设计，动态施工。

在隧道施工过程中加强监控量测的数据收集、整理和分析，及时反馈隧道变形情况，为隧道施工提供重要信息，是指导隧道施工的重要手段。

用数据说话，用数据指导现场施工,制定可靠的处理方案和技术措施。

浅埋隧道多为回填土或软弱围岩,一般将会产生较大的地表下沉,所以在进洞之前开始进行观察收集数据对开挖全过程下沉曲线是对洞内量测的一种补充，洞内变形情况可以根据监控量测结果，跟踪注浆支护，抑制变形，及时更新施工方案。

5.2刚性支撑及时进行的必要性
根据监控量测资料，对于回填土地质隧道，在二次衬砌之前很难达到变形稳定，长时间无法收敛，围岩应力不断释放出来，对于大变形隧道只有采取硬性支撑。

而以喷锚支护的柔性支护结构很难抵抗围岩松软带来的塑性应变，只有采取刚性较大的钢筋混凝土结构，才能有力的控制塑性变形，从而达到围岩应力重分布后的平衡状态。

因此，对于回填松散地质应力采取先释放后抵抗是可行的，但是对于回填松散地质不能长时间释放，无法等到变形稳定再施作二衬。

5.3支护体系加强措施的多样性
防治下穿高速公路回填地质隧道初期支护变形主要措施有四条：一是支护措施需加强，这在前面以分析叙述，这里不再重复。

二是改善地质条件，要改善地质条件，必须从三方面入手，一是对围岩自身的稳定性入手，可采用超前预支护手段或支护后径向注浆加固手段，二是通过地表进行注浆加固，以改善顶部覆盖层的地质条件，以减轻隧道拱部因围岩松散带来的荷载，三是对隧底软弱地质的加固，以改善地基承载力，避免隧道整体下沉。

三是支护体系的补强加固，在隧道施工中，尽管严格按照设计及施工要求进行支护，仍不可避免因地质条件复杂、围岩极其软弱、工序衔接不合理、施工组织不到位造成的初支变形开裂、侵限等严重后果，可在初期支护加强的同时采取多种手段对初期支护结构进行加固，常用的加固手段一是在支护的内圈再施作一层支护，即副拱，既在原有喷锚、挂网、型钢联合支护的基础上再套一层钢架并纵向联结后进行喷护，形成双层钢架支护结构，来共同抵抗围岩变形，二是增设系统锚杆或小导管径向注浆，这样有利于将周边松驰的围岩固结到一起，形成整体，有利于支护结构与围岩共同受力。

四是采取强有力的临时支护手段，一般采用在开挖支护断面对加设临时仰拱或对口撑及竖撑还有斜撑等手段，临时仰拱可采用工字钢做骨架，与初支钢架拱脚横向联结成整体，再喷射一层混凝土，这样临时仰拱与拱部钢架就形成了闭合环，大大改善支护体系的受力状态。

由于支护及加固手段多样，特点也不尽相同，需根据施工情况及变形情况灵活运用。

5.4支护结构体系闭合成环的重要性
在回填土隧道施工方法必须遵循“短进尺、强支护、少扰动、快封闭”的原则，采用短台阶开挖，上部开挖每循环进尺控制在0.5-0.6m，台阶保持3-5m长，预留核心土，这样就可以减少因掌子面及围岩暴露的时间，避免发生围岩松动圈扩大。

同时下部落底施工紧跟上部施工，仰拱紧跟下部落底，这样支护体系就能够及早封闭成环，以改善支护结构的受力状态，从而大大加强支护结构的稳定性，对控制围岩的塑性大变形更有利，减小初支过后的围岩的变形速度。

需要提出的是在落底施工时需要注意采取前后交错落底施工，严禁两侧同时落底施工，避免上部初支拱脚同时悬空，否则会因拱脚失去着力点而掉拱。

5.5支护措施需加强的严肃性
初期支护措施需加强，在隧道开挖中,初期支护起到一次支护,防止围岩松驰掉块引起的坍塌,是洞身开挖中确保围岩稳定的第一道屏障,是确保施工人员安全和施工运营安全的根本保障,必须严肃对待。

按照隧道施工新奥法理论，初期支护多为柔性支护，与围岩共同受力，共同抵抗变形的同时又允许少量变形，最终需要二衬混凝土刚性结构来抵抗围岩松驰带来的变形及坍塌。

对于大变形隧道而言，初期支护的质量直接影响围岩的变形速度。

因此，我们在施作初期支护过程中，必须严格加强支护措施，确保初期支护在隧道支护体系中发挥应有的作用和份量。

另外值得一提的是由于隧道变形较大,依靠单一的支护措施无法避免因变形过大造成侵限的客观事实,加上洞身二衬衬砌无法及时跟进,在加强支护的同时必须留足留够变形量，根据实际变形情况，拱顶沉降及周边收敛已普遍达到60cm以上，因此在隧道开挖及支护中，至少预留60cm以上的断面。

主要结论：加强监控量测提拱动态设计及动态施工；及时进行刚性临时支撑；采取多样性支护体系；加强初期支护；做到支护体系尽快闭合成环。

（2012年11月公路一级注册建造师第一届继续再教育
中冶交通工程技术有限公司-----孙勤良）。