温平

摘要：近年来，我国的交通事业得到了飞速的发展，在高速铁路建设中，经常会出现穿越回填段的情况。土质隧道变形问题均没有列入隧道设计施工规范，设计图中往往因支护参数偏低，施工中常常因对隧道沉降变形疏忽，经常造成衬砌厚度不足，严重的造成塌方，需返工处理，加重工期压力，另外造成大量的成本流失。在本文中，将就浅埋回填土质高速铁路隧道控制变形技术进行一定的研究，并提出预防浅埋回填土质铁路隧道施工变形和地表沉降的工法和相应的技术措施，最后通过工程案例验证该工法的实效性，以期为同类工程提供有参考价值的技术资料。

Abstract： In recent years， China's transportation industry has been rapid development， and in the construction of high-speed railway， there will be a lot of backfill. The deformation of soil tunnel is not included in the tunnel design and construction specifications. The low supporting parameters in the design and the negligence of the tunnel deformation settlement often cause insufficient lining thickness， resulting in serious landslides， which needs to rework， increasing the pressure on the construction period， in addition to a large number of cost losses. This paper studies control technology of high-speed railway tunnel with shallow backfill soil， and puts forward the method of preventing the construction deformation and surface settlement of high-speed railway tunnel with shallow backfill soil， finally verifies the effectiveness of the method through the engineering case， in order to provide technical information with reference value for similar projects.

关键词：浅埋回填土质；高速铁路；隧道控制变形技术

Key words： shallow backfill soil；high-speed railway；tunnel control technology

中图分类号：U455 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0100-03

0 引言

浅埋回填土隧道所处地质层松软，隧道在开挖过程中，开挖进尺以及对注浆压力的控制比普通隧道工程难度系数较高，控制不当极易造成地表变形，甚至引起严重的地表沉降，因此在施工中必须实时监测地表沉降情况，根据沉降监测数据适时调整工法、参数，以防因地表沉降引起隧道塌方等施工事故。

本文首先分析浅埋土质隧道开挖施工中的变形的成因，并提出预防施工变形和地表沉降的工法和相应的技术措施，并通过工程案例验证该工法的实效性，以期为同类工程提供有参考价值的技术资料。

1 浅埋土质隧道施工时遵循的原则

土质隧道采用新奥法施工时，会遇到初期支护收敛变形大围岩难于稳定的问题。在设置二次衬砌后还会出现衬砌开裂现象。这些问题在浅埋土质隧道中更为常见。因此加强施工变形和地表沉降的监测与控制，是确保浅埋土质隧道顺利完工的必备措施。另外，浅埋土质隧道在施工中还必须遵守一些工法原则：第一，根据新奥法原理施工，做好信息反馈，以此作为施工指导的原则，为设计变更提供依据；第二，对超前地质预报引起重视，将其作为施工当中的关键原则；第三，按照“早支护、早成环、勤量测”的方式开展工作；第四，对洞内施工用水管理引起重视，做好洞内的排水以及防水工作；第五，增加设备方面投入，提升施工的专业化以及机械化水平。保证施工方法同施工机械间的配套性，在现有基础上实现优化配置。

2 浅埋回填土质隧道变形分析

在隧道工程不断建设的情况下，有很多隧道存在不同复杂地质条件集合在一处的情况。当在施工当中遇到浅埋隧道时，围岩将发生同普通土质隧道、浅埋隧道不同的围岩变形情况。在浅埋回填土隧道中，其围岩变形情况主要有：

第一，在隧道开挖当中，需要对隧道监控量测这项工作引起重视。在隧道开挖中，洞内将具有较大的地表沉降量以及下沉量，对此，在实际隧道挖掘当中就需要能够对监控量测引起重视，以科学控制方式的应用避免出现变形情况；第二，在注浆当中做好对周边环境的检测。在使用注浆工艺对回填土段进行处理时，如果注浆压力较大，雖然也能够对土层进行改善，但很可能因此导致地表发生不均匀沉降情况，避免因此危害到道路以及建筑物；第三，对于控制变形，可以使用地表沉降以及洞内注浆两种方式处理。当以旋喷桩以及地表注浆方式处理后，地表下沉情况将减小，但在地表变形控制方面则存在不是很明显的情况；第四，从监测数据角度分析，隧道开挖工作将对地表沉降产生超前影响，其范围为25m左右，且超浅埋软土层地段超前范围同普通地层地段相比要大。该种情况的存在，即表明隧道沉降同地层条件以及隧道埋深都具有十分密切的联系，即地表沉降量在增大后，其通常为普通埋段的2-3倍。

3 隧道控制变形的注浆方法

目前通用的注浆加固技术主要有三种，分别是二重管注浆加固技术、袖阀管注浆加固技术、钢管注浆加固技术和小导管注浆加固技术。

3.1 二重管注浆

在该注浆方式中，其在将土颗粒当中存在裂隙挤出之后截断水路，化学浆液通过劈裂以及挤压方式的应用对土质当中的空隙进行了填实，并使土体固结，使土层内摩擦角以及粘聚力在增大的情况下增加土体固结强度，在对土层当中空隙充填之后实现地层透水性的降低，实现堵水加固的作用。

3.2 袖阀管注浆

在该方式中，即在压力作用下通过袖阀管的应用将化学浆液渗入到地层当中，在土体当中使浆液形成固结体的情况下起到地层加固以及水路截断的作用。在以该方式操作中，橡胶圈具有类似于阀门的作用，当注浆压力较大时，橡胶圈将胀开，浆液从泄浆孔当中进入到地层当中，而如果停止注浆、或者注浆压力较小，则能够对袖阀管起到封堵的作用，避免水或者泥土进入到其中。

3.3 钢管桩施工

为了避免在打桩当中围墙或者临桩出现较大的变位以及位移情况、使施工具有更为便利的特征，则需要按照先中间后外围的方式处理，以此利于减少挤土，能够对打桩入土方面的需求进行满足。同时，需要做好放样桩以及场地处理方面的协调。其具体工艺为：

第一，根据设计要求做好打孔准备，准备注浆，包括有浆液材料的配置以及注浆机调试等；第二，在隧道两侧边墙外5cm位置通过地质鉆机的应用做好钢管桩注浆孔的钻进，之后插入钢管桩，按照梅花方式做好注浆孔的布设；第三，做好理论注浆量的计算，之后做好钢管的间隔注浆，在达到用量要求之后，再继续进行1min的持续注浆；第四，为了避免出现地下水渗入以及浆液流失的情况，在封闭注浆孔时，要使用具有更高一级的砂浆材料做好封堵。

3.4 小导管注浆

该注浆方式使用的目的，即对拱强位置进行开挖超前预加固，保证支护的安全性。在该注浆中，其范围包括有上台阶换拱段开挖前的超前支护以及换拱段下台阶开挖前的超前支护。其施工方法为：

第一，测量放样。在换拱轮廓线上根据环向间距0.4m对小导管孔进行布设并做好标示；第二，钻孔。使用气腿式凿岩机进行钻孔，外插角控制在5至10°；第三，导管加工。将每一根导管加工成4.5m长度，并将其前端加工成锥形，按照交错的方式做好泄浆孔的设置，便于浆液向土体当中压注；第四，孔口密封以及导管插入处理。当成孔之后，将钻杆转换成专用顶头，并将导管顶入到其中，保证其顶入长度为钢管长度的95%，顶进孔后其外壁与孔壁间隙采用锚固剂堵塞严密；第五，使用KY70/80注浆机压注，将压力控制为0.8MPa，根据现场试验做好注浆参数的调整。

4 工程实例

我国南部某隧道工程，正线长2496m，采用地下三个分修方案。该隧道下穿机场车站，地表有较多建筑物，地下有水管以及输油管线。在具体使用中具有较大的风险以及较差干扰，且在电磁屏蔽方面存在特殊要求，按照I级隧道管理施工。地质方面，地形地质条件较复杂，构造较发育，碳酸盐岩分布广泛，不良地质发育，地质灾害发生较频繁且类型众多。

本工程在注浆工法上，最初采用的是小导管注浆加固工法，但隧道变形并未得到有效控制，继而采用袖阀管同小导管注浆工法，但同样收效甚微。经过讨论，最终采用二重管注浆工法，地表变形得到了有效控制。以下是二重管注浆工艺的具体介绍。

4.1 二重管注浆工前分析

目标段边墙拱脚位置为杂填土，具有较高的含水量，偏软塑状，在完成初期支护后，钢架基础不够坚实，以此容易使初期支护出现开裂以及变形的情况。二重管双液注浆是一种对地层进行改良为目标的处理技术，其优点即能够在实现地层强度增加的情况下止水，并通过对浆液水灰比的调整实现土层当中富余水分的置换，以此起到快速加固作用。

4.2 二重管注浆工艺流程

按照图1所示注浆加固流程进行施工。施工中，需要重点把握的工艺内容有：

第一，现场做好施工测量放线工作，并对注浆孔进行内部核对以及放样处理，在测量后，在每一个注浆位置通过竹签的应用做好标记，如果发现存在障碍物，则需要提前进行处理；第二，安装钻机，根据注浆孔角度以及设计孔位做好钻机钻进角度以及位置的调整；第三，打设注浆孔，当注浆孔打设到位之后退出钻具进行袖阀管的安装，并保证其安装在孔的中间位置；第四，注套壳料。沿着袖阀管将注浆管外侧送到孔底位置，通过泥浆泵的应用向孔内注入套壳料直至注满，并使材料能够满注在套管四周位置；第五，当套壳料完全凝固之后，则开始注浆处理，具体注浆按照分段方式进行，即在将注浆器输送到袖阀管底位置后进行后退式注浆，每次长度在40cm左右，直至将整根袖阀管注满位置，在注浆过程中，要保证每次跳开一个孔注浆。

4.3 注浆参数布置

第一，注浆孔按照梅花形布置，在施工中，时刻根据注浆情况做好注浆孔的调整。注浆孔深度为4m，为了保障土层厚度在2.5m以上，能够较好的起到超前支护作用，在实际钻孔中外插下倾处理，保证外插角在41-44°范围内，下倾角在7-9°范围内；第二，要做好注浆压力的控制，保证其在0.5-1MPa以内。在注浆活动开始时，要根据地层情况以较小的压力注浆，当其退到孔口位置时封孔注浆，通过浆液材料特性实现封孔该处理，使浆液能够充分进行到土层当中。在注浆过程中，要严格做好注浆压力的控制，并做好压力表的密切关注，如果从侧壁溢浆、或者压力突然增大，则需要及时停止注浆，在做好原因查找后通过重新封堵或者注浆参数调整的方式及时处理。

4.4 变形控制成果

本工程最初采用的小导管注浆工法以及袖阀管同小导管注浆工法的加固效果一般，地表沉降变形并未得到有效控制。两次注浆工法的变形控制效果如下：

4.4.1 小导管注浆加固效果

第一次以小导管注浆后，洞内沉降变化如图2所示。

从图2可以了解到，在以小导管方式进行注浆时，并不能够对变形进行进行有效的控制，沉降量已经达到180mm左右，即已经超出了设计值，并因此对隧道的开挖产生了影响。在隧道式超浅埋的情况下，该方式并沒有对隧道变形情况进行有效的控制，此时，施工单位对施工方案进行了改变，以小导管同袖阀管注浆的方式处理。

4.4.2 袖阀管同小导管注浆

图3为袖阀管同小导管注浆效果，从图3可以了解到，该方案也没有达到预期目标，洞内沉降量依然处于较大的值，在350mm左右，甚至出现使变形扩大的情况。经过在现场对杂填土力学性能分析，根据试验检测可以了解到，该洞中杂填土的含水率为35%，原状土含水率为27%，具有较高的含水量以及较大的塑限、液限指标，而根据设计浆材以及压力进行注浆，也没有实现土层当中水分的置换，并因此使注浆没有达到预期结果。由于该土层超浅埋段最深位置仅仅为5m，通过地表注浆方式的应用，不仅没有获得预期结果，甚至出现对覆土层厚度增加的情况。

4.4.3 二重管注浆效果

经过严格的技术控制，注浆后地表变形得到了有效的控制。从图4所示围岩收敛位移监测结果来看，拱顶最大沉降量减小，最大拱顶沉降在22mm左右，对隧道开挖过程中发生的变形情况实现了有效的控制。之所以获得该种效果，经过研究发现，原状土具有85%的含水率，原状土防水率接近饱和状态。

由此可见，二重管双液注浆加固工法有效改良了土质，大大增强了地层强度，从而达到了止水效果。通过该方式的应用，能够对换土层当中的富余水分问题进行有效置换，以此形成对土体的快速加固作用，且能够在保证钢架拱脚处于坚硬状态的情况下减少初期支护下沉变形情况的发生。

5 结束语

目前，土质、软岩隧道变形问题均没有列入隧道设计施工规范，设计图中往往因支护参数偏低，施工中常常因对隧道沉降变形疏忽，经常造成衬砌厚度不足，严重的造成塌方，需返工处理，加重工期压力，另外造成大量的成本流失。本文的工程案例中隧洞内围岩变形控制效果充分说明二重管注浆工法是控制围岩变形的有效工法，在同类工程中具有较好的应用价值。在我国交通事业不断发展的今天，更多的隧道工程得到了建设。在上文中，我们以某实例的方式对浅埋回填土质高速铁路隧道控制变形技术进行了一定的研究。在实际工程施工中，需要充分联系实际情况做好技术的选择与应用，以此保障隧道工程建设质量。

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