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【摘要】以杭州市紫之隧道土建Ⅰ标浅埋暗挖段施工为例，探讨穿越淤泥质粉质粘土段的土体加固措施及实践过程，并客观的分析、总结施工中出现的问题及应对措施。
【关键词】浅埋暗挖；淤泥质粉质粘土；土体加固
1、工程概况
1.1工程概况
紫之隧道工程土建第Ⅰ标段，主要工程包括1#隧道明挖段、浅埋暗挖段及之浦路段道路施工。其中，浅埋暗挖穿越淤泥质粉质粘土段为西线K0+792.6～K1+043，计250.4m，东线K0+840～K1+083，计243m，总计493.4m。
该段隧道建设规模为双向4车道，单洞开挖跨度12.8m，埋深约8～12m，以小角度下穿之江路。
1.2地质概况
该区段隧道洞身主要穿越⑤层，淤泥质粉质粘土：具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力差，易坍塌，地面沉降难以控制， 其主要物理参数如下表。
1.3工程周边环境
浅埋暗挖段隧道需斜穿之江路，隧道洞顶距地面8-13m。之江路作为杭州西南面一个主要车辆出入口及货运通道，通过性的重载货车、大型客车数量多。现状之江路（江涵路-之浦路）為机动车双向4车道，道路宽28m，而且道路下方管线非常复杂。
2、设计思路
浅埋暗挖法严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18字方针。
2.1设计参数
隧道支护根据浅埋暗挖法原理和地形、地质资料，结合相关规范、有限元计算分析和工程类比进行设计：超前支护：φ108×6超前大管棚@30cm，φ42×4注浆小导管@30×300cm。
掌子面加固：13mPVC管全断面注浆加固，注浆范围为外轮廓3m。系统支护：采用复合式衬砌，初期支护喷C25砼30m，双层钢筋网@20×20cm，I22a工字钢@50cm，径向系统小导管φ42×4@100×50，L=350cm；二次衬砌钢筋混凝土60cm。
2.2作用机理
① 超前大管棚：因该种围岩洞室无自稳能力，使用超前大管棚，使隧道洞室成形，但由于管棚本身刚度低，长度较长，对变形控制作用有限；
② 超前洞周注浆加固：通过注浆的方式改良加固洞周土体，使着具备一定的土拱效应；
③ 超前小导管：对洞周土体进行二次加固，通过注浆管的注浆作用和土钉锚固加固土体；
④ 初期支护：能快速直接承受土压力；
⑤ 系统注浆小导管：对洞周土体进行三次加固；所有支护和措施，结合起来，形成强有力的支护系统，确保施工过程的变形和洞室稳定。
2.3施工工法
本工程采用4部CRD法施工，如图。
2.4 辅助工程措施
淤泥质粉质黏土中浅埋暗挖隧道施工的关键是土体的加固改良，确保隧道前方掌子面的稳定。
本工程采用拱部超前Ф108长管棚+Ф42小导管，掌子面13m长PVC中长管对隧道掌子面劈裂注浆。
3、试验段实施情况及后续方案优化
3.1 现场情况
现场于2014年4月25日开始浅埋暗挖段施工。I标西线为先行洞，采用CRD法开挖，暗挖起点为K0+792.6m。4月30日，I标西线1号导坑已开挖至K0+804m，2号导坑开挖至K0+802m，累计进尺12m。当天18：00，1号导坑K0+804掌子面发生塌方，K0+801处隧道中隔壁出现两条竖向裂缝，其中一条贯通至上导坑底部。根据监测情况，西线隧道地表累计沉降最大为141.95mm，拱顶累计沉降最大为14.5mm，变形较大。现场立刻停止施工，掌子面喷砼封闭，设置钢管横撑等应急措施。
3.2 原因分析
根据现场情况实地查勘和注浆现场取芯，可以发现掌子面加固效果差，未能达到预期要求。通过深入分析，认为主要有如下原因：
（1） 掌子面超前注浆，采用注浆芯管按后退式注浆，在施工过程中，注浆管管口的封闭不严实，发生孔口的浆液泄漏，注浆压力上不去。
（2）注浆钙塑管由于自身刚度较小，在现场施工时，淤泥质粉质粘土成孔后易发生缩孔，导致钙塑管无法顶推至设计深度。
（3）现场施工掌子面注浆工艺耗时长，且导坑初期支护封闭需12h～24h，也是导致沉降变形过大的原因之一。
3.3方案优化
（1）洞口30m 大管棚已施作段
东、西线洞口30m 范围的超前大管棚已施做完成，该30m 范围开挖轮廓线内和拱底以下3m 范围无法在地面通过垂直旋喷加固来实施，因此开挖轮廓线两侧和拱顶3m范围内的土体可在地面进行垂直加固，其余部位则通过水平MJS工法桩进行加固。水平MJS工法桩设计参数：
①桩径为Ф600mm，桩长L=18m；
②MJS工法桩体固化剂采用 42.5R 复合硅酸盐水泥，水灰比0.8～1.0，水泥掺量350kg/m；
③桩位布置 1.0m×1.0m，梅花型布置，前后循环考虑搭接3m。
（2）隧道东线K0+870～K1+083m，西线K0+822.6～K1+043m 段
采用地表垂直高压旋喷桩加固，加固范围为隧道开挖轮廓线周边3m。采用二重管高压旋喷桩，桩径为Φ600mm，桩长L=16m，采用42.5R复合硅酸盐水泥，水灰比0.8，Ⅱ区水泥掺量建议值400Kg/m?，Ⅰ、Ⅲ区水泥掺量建议值380Kg/m?。
桩位布置：Ⅰ区：旋喷桩间距800（横）×900mm（纵），矩形布置，内侧紧贴Ⅱ区密排桩布置。其中靠近五浦河最外侧一排旋喷桩，在西线K1+000～K1+043段采用搭接布置，搭接长度20cm；Ⅱ区：旋喷桩间距600mm，桩间相切布置；Ⅲ区：旋喷桩间距800（横）×900mm（纵），梅花形布置，外侧紧贴Ⅱ区密排桩布置。 3.4施工要点
①施工过程中应对附近防汛墙、地面、地下管线的标高进行监测，当標高的变化值大于±10mm时，应暂停施工，根据实际情况调整压力参数后，再行施工。
②在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。
③喷射时，先应达到预定的喷射压力和喷浆 量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩柱中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复喷。
④旋喷过程中，对需要扩大加固范围或提高强度的工程可采取复喷措施，即再喷一遍或两遍水泥浆。
⑤喷到桩高后应迅速拔出浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。
⑥质量检验：旋喷桩施工完成14天、28天，分别钻孔取芯，作无侧限强度检验。
3.5土体加固效果总结
从对桩体强度的检测、洞内掌子面开挖的断面情况及监测数据的分析，高压旋喷桩地表加固能够达到设计预期效果。
4、施工中出现的问题及有效应对措施
4.1加固薄弱区的存在
受地下管线的影响，管线下方的土体未得到加固，局部位置沉降较大，特别是大管径管道。
应对措施：①通过精确计算后调整旋喷钻机施打角度，在该类管线周边施作呈一定角度的高压旋喷，同时，在穿越毗邻管线后加大桩体直径，以最大程度减小盲区面积；②洞内采用小导管注浆进行局部补加固。
4.2地下管线隆起
应对措施：①将部分管线周边土体加固调整为搅拌桩，以降低加固压力；②在管线周围打设2根Φ200的卸压孔桩，使钻机喷射过程中通过卸压孔分散压力；③跳孔施工④加强监控量测。
4.3洞内开挖面及初支面渗水较大
应对措施：①沿开挖轮廓线外，五浦河一侧打设两排密排高压旋喷桩止水帷幕②沿隧道横断面每隔20m施做一排密排搅拌桩③局部离五浦河较近位置采用双排井点降水④开挖面渗水较大时，及时初喷掌子面，初期支护复喷前预留排水管⑤做好初期支护与二衬之间的防排水施工，防、排、截、引、堵相结合。
结语：
洞内注浆加固费用低，对地表构筑物多、管线复杂地段以及埋深较深的土体加固尤为适用，但工序多、工艺要求严格、操作难度大、占用工期长，往往加固效果不理想、安全风险大。
对于穿越淤泥质粉质粘土土层、大断面、埋深浅的浅埋暗挖隧道，土体加固效果是确保安全掘进的前提条件，实践证明，地表高压旋喷桩进行土体加固的效果明显，值得借鉴及推广使用。
【关键词】浅埋暗挖；淤泥质粉质粘土；土体加固
1、工程概况
1.1工程概况
紫之隧道工程土建第Ⅰ标段，主要工程包括1#隧道明挖段、浅埋暗挖段及之浦路段道路施工。其中，浅埋暗挖穿越淤泥质粉质粘土段为西线K0+792.6～K1+043，计250.4m，东线K0+840～K1+083，计243m，总计493.4m。
该段隧道建设规模为双向4车道，单洞开挖跨度12.8m，埋深约8～12m，以小角度下穿之江路。
1.2地质概况
该区段隧道洞身主要穿越⑤层，淤泥质粉质粘土：具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力差，易坍塌，地面沉降难以控制， 其主要物理参数如下表。
1.3工程周边环境
浅埋暗挖段隧道需斜穿之江路，隧道洞顶距地面8-13m。之江路作为杭州西南面一个主要车辆出入口及货运通道，通过性的重载货车、大型客车数量多。现状之江路（江涵路-之浦路）為机动车双向4车道，道路宽28m，而且道路下方管线非常复杂。
2、设计思路
浅埋暗挖法严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18字方针。
2.1设计参数
隧道支护根据浅埋暗挖法原理和地形、地质资料，结合相关规范、有限元计算分析和工程类比进行设计：超前支护：φ108×6超前大管棚@30cm，φ42×4注浆小导管@30×300cm。
掌子面加固：13mPVC管全断面注浆加固，注浆范围为外轮廓3m。系统支护：采用复合式衬砌，初期支护喷C25砼30m，双层钢筋网@20×20cm，I22a工字钢@50cm，径向系统小导管φ42×4@100×50，L=350cm；二次衬砌钢筋混凝土60cm。
2.2作用机理
① 超前大管棚：因该种围岩洞室无自稳能力，使用超前大管棚，使隧道洞室成形，但由于管棚本身刚度低，长度较长，对变形控制作用有限；
② 超前洞周注浆加固：通过注浆的方式改良加固洞周土体，使着具备一定的土拱效应；
③ 超前小导管：对洞周土体进行二次加固，通过注浆管的注浆作用和土钉锚固加固土体；
④ 初期支护：能快速直接承受土压力；
⑤ 系统注浆小导管：对洞周土体进行三次加固；所有支护和措施，结合起来，形成强有力的支护系统，确保施工过程的变形和洞室稳定。
2.3施工工法
本工程采用4部CRD法施工，如图。
2.4 辅助工程措施
淤泥质粉质黏土中浅埋暗挖隧道施工的关键是土体的加固改良，确保隧道前方掌子面的稳定。
本工程采用拱部超前Ф108长管棚+Ф42小导管，掌子面13m长PVC中长管对隧道掌子面劈裂注浆。
3、试验段实施情况及后续方案优化
3.1 现场情况
现场于2014年4月25日开始浅埋暗挖段施工。I标西线为先行洞，采用CRD法开挖，暗挖起点为K0+792.6m。4月30日，I标西线1号导坑已开挖至K0+804m，2号导坑开挖至K0+802m，累计进尺12m。当天18：00，1号导坑K0+804掌子面发生塌方，K0+801处隧道中隔壁出现两条竖向裂缝，其中一条贯通至上导坑底部。根据监测情况，西线隧道地表累计沉降最大为141.95mm，拱顶累计沉降最大为14.5mm，变形较大。现场立刻停止施工，掌子面喷砼封闭，设置钢管横撑等应急措施。
3.2 原因分析
根据现场情况实地查勘和注浆现场取芯，可以发现掌子面加固效果差，未能达到预期要求。通过深入分析，认为主要有如下原因：
（1） 掌子面超前注浆，采用注浆芯管按后退式注浆，在施工过程中，注浆管管口的封闭不严实，发生孔口的浆液泄漏，注浆压力上不去。
（2）注浆钙塑管由于自身刚度较小，在现场施工时，淤泥质粉质粘土成孔后易发生缩孔，导致钙塑管无法顶推至设计深度。
（3）现场施工掌子面注浆工艺耗时长，且导坑初期支护封闭需12h～24h，也是导致沉降变形过大的原因之一。
3.3方案优化
（1）洞口30m 大管棚已施作段
东、西线洞口30m 范围的超前大管棚已施做完成，该30m 范围开挖轮廓线内和拱底以下3m 范围无法在地面通过垂直旋喷加固来实施，因此开挖轮廓线两侧和拱顶3m范围内的土体可在地面进行垂直加固，其余部位则通过水平MJS工法桩进行加固。水平MJS工法桩设计参数：
①桩径为Ф600mm，桩长L=18m；
②MJS工法桩体固化剂采用 42.5R 复合硅酸盐水泥，水灰比0.8～1.0，水泥掺量350kg/m；
③桩位布置 1.0m×1.0m，梅花型布置，前后循环考虑搭接3m。
（2）隧道东线K0+870～K1+083m，西线K0+822.6～K1+043m 段
采用地表垂直高压旋喷桩加固，加固范围为隧道开挖轮廓线周边3m。采用二重管高压旋喷桩，桩径为Φ600mm，桩长L=16m，采用42.5R复合硅酸盐水泥，水灰比0.8，Ⅱ区水泥掺量建议值400Kg/m?，Ⅰ、Ⅲ区水泥掺量建议值380Kg/m?。
桩位布置：Ⅰ区：旋喷桩间距800（横）×900mm（纵），矩形布置，内侧紧贴Ⅱ区密排桩布置。其中靠近五浦河最外侧一排旋喷桩，在西线K1+000～K1+043段采用搭接布置，搭接长度20cm；Ⅱ区：旋喷桩间距600mm，桩间相切布置；Ⅲ区：旋喷桩间距800（横）×900mm（纵），梅花形布置，外侧紧贴Ⅱ区密排桩布置。 3.4施工要点
①施工过程中应对附近防汛墙、地面、地下管线的标高进行监测，当標高的变化值大于±10mm时，应暂停施工，根据实际情况调整压力参数后，再行施工。
②在桩底部边旋转边喷射1min后，再进行边旋转、边提升、边喷射。
③喷射时，先应达到预定的喷射压力和喷浆 量后再逐渐提升注浆管。中间发生故障时，应停止提升和旋喷，以防桩柱中断，同时立即进行检查，排除故障；如发现有浆液喷射不足，影响桩体的设计直径时，应进行复喷。
④旋喷过程中，对需要扩大加固范围或提高强度的工程可采取复喷措施，即再喷一遍或两遍水泥浆。
⑤喷到桩高后应迅速拔出浆管，用清水冲洗管路，防止凝固堵塞。
⑥质量检验：旋喷桩施工完成14天、28天，分别钻孔取芯，作无侧限强度检验。
3.5土体加固效果总结
从对桩体强度的检测、洞内掌子面开挖的断面情况及监测数据的分析，高压旋喷桩地表加固能够达到设计预期效果。
4、施工中出现的问题及有效应对措施
4.1加固薄弱区的存在
受地下管线的影响，管线下方的土体未得到加固，局部位置沉降较大，特别是大管径管道。
应对措施：①通过精确计算后调整旋喷钻机施打角度，在该类管线周边施作呈一定角度的高压旋喷，同时，在穿越毗邻管线后加大桩体直径，以最大程度减小盲区面积；②洞内采用小导管注浆进行局部补加固。
4.2地下管线隆起
应对措施：①将部分管线周边土体加固调整为搅拌桩，以降低加固压力；②在管线周围打设2根Φ200的卸压孔桩，使钻机喷射过程中通过卸压孔分散压力；③跳孔施工④加强监控量测。
4.3洞内开挖面及初支面渗水较大
应对措施：①沿开挖轮廓线外，五浦河一侧打设两排密排高压旋喷桩止水帷幕②沿隧道横断面每隔20m施做一排密排搅拌桩③局部离五浦河较近位置采用双排井点降水④开挖面渗水较大时，及时初喷掌子面，初期支护复喷前预留排水管⑤做好初期支护与二衬之间的防排水施工，防、排、截、引、堵相结合。
结语：
洞内注浆加固费用低，对地表构筑物多、管线复杂地段以及埋深较深的土体加固尤为适用，但工序多、工艺要求严格、操作难度大、占用工期长，往往加固效果不理想、安全风险大。
对于穿越淤泥质粉质粘土土层、大断面、埋深浅的浅埋暗挖隧道，土体加固效果是确保安全掘进的前提条件，实践证明，地表高压旋喷桩进行土体加固的效果明显，值得借鉴及推广使用。