超深淤泥质下穿隧道再生材料围堰关键技术研究应用

陈彦军

摘 要：该项目为灞河下穿明挖隧道，是十四运会重难点项目。隧道全长2896m，下穿600m全宽主河道，隧道距橡胶坝坝体不足100m，隧道底界距淤泥层顶约14m淤泥，淤泥沉淀时间短，呈软塑～流塑状，超深泥流态淤泥开挖围护难度大，可参考经验少，通过总结研究及实践，攻克了关键技术难关，提高了施工效率，节约了投资，保证了安全质量及工期。

关键词：乒乓球;显示动力学理论;新材料;碰撞动力学

中图分类号：U655.5 文献标识码：A 文章编号：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

西安浐灞生態区灞河隧道隧道下穿600m全宽主河道，主线设计总长2896m，双向六车道，并在过河段设置紧急逃生通道及综合管廊，隧道断面为矩形单箱三室，钢筋混凝土结构，空间高度为6.2m，隧道采用明挖工艺。该项目隧道2020年3月份中标，计划2021年6月份竣工通车。

1 项目面临的重难及需攻克的关键技术

（1）灞河因城市景观需求，在下游位置设置了橡胶拦水坝进行蓄水，在坝体一侧，形成了平均深达到7m以上的淤泥，因淤泥沉淀时间短，表面呈泥流态，不能作为围堰的直接持力层，即使是加固淤泥层，机械无法直接在淤泥层顶部施工。

（2）隧道设计位置距橡胶坝坝体较近（约 75～120m），隧道底界距淤泥层顶约14m，隧道采取明挖开挖方式并下穿主河道，且灞河底下的土层是粉质粘土与细、中砂交替出现，存在承压水，开挖基坑易产生基坑突涌，类似可参考经验少，需要多种工艺的相互结合才能有效解决围护安全，其设计及施工难度大。

3）该项目为2021年十四届运动会主会场重要通道，从设计、施工至通车不足15个月，且要面临至少2个汛期影响，工期要求紧，业主同时提出围堰施工利用建筑再生资源，降低总造价，更增加了设计施工难度，因此科学合理的设计技术及施工方案的有效运用直接决定着是工期及总投资。

2 再生材料围堰设计攻关及技术研究

2.1 围堰设计原则总体思路

本工程围堰使用年限为 1 年，围堰高度小15m，围堰的级别均为 4级。围堰类型为土石结构，围堰工程洪水标准为 20 年一遇。围堰在设计前，综合考虑了工程使用要求、场地特点、地形地质、施工的便利性和施工工期、总投资等情况，满足了防洪、地基承载力、抗渗及变形、边坡整体稳定、地基承载力和抗渗等多方面要求。

2.2 围堰设计的工艺设计思路

将施工范围内的表层浮土和水草、杂物等清除干净，清淤 1m 深，采用综合挤淤法，将剩余 5～6m 的淤泥置换;对采用再生材料建筑垃圾部分，根据建筑垃圾填筑深度，建筑垃圾材料本身应满足设计要求，若不满足采用旋喷桩或注浆改良建筑垃圾土体性质，剩余淤泥采用旋喷桩进行加固。然后在围堰坡脚施工格宾石笼，围堰主体分层填粘性土，至设计高程后施工隧道围护结构，开挖基坑，施工隧道，最后基坑回填，拆除围堰，恢复堤岸。如图2所示。

2.3 围堰再生材料设计研究论证

为节约造价及再生资源的利用，对建筑再生材料运用到围堰施工中进行了重点研究论证。根据围堰规模，坝体最终填筑高度最大为8.5m，坝顶宽度为4.0m，坝底宽度为33.75m，淤泥层总厚度为7.0m，拟用建筑再生材料换填的淤泥厚度为2.5m，宽度为20.9m。经计算，坝体重力考虑安全系数μ=1.2，坝体所需承载力。因此抛石及建筑垃圾所需提供承载力不应小于120 kPa。建筑再生材料重力;假设坝体重力全部由已换填的建筑再生材料及淤泥加固系统承担，淤泥加固系统采用φ600mm旋喷桩或搅拌桩，需梅花状布置。

2.4 围堰再生建筑材料工艺设计优化

考虑间距为1.1m，长度为7.5m，其中7m（含2.5m建筑垃圾层旋喷桩或搅拌桩加固）插入整个淤泥层，0.5m插入相邻砂层中。建筑再生材料下单延米所需旋喷桩个数n=20.9/1.1=19;旋喷桩/搅拌桩自重G3=π/4×0.62×7.5×21×25kN/m3=1006.7625kN;单延米旋喷桩/搅拌桩端总面积S=π/4×0.62×19=5.3694m2;安全系数μ=1.2;桩端所需承载力q=μ（G1+G2+G3）/S=1.2×（3209+1045+1006.7625）/5.3694=1175.72kPa≤qPa中砂層=1200kPa。经优化计算，优化方案满足要求，因此桩体需落在下方中砂层上，桩长为7.5，桩体进入中砂层0.5m，桩间距1.1m，成梅花型布置，优化后的方案更科学合理。如表1所示。

3 再生材料围堰设计及施工现场应用比对分析

（1）针对超深淤泥质地层，现场施工从施工工艺角度论证说明是否能采用引孔+搅拌桩设计工艺，不考虑建筑垃圾造价，仅考虑节省抛石量，证实搅拌桩方案整体造价不会较原抛石方案增加。

（2）针对采取引孔+旋喷桩施工经验，旋喷桩经过之前试验可以打到 25 m深，且为节约围堰背水面设置铺盖层的工程量，将围堰防渗墙优化为心墙，心墙采用落底式，通过试验结果比对，围堰加固方案最终采取采用旋喷桩更科学合理。

（3）针对部分若搅拌桩无法实现打设情况，考虑到注浆对建筑再生材料改善效果无法确定，将采用旋喷桩引孔+旋喷桩加固建筑再生材料层和淤泥层的方案，从而对其进行整体加固，以防两侧压载，在中部形成薄弱层，发生内陷后坡脚失稳，容易对围堰度汛及内部基坑安全埋下隐患。如图4所示。

4 再生材料围堰施工方案的优化建议

（1）围堰上部坝体采用了粘性土进行密实回填，底部为片石（或建筑再生材料）挤淤，宽度近 40m;经初步计算及分析，在设计水位下围堰本身不会发生渗透破坏及管涌，在两侧部位抛石挤淤达到设计要求的前提下，施工优化思路：围堰中部设置的落底式防渗桩。

（2）围堰底部自外向内依次为 18.9m 宽的片石、20.9m宽的建筑再生材料及 10m宽的片石;其中两侧片石厚度约 6～7m，底部位于砾砂层;中部建筑再生材料厚度约 2.5m，该区域采用了 D600×1100 高压旋喷桩进行加固，桩端进入下部砾砂层 500mm。施工优化思路：该区域高压旋喷桩，可考虑采用强夯等措施对坡脚等薄弱区域进行处理，确保挤淤深度与设计一致，满足整体稳定性要求即可。

5 再生材料围堰施工中出现的问题及对策

（1）面对再生材料围堰背水面坝脚尾水淘沙问题，解决办法：采取在围堰背水面设置堆石棱体排水，降低坝内的浸润线使下游坝脚免受尾水淘沙，并反压下游坝脚。坝体与排水体设置反滤层。堆石棱体一侧设置高压旋喷防渗墙，解决围堰背水淘沙问题。

（2）面对建筑再生材料回填时未进行碾压夯实造成坝体填土开裂及沉降问题，解决办法：局部进行钻孔取土，判断坝体基础下挤淤及回填的现状，再采取针对性加固措施进行加固。

（3）面对原处理方案中采取高压旋喷桩加固，实际施工中工艺存在不确定性，同时难以达到预期的加固效果问题，解决办法：优先采用土挤密桩的处理措施，置换材料可采用碎石、拆房土、生石灰等拌合。

（4）面对开挖易产生突涌问题，解决办法：在基坑开挖之前基坑内设置多个设水位监测点，等水位降至设计要求且稳定之后方可开挖基坑;补充导流坝基础回筑情况并加强变形监测，汛期保证导流坝的安全;加强围堰自身变形监测，设置沉降、倾斜等监测布点，完善巡视要求，并与基坑施工期间监测相互结合。

6 再生材料在超深淤泥质围堰中的应用技术及

注意事项

通过在浐灞项目超深淤泥质下穿隧道再生材料围堰关键技术研究应用，围堰施工中可以就地取材，采取建筑垃圾等再生材料作为围堰填筑材料，但必须注意的是再生料填筑料中不允许含腐植土等，水溶盐含量（指易溶盐和中溶盐，按质量计）不大于3%;建筑再生料填筑料，骨料级配好，密实度不小于0.91;建筑再生料渗透系数不大于1×10-4cm/s;建筑再生料承载力满足要求，不小于120kPa;建筑再生料填筑深度要达到图纸要求的抛石挤淤深度;采取建筑再生材料在超深淤泥质围堰迎水面必须做坡脚石笼。

7 结语

再生建筑材料尽管可以就地取材，且能降造提效，但不能单一全部采取再生材料作为超深淤泥质围堰填筑材料，需要采取多种工艺工法的有效结合，才能发挥出再生材料在超深淤泥质围堰工程填筑要求及最终实现其工程的的经济性、安全性、生态保护及降本增效等目的。

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