隧道工程：基础处理-隧道工程

基础处理是沉管隧道水下施工的最后工序。由于沉管隧道在基槽开挖、管段沉放、基础处理和回填覆土后，其抗浮系数（管段总重与管段排水量之比）仅为1.1～1.2，因此作用在地基上的荷载一般比开挖前要小，故沉管隧道地基一般不会产生由于土质固结或剪切破坏而引起沉降。而且沉管隧道施工是在水下开挖基槽，一般不会产生流砂现象，因而对地质条件的适应性很强。沉管隧道施工不像采用盾构法那样，须在施工前进行大量水中地质钻探工作，但必须进行基础处理，其原因是在管段沉放之前，基槽开挖不平整，使槽底表面与沉管底面之间存在很多不规则的空隙，而使地基受力不均匀，产生局部破坏，从而引起地基不均匀沉降，使沉管结构受到较大的局部应力而开裂；其目的是使管段底面与地基之间的空隙充填密实。

沉管隧道的基础处理主要是垫平基槽底部，其处理方法按垫平的途径不同有很多种，从地基处理的发展趋势来看，主要有以下四种：刮铺法、喷砂法、压注法和桩基法。刮铺法在管段沉放之前进行，又称为先铺法；喷砂法和压注法在管段沉放之后进行，故又称为后填法；桩基法主要用于特别软弱地基。此外，沉管隧道基础处理曾采用过灌砂法和灌囊法，灌砂法是沿管段两侧向基底灌砂，因不能使矩形管段底面中部充填密实，只适用于圆形管段。灌囊法是在管段底面系上囊袋，管段沉放后向囊袋内灌注砂浆填充，这种方法现已被压浆法取代。

1．刮铺法

刮铺法是在管段沉放前采用专用的刮铺船上的刮板在基槽底刮平铺垫材料（粗砂或碎石或砂砾石）作为管段基础，如图13-3-9所示。采用刮铺法开挖基槽底应超挖60～80 cm，在槽底两侧打数排短桩安设导轨，以便在刮铺时控制高程和坡度。安设导轨时要有较高的精度，否则影响基础处理的效果。

图13-3-9　刮铺法

1—砂石垫层；2—驳船组；3—车架；4—桁架及轨道；5—刮板；6—锚块。

2．喷砂法

喷砂法是在管段沉放后，从水面上用砂泵将砂、水混合料通过伸入管段底下的喷管向管段底喷注，填满空隙（图13-3-10、图13-3-11）。喷填的砂垫层厚度一般为1 m左右。喷砂的材料要求平均砂粒径为0.5 mm左右，混合料中含砂量一般为10%，有时可达20%，但喷出的砂垫层较疏松，孔隙比为40%～42%。喷砂作业用一套专用的台架，台架顶部突出在水面上，可沿铺设在管段顶面上的轨道作纵向前后移动。喷砂作业的施工速度为200 m2/h，在喷砂进行的同时，经2根吸管抽吸回水，使管段底面形成一个规则有序的流动场，砂便能均匀沉淀。喷砂法在欧洲用得较多，适于宽度较大的沉管隧道。

图13-3-10　喷砂法原理

1—喷砂管；2—回吸管。(www.xing528.com)

图13-3-11　喷砂台架设备

3．压注法

压注法（图13-3-12）是在管段沉放后向管段底面压注水泥砂浆或砂，作为管段基础，根据压注材料的不同可分成压浆法和压砂法两种。

图13-3-12　压注法

1—碎石垫层；2—砂石封闭；
3—压浆孔；4—压入砂浆。

压浆法在开挖基槽时，应先超挖1 m左右，然后摊铺一层厚40～60 cm的碎石，但不必刮平，只要大致整平即可，在堆放临时支座的石渣堆完成后即可沉放管段。在管段沉放结束后，沿着管段两侧边及后端底边抛堆砂、石封闭栏，栏高至管底以上1 m左右，以封闭管段底周边。然后从隧道内部，用压浆设备通过预埋在管段底板上的直径80 mm的压浆孔，向管底空隙压注混合砂浆。

压砂法与压浆法很相似，但压入的材料不是砂浆，而是砂、水混合料。所用砂的粒径为0.15～0.27 mm，注浆压力比静水压力大50～140 kPa。

由于压注法具有不需要专用设备，操作简单，施工费用低，且不受水深、流速、浪潮及气象条件的影响，不干扰航运，不需潜水作业，便于日夜连续施工等优点，因而在今后的发展中将会取代其他基础处理方法得到普遍推广。

4．桩基法

桩基法（图13-3-13）主要用于特别软弱地基。当沉管下的地基特别软弱时，其容许承载力很小，仅作“垫平”处理是不够的。采用桩基础支撑沉管，承载力和沉降都能满足要求，抗震能力也较强，而且桩较短，花费不大，因而是一种适宜的办法。