王康佘春涛
(中交三航局第三工程有限公司，江苏南京210011)
[摘要]以太湖隧道工程为背景，针对深厚软弱淤泥土层中超深就地固化工艺工法进行了具体研宄，提出 “自动定量、递进式、连续推进、短期开挖及承载”的超深超宽就地固化施工方法，对施工作业范围内的淤泥进行 固化处理，提高了整个基坑支护施工的安全性。淤泥处理后用于隧道上覆填土，实现弃土再利用。实践证明，该 方法克服了深层土体固化强度不均匀的技术难题，保证了地基承载能力要求，同时也符合绿和生态交通建设 的理念，可为类似工程提供参考。
[关键词]自动定量递进式短期开挖及承载1
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工程概况
太湖隧道建于湖底，起讫里程K 23+950~ K 34+780，总长约10.8 km ；其中暗埋段起讫里 程 K 24+ 185~K 34+190，长约 10.0 km ；主体结构基坑采用围堰挡水明挖施工。施工时需要
进行主基坑开挖和修建其两侧的施工便道。 项目区地质条件变化较大，局部分布厚层软 土，主要有淤泥质粉质黏土、淤泥等，最大厚 度达13 m (图1)。软土具有工程特性差、含水 量高、难以运输等特点，具体指标详见表1。
放坡
湖底标高
放坡+垂直支护
垂直支护机械臂
'放坡+垂M 支护
垂直支护
图1湖中淤泥原勘纵剖面示意图
太湖隧道地勘揭示，隧道围堰内侧淤泥 厚度平均为7~10m ，局部深槽超13 m ；另外, 太湖水域较浅，大型运输船无法进行淤泥外 运作业，考虑对太湖水体的影响及外运污染, 只能在湖中进行淤泥加
固。首先，通过固化 剂与土体的水化反应，土体形态从流塑状变 为可塑状，再进行土体开挖外运，以解决淤泥 无法外运的难题；同时提高淤泥强度，降低淤
泥含水率，改良淤泥土的压缩特性，使得隧道 主体两侧的施工便道快速形成，为紧后工序 的施工设备及材料运输提供保障。
根据原地勘、围堰补勘及现场抽水后，测 得现场1-2层浮淤和l -2a 层淤泥质黏土的 含水率在56%~68%，固化处理的这两种土层 土质较黏，固化工序主要如下：
(1)水上挖除基坑范围内淤泥至设计标
太湖湖底
V
临时围堰
粉喷桩加固至l -2a 淤泥质黏土底
图2湖中淤泥固化横截面示意图
2设备选型
为解决超长超宽太湖隧道深厚淤泥短期
大方量集中固化问题，不仅要求使用自动定 量供料系统精确控制固化剂，更需要在搅拌 设备长度及搅拌头构造方面进行更有针对性 和适应性的改进，主要设备选型如表2所示。 强力搅拌头是一种专业型的立体搅拌设 备，利用挖机液压驱动，实现三维搅拌。2个 搅拌头按合理的角度对称分布在连接杆和喷 嘴的两侧，其主要参数如下：
(1)搅拌头规格不同，其横向投影长度 为1300〜1800111111，宽度为800~1000111111，竖
表1
土层物理性质指标统计表
天然含水量
o j /(°/o )天然密度 /(g/cmO 天然孔隙比e 液限塑限
直剪
压缩模量
岩土岩土名称
快剪
固快
E s
编号
/(%)/(%)黏聚力
C q /kPa 内摩擦角
心/(〇)黏聚力C c/kPa 内摩擦角 cM (。）0.1 ~0.2 /MPa
1-2淤泥质黏土51.0 1.69 1.47439.021.57.9 1.48.07.1 2.392-1粉质黏土24.2 2.010.68333.719.231.714.334.513.87.082-2粉质黏土26.4 1.970.75330.818.920.612.223.811.0 5.392-3粉土
电梯门机系统
28.3
1.930.78729.02
2.312.026.41
3.026.49.642-4淤泥质粉质
黏土39.9
1.78 1.17836.019.414.2 3.310.78.2 3.033-1粉质黏土24.4
2.010.68835.419.739.714.439.714.67.193-l a 粉质黏土29.0 1.950.80632.918.31
3.88.215.111.8
4.663-2黏土37.0 1.84 1.04239.721.216.6
5.719.98.8 3.494-1粉质黏土24.3 1.990.71237.020.54
6.715.049.516.1
7.714-l a 粉质黏土2
8.7 1.950.78933.61
9.624.313.725.115.0 6.044-lb 粉质黏土29.1 1.990.73029.618.317.97.216.511.7 4.614-l c
首饰加工技术粉土
24.9
1.98
0.699
28.0
20.7
9.2
27.3
网络设备管理10.3
28.0
9.94
高-4.7 m 处(太湖水域限制，抓泥船抓泥最深 为5 m ，大型运输泥船无法外运）；
(2) 围堰施工完成后抽水至原地面，反 压土跟进施工，后进行7 m 便道(深度4 m )固
化施工；
(3)
进行外侧放坡段淤泥加固，采用湿
喷粧施工工艺；
(4) 基坑区、15m 便道上部(冠梁以上)
及15 m 便道区域(冠梁以下4 m )同步固化完
成后，进行围护及工程粧施工；
(5) 冠梁支撑完成，最后进入基坑开挖工序。
淤泥固化截面示意图见图2。
太湖水位道
路设计中线
-2
-
港工技术与管理2021年第3
期
的同时供料。固化剂由后台供料系统通过喷 浆管进入喷嘴，利用搅拌头上螺旋分布的刀 头转动即可立体切削土体，从而使固化剂和 土体均匀拌和。
固化剂添加控制系统安装于后台供料系 统中，能够实时控制固化剂的添加量，精确计 量，减少材料浪费，并能实时记录和保存固化 剂用量过程（图3)，结合3D 卫星定位控制系 统的使用，保障搅拌的全覆盖，并可形成报告。
图3
3.3配合比设计
根据隧道开挖断面，将固化范围分为：(1) 基坑固化区
对浅层1-2层淤泥、淤泥质粉质黏土进 行就地固化处理，处理深度为从原状面开始， 固化施工至2-1层顶部。
(2) 便道固化区
固化深度为2.0 m 。根据设计及地勘资 料，1-2层淤泥质黏土天然含水率51%，天然 密度1.71 lyiV 。固化采用水泥浆剂固化剂， 固化剂掺加量(湿土质量比）拟采用：基坑固 化区5%、便道固化区10%。固化剂的材料采 用水泥系固化剂，主要材料为水泥(P .O . 42.5)。
3.4主要施工流程3.
4.1划分区域
将欲进行固化处理的区域进行放样并划
分区域，区块大小一般为10〜30 m 2，常规的划 分尺寸为5 m x 5 m 或5 m x 6 m ，根据该处理 区域的处理厚度计算固化剂用量的配比并进 行调制，然后用固化剂自动定量供料系统设
表2
设备选型清单
设备
数量用途
三维强力搅拌头12台固化搅拌施工设备动力挖掘机12台提供搅拌时的动力及
移动
自动定量供料系统
12台固化剂置拌及输送
输料管 5 000 m 固化剂输送
配电柜3个槽罐60t 24个固化剂存储、备用铁板
若干
固化设备施工移位
向高度为800~1 000_，为了搭接合理，单 次搅拌形状在平面上为矩形，单次搅拌面积 不小于1 m 2;
(2)
上部连接杆的长度不小于3 m ，根据
加固深度要求可设置加长杆，使最大处理深
度不小于5 m ;
(3) 液压控制在23~42MPa ;(4) 搅拌效率不小于50~100m 7h 。 配套的挖机型号一般不低于250或选用更大动力的设备。根据太湖隧道工况，现场所 使用的搅拌设备在原有基础上进行臂长连接、 油路密封及搅拌刀排等改造措施，使其更好 地适用于淤泥及淤泥质粉质黏土的固化效果。3
就地固化施工方法
就地固化技术是一种利用固化剂对软土 等土体就地进行固化，使土体达到一定强度 或其它使用要求，从而对其进行就地利用或 达到地基处理要求的方法。
3.1固化剂与施工设备
固化剂类型采用粉剂或浆剂，主要成分 为水泥及少量早强剂，具体配比根据室内试 验结合现场试验确定。该技术的施工设备主 要包括：三维强力搅拌头、配套挖机、后台供 料系统、固化剂添加控制系统等。
3.2固化设备供料系统
改进后的固化设备供料系统采用自动定 量供料系统，保证固化土体所用固化材料的 准确控制。后台供料系统可实现多种固化剂
打设记录区
打设控制
区
置固化剂含量。
3.4.2选定固化剂施工形式
可按现场淤泥含水率的高低，分别采用 浆剂或粉剂施工：若含水率低于50%，建议采用 浆剂施工；若含水率高于50%，则建议采用粉 剂或浆剂施工；对于严格控制扬尘的区域，建 议采用浆剂施工。
3.4.3强力搅拌头就地搅拌
采用强力搅拌头均匀搅拌原位土。根据 现场土样含水率的高低以及固化剂形式，施工采 用垂直上下搅拌固化的方式，搅拌设备直插 式对原位土进行搅拌，搅拌设备正向运行逐 渐深入搅拌并喷射固化剂，直至达到固化设 计底部，然后搅拌设备反向运行缓慢提升搅 拌并喷固化剂，搅拌提升或下降的速率控制 在10~20 s /m ，固化剂的喷料速率控制在100~ 200 kg /min (粉齐 I J )和 150~300 kg /min (浆剂)。
就地固化处理采用边固化边推进的形式 进行。该部分工序为关键工序，应保证搅拌均 匀，其强度满足指标要求，各区块之间应有不 小于5 cm 的搭接宽度，避免漏搅，如图4所示。
按现场试搅确定的施工工艺和施工参数 采用强力搅拌头对原位土进行就地强力搅 拌，就地拌和时，将固化剂与原位土逐步搅拌 fij 地基处理深度，搅拌应均匀，常用的搅拌方 k 如图5所示。
(1)
若表层存在硬土层时，应先采用挖
机进行预松土，以保证机械的后续使用；
(2) 搅拌设备正向运行逐渐深入搅拌并
- 4 -(b )翻松分层固化式(适用于表层存在硬壳层土体)
图5
就地固化搅拌方式
喷射固化剂，直至达到地基固化处理深度底 部：一般每个点上下搅拌次数不少于2次，直
至单位土体固化剂喷射完成后进入下一区 块；
(3) 搅拌过程定位系统应实时记录搅拌
头全过程；
(4)
为了保证固化范围搅拌全覆盖，就
地固化系统应装有搅拌过程定位和记录系 统，控制固化全过程。
3.4.4预压和养护(1)
当固化区域搅拌完成后，应立即预
压，采用满足设计要求的填土等材料对搅拌 后的土体进行堆载预压，或采用挖机等机械 设备进行整平预压；
(2) 预压后进行整平养护，保证搅拌后 板体的整体性及表层土体的压实度，养护时 间宜在7 d 以上；
(3) 养护时如遇雨天，应在固化场地表
面铺设塑料薄膜，同时加强场地排水，以减少
雨水影响；
港工技术与管理2021年第3
期
(4) 一般固化后养护7~14d 可进行上 部填土，或进行排水板、水泥搅拌桩等软基处
理施工。
3.4.5质量检验
需对就地固化处理路段在固化后的强 度、厚度和承载力等指标进行检测。4
质量控制要求
采用就地固化施工工艺处理的路段需对 固化后的强度、厚度进行检测，检测方法如下：
(1) 固化剂成分及含量
固化剂材料应符合相关规范要求，具体 固化配合比应通过现场试验确定，通过固化 剂自动定量控制系统控制施工过程中的配 比，允许偏差不大于0.5%。
(2) 就地固化处理厚度与宽度
厚度检测通过钻芯取样或静力触探试验 确定，要求处理厚度与设计厚度相差不超过
20 cm 。处理宽度用尺进行量测，要求现场量测 宽度与设计宽度相差不超过10 cm ，测试点不 少于3处。
(3) 就地固化处理层的强度
对固化后的土体采用液压十字板剪切仪 进行试验检测，每单个区域或200 m 检测点 不少于3处。其中：
① 基坑固化区：2〜5 d 后不排水抗剪强 度不小于40kPa ;② 施工便道固化区：7d 后不排水抗剪 强度不小于80kPa 。5
结语
太湖隧道采用“自动定量、递进式、连续 推进、短期开挖及承载”的超深超宽就地固化 施工方法，完成淤泥固化段落K 24+590~K 24+ 713(长度 123 m )、K 25+550~K 27+310(长度 1 760 m )，总计约1.9 km 、共79万方工程量，单
台设备日均淤泥固化方量可达800~1 000 m 3,
根据现场98处试验检测结果显示，基坑固化 区检测点(2〜5 d )的不排水抗剪强度平均可以 达到50~60
kPa ，施工便道固化区检测点(7 d ) 的不排水抗剪强度平均可以达到80~90 kPa , 相较于强度仅有10 kPa 的原状土，提升效果 显著。
实践表明，“自动定量、递进式、连续推 进、短期开挖及承载”的超深超宽就地固化施 工方法，具有极好的地层变形控制能力，非常
适合车站等一些特大断面隧道、重要下穿工 程或超浅覆盖、对地面沉降要求较高而水文 地质情况特别复杂的地下空间的超前支护。
经实践，该施工技术有以下几个方面优 缺点：
(1) 优点①
能够稳定控制高含水率淤泥质土的
连续固化，确保固化后土体的强度及承载力， 有效提升超长狭窄隧道工程的连续作业及基 坑幵挖的稳定性；
② 有效解决淤泥外运对外界环境的污 染和水体有害物质的析出等环保问题；
③
待隧道主体形成后，就地固化后的湖
中淤泥土可进行上部覆土回填，达到太湖土
体平衡，避免外借土方，节约造价。
(2) 缺点
① 固化设备自重过大，遇深厚淤泥层及 雨天自然条件不好的情况，则施工难度增大；
②
该方法对不同加固土体前期试验及
设备工艺改进投入较大。降压散
参考文献
1浙江省交通运输厅.浙交丨2018]6号文.公路路堤 就地固化(强力搅拌法)设计与施工技术指南 2杨小玲，胡湛波，涂晓杰.淤泥质土固化与强度特 性试验研宄[J 1.人民黄河,2020(04):36~41
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