徐志平
(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)
摘 要：随着国内陆下工程日益发展，难免会在对人体有害的地层修建地下工程，因此研究其安全有效的结构形式具有重要的理论意义和现实意义。某铁路隧道浅埋段穿越含炼油废渣地层，为确保施工和线路运营安全，同时满足环保的要求，对该浅埋段采取明挖施工。明洞结构采取了特殊的防水防渗措施，对明洞衬砌混凝土结构进行了加强，采用“双层衬砌+双层全包防水”的设计方案。为了减少对原有地层的扰动，降低废渣污染物对周边环境的影响，对该隧道明挖段采取了围护桩结构，确保基坑施工安全。对同类隧道的设计与施工有借鉴作用。
关键词：隧道；明洞；废渣地层；污染物；防腐结构；支护；围护桩结构
某铁路隧道长1 514 m，为双线隧道，最大埋深106 m。隧道洞身纵坡为10.5‰、11‰的单面上坡。除进口左线560.43 m、右线550.45 m段位于R-800 m的曲线上外，其余均位于直线上。隧道洞身浅埋段，地形较平坦，最小埋深约为9.5 m。该隧道采用进、出口双向掘进的方式施工。出口施工至隧道浅埋段附近，掌子面持续散发异味气体及出现少量渗水。经某环境检测单位对洞内气体、岩体及水体取样化验，进行成分检测分析。检测结果为：“该案现场空气中TVOC、苯系物严重污染，以及现场水质中大量检出有机物卤化物，根据对该案现场岩石的分析，初步确定该案施工现场处地下水及岩体有明显化学污染迹象，污染物为复杂化学有机物混合污染，污染物有较强挥发性及毒性。”
1.1 与线路的关系
线路位于某炼油厂废弃砟拦洪坝上游一侧，线位与拦洪坝斜交，夹角约35°，该段以隧道工程通过，具体如图1所示。
1.2 隧道浅埋段的工程地质条件
隧道浅埋段洞身通过的地层主要为第四系全新统人工填筑砂质黄土，冲积粉质黏土、粉土、第三系中新统泥岩夹砂岩。
图1 废渣场与线路的位置关系图(单位：m)
1.2.1 第四系全新统(Q4)
(1)人工填筑土(Q4ml)：人工填土分为做过夯实处理的拦洪坝坝体的人工填土及坝体以外的人工杂填土。①人工杂填土：分布于拦洪坝上游，厚度13～20 m。浅红色、灰绿色、青灰色夹黑色，成分以砂质黄土为主，局部夹有砂岩、泥岩碎块，在3.2～9.5 m段，间断夹有厚度2 m左右的黑色的沥青、石膏等化学结晶体，具臭味，硬塑—软塑，软塑为主，Ⅱ级普通土。②拦洪坝坝体人工填土：上部(0～7 m)砂质黄土夹30%～40%的红色风化状泥岩、砂岩碎块。
下部7～19 m黏质黄土为主，夹杂少量泥岩碎块。
(2)砂质黄土(Q4al3)：主要分布于人工填土下部(原始地貌的沟底)，厚度约3～10 m，灰黄色、浅黄色，土质不均，含砂量大，潮湿—饱和，稍密，Ⅱ级普通土，σ0=100 kPa。
(3)砂质黄土(Q4al3)：主要分布于左岸山坡坡脚，厚度约3～5 m，灰黄色、浅黄色，土质不均，夹有少量砂岩、泥岩碎块，含砂量大，潮湿，稍密，Ⅱ级普通土，σ0=100 kPa。
1.2.2 第三系中新统(N1)
泥岩夹砂岩(N1Ms+Ss)：泥岩，砖红色，泥质结构，泥质胶结，厚层状构造；砂岩，灰黄色、浅黄色，粉、细粒结构，中厚层状构造，成分以长石、石英为主，泥质胶结。强风化层厚4～6 m，Ⅲ级硬土，σ0=300 kPa，弱风化，Ⅳ级软石，σ0=400 kPa。
1.3 隧道浅埋段水文地质条件
1.3.1 地表水
该区属于温暖半干旱区，四季分明，降雨量少，蒸发量大，太阳辐射强。降雨量季节分配不均，盛夏及秋季雨量集中，7～9月占全年降雨量的54.5%。主沟至沟头长约1.3 km，沟内支沟较多，山坡较为破碎，两岸基岩以风化的泥岩夹砂岩为主，抗冲刷能力低，由于拦洪坝的修筑，在大雨、暴雨时泥流物质丰富，在坝脚一带，每年淤积约1 m厚的淤泥。
1.3.2 地下水
本区地下水一般分布于冲积砂质黄土与泥岩顶面的接触带，地下水位高程在1 630～1 631 m之间，属于第四系潜水，主要受大气降水补给。由于地下水受化学垃圾的污染，矿化度高，对混凝土具高腐蚀性，拦洪坝上游的地下水呈碱性。
对地下水的腐蚀性物质的检验结果如下：PH值，8.5～12.0；氯化物，7 329.3 mg/L；硫酸盐，3 666.6 mg/L；碱含量，16 329.0 mg/L。总腐蚀性为氯盐腐蚀性L3，硫酸盐腐蚀性H2，总碱含量16 329.0 mg/L。
2.1 设计难点
该隧道浅埋段洞身处于人工填筑土夹土法炼油废渣中，洞内掌子面持续散发对人体有害的气体，采用暗挖施工对施工人员健康存在很大安全隐患，且施工通风不能彻底解决洞内空气污染问题，故浅埋段采用明挖法通过，是相对安全稳妥的方案[1-2]。明挖法方案设计上存在以下设计难点：
(1)该浅埋段洞身处于人工填筑土夹土法炼油废渣中，含有危废物质，明洞采取何种结构防腐蚀，确保施工和隧道运营安全，之前并无相关工程经验。
(2)明挖段位于浅埋沟沟心，埋深5.1～11.9 m，施工土体松散，软塑状为主，围岩稳定性差，且废渣中含有大量有害于人体健康的气体物质，工程地质条件差，明洞开挖须采取可靠支护方案，确保施工安全，同时减少对周围环境的影响。
2.2 明挖结构防腐蚀设计
为确保危废物质对隧道运营无安全隐患，明洞采用“双层衬砌+双层全包防水”结构形式。
(1)考虑到地下水氯盐腐蚀性为L3，硫酸盐腐蚀性为H2，根据耐久性设计规范，衬砌混凝土等级采用C50。考虑明洞的埋深和地下水的腐蚀性，明洞衬砌采用钢筋混凝土、厚120 cm，外套C40素混凝土衬砌、厚50 cm作为防腐蚀保护层。具体结构参数及防腐蚀措施如表1、断面示意如图2所示。
表1 明洞衬砌结构及防腐蚀措施表
部位材料厚功能明洞衬砌C50钢筋砼120cm承载水、土压明洞防水层EVA1.5mm防水、防腐蚀层明洞防腐衬砌C40素混凝土50cm缓冲、抗腐蚀防腐衬砌防水层EVA1.5mm隔水、防水、防渗、防腐蚀边坡护坡C25喷射混凝土15cm施工期间防止废液、废气挥发产生污染
图2 明洞衬砌断面(单位：cm)
(2)明洞衬砌与外层防腐套拱间铺设1.5 mm厚EVA全包防水板，防腐套拱外铺设1.5 mm厚EVA全包防水板。示意图如图3所示。
图3 明洞防水防渗层示意图
2.3 明洞开挖方案
明洞基坑段，由于基底人工填土，多呈软塑状，
自稳性差，为减小放坡对原有废渣的开挖及对废渣场拦洪坝的影响，同时为保证施工安全，基坑左、右侧设围护桩。具体方案如下：明洞开挖采取放坡开挖至明洞结构拱顶，然后打设围护桩结构，桩径1.2 m，间距1.5 m，桩长18 m，嵌固深度5 m，桩顶设纵梁1.4 m×1 m，桩间喷C25混凝土，厚25 cm，铺设钢筋网?8 mm@25 cm×25 cm。桩顶两侧边坡放坡开挖，边坡坡率采用1∶1，边坡防护采用喷锚网防护，喷C25混凝土厚15 cm，钢筋网采用?8 mm@25 cm×25 cm，锚杆采用?22 mm砂浆锚杆，长4.5 m，间距1.5 m×1.5 m，梅花型布设。示意图如图4所示。
图4 明洞开挖示意图(单位：cm)
自上而下设3道钢管支撑，?600 mm，厚t=14 mm，竖向间距为4 m，水平间距4 m，钢支撑设活动端头，以便施加预加力。示意图如图5、图6所示。
图5 明洞围护结构立面示意图(单位：cm)
图6 明洞围护结构平面示意图(单位：cm)
开挖边坡、基坑表面及基坑底在喷层表面铺设纳基膨润土防水毯(GCL)封闭表面，其中基底铺设之前喷混凝土找平，以形成隔水层，以确保施工及运营安全。纳基膨润土防水毯铺设示意图见图7。
2.4 其他注意事项
(1)对于该段隧道施工开挖的弃渣，因属于危废渣体，废渣废液均不得随意堆砌和排放，由具备有资质的部门采用专用车辆进行装卸、运输；对于基坑内的渗滤废液，由具备专业资质的单位统一进行抽排、存储、处理。
图7 纳基膨润土防水毯(GCL)铺设示意图
(2)明挖基坑周边地面必须做排水沟，避免地面水流入基坑内，地面必须硬化，防止地表水渗入基坑；地表回填完成后，理顺上下游沟心，保证地表水排泄通畅，以防地表水汇集下渗。
(3)该段落隧道采用全包防水设计，洞内取消排水盲管及泄水孔，防止有毒有害物质通过泄水孔逸出。
(4)明暗挖分界的施工缝应做好防水，在施工缝部位中部设中埋式橡胶止水带、外贴式止水带和嵌缝材料组成复合防水层。
(5)对边坡采取“挖一层、喷一层”防护，在喷层表面铺设纳基膨润土防水毯；对每层在平面上采取“随开挖、随后退、喷层临时封底”的施工措施；开挖至隧道顶标高后，根据现场地质情况，确保基底位于基岩面上，若基底为废渣软弱层采取三七灰土换填，后采用喷层找平，再铺设纳基膨润土防水毯隔水。
(6)明挖施工期间，作业工人需佩戴防毒面具，穿特制工作服，施工实行多班换倒制度，尽量不间断，加快施工进度，减少明挖段总体施工时间。
隧道下穿含炼油废渣地层工程实例较为罕见，国内外尚缺乏同类型隧道的设计、施工成熟经验可供借鉴。随着国内陆下工程日益发展，难免会在此类对人体有害的地层修建地下工程，因此研究其安全有效的结构形式具有重要的理论意义和现实意义。该隧道炼油废渣及废液对人体有害，故隧道必须采用较强防水、防渗、防腐蚀的衬砌结构，以确保隧道运营后洞内无污染，对人体无伤害。隧道采用“双层衬砌+双层全包防水”的设计方案，是一种复合式的防水防渗防蚀措施，这是解决此类问题一种思路。另外，在通常情况下，炼油废渣均为人工回填，土质较为松散，遇水软化，地质条件差。根据隧道埋深较浅的特点，采用明挖方案较为稳妥，其开挖采用桩围护结构，尽量减少对原有地层的扰动及开挖，减少对周边环境的影响，也是一种比较好的解决方案。
参考文献：
[1]中国铁道科学研究院.TB10005—2010 铁路混凝土结构耐久性设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2011
[2]中国环境科学研究院固体废物污染控制研究所.GB 18598—2001 危险废物填埋污染控制标准[S].北京：国家环境保护总局,国家质量监督检验检疫总局，2001
Xu Zhiping
(The First Survey and Design Institution Group Co. Ltd. of China Railway,Xi'an 710043,China)
Abstract：With the rapid development of underground projects at home,building underground projects in the strata that are harmful to the health of human kind is more and more unavoidable,in which case it is of both great theoretical and immediate practical importance to explore effective and safe structural forms for them.As the shallow-buried section of a certain railway tunnel goes through the stratum containing oil residue,the shallow-buried section of the tunnel is built by the open-cut method to ensure the safety of both the construction and normal operation of the railway, and to meet the requirements of environmental protection.In the course of the construction,special waterproofing and anti-penetration measures are adopted for the construction of the shallow-buried section of the tunnel,with the lined concrete structure strengthened and 'the double-layer lining and double-layer fully-wrapped water-proofing design scheme' adopted.In order to reduce the disturbance to the original seams and the effects of the pollutants of oil residue to the surrounding environment,the open-cut section of the tunnel adopts the retaining pile structure to ensure the safety of the construction of the foundation pit. The project may serve as a useful reference for the design and construction of other tunnels of the same type.
Key words：tunnel；open-cut tunnel;stratum containing oil residue；pollutant;anti-corrosion structure；support;pile retaining structure
收稿日期：2014-10-30
作者简介：徐志平(1981—)，男，工程师，主要从事地下工程设计工作 xzp7@163.com
DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.01.007
中图分类号：U452.25；U458.1
文献标识码：A
文章编号：1672-3953(2015)01-0023-04
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