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摘要某新建四线铁路隧道进口段U型槽施工回填后部分节段出现上浮。由于铁路隧道工程出现上浮事故较少，本文以该隧道上浮为例，结合现场施工分析，给出处理方案，以期为类似工程提供借鉴。
关键词隧道上浮压载
中图分类号：U45文献标识码： A
Float treatment scheme for a tunnel engineering
YANG JIAN
(CHINA RAILWAY SIYUAN SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD，WUHAN 430063)
AbstractSome sections of the U-groove floated becase of the buoyancy when backfilled it, in the entrance of a new four-lane railway tunnel. As a matter of fact, this can seldom be seen in railway tunnel project. Coming with an example of the ralationship between tunnel structure and buoyancy in this paper, some treatment program should be proposed after considering the analysis of the construction, in order to furnish reference for similar projects.
Keywordstunnel; float; ballast
1工程概况
1.1隧道地貌及设计概况
某隧道位于城市境内，为避免铁路对机场导航台造成电磁等影响而修建；隧道内四线并行，全长3750m，其中进口U型段长940m（共21节），矩形段长2330m（共40节），出口U型段长480m（共11节）。
隧道穿越剥蚀残丘、丘间谷地及冲积平原区。进口地势较高，为第三系地层出露；洞身及出口为冲积平原区，地表主要为菜地、鱼塘，小河涌。
隧道以半径1600m圆曲线绕避机场，其余地段均为直线，隧道内设“Ⅴ”字坡。
隧道采用明挖法施工，基坑宽度29~33.4m，最大深度18.6m。
1.2上浮段（JK10～13节）地质及地形地貌概况
上浮段由地表向下依次为：硬塑状粉质黏土层（渗透系数1.618×10-5cm/s）、全风化泥质粉砂岩（砂岩）（渗透系数3.040×10-6cm/s）、强风化泥质粉砂岩（砂岩）、弱风化泥质粉砂岩（砂岩）。
地下水为贫水～弱富水，赋水性一般较差，地下水来源为大气降水、地表水入渗补给。
上浮段地面标高13.7～3.67m，地表纵向综合坡度1.4%，隧道设计内涝水位3.8m。
1.3上浮段（JK10～13节）设计情况
考虑隧道进口U型槽段地势较高，且地层以全~弱风化砂岩为主，透水能力弱，地表降水可以顺纵坡排放等因素，设计采取结构外设置排水系统控制水位的方案。
①地表降水处理
地表回填后设1%横坡，将雨水收集至两侧排水沟中沿纵向排放，雨棚施工后对雨棚屋檐下方地表采用C20混凝土地坪防冲刷，见图1。
图1地表排水横面图
②回填要求
结构两侧基坑回填应分层夯实，每层层厚不大于0.3m，左右对称回填，回填土要求密实度K≥0.9，回填后其抗渗系数不大于1x10-7cm/s，静止侧压力系数不大于0.55。
③外部排水系统设计
在主体结构两侧贴壁设置的外排水系统（由干砌片石盲沟+排水盲管外包土工布组成），表水及地下水渗入后，在一定标高位置收集渗入水，通过排水管向洞身地表低洼处排放。外部排水系统标高以地面标高5m进行控制，并以5‰的坡度向隧道进口方向延伸，直至隧道起点，以保证盲沟中渗水可以顺利排出地表，引入临近沟渠，见图2。
图2隧道外部排水细部图
④JK10～13节抗浮设计
地表排水顺畅及外部排水系统发挥作用后，JK10、JK11节结构自重可满足抗浮设计要求；JK12、JK13节根据控制水位采用自重+抗拔桩抗浮。施工期考虑基坑降水、排水，直至主体结构施工完成并满足抗浮要求。
2上浮情况说明
2.1上浮段施工情况
JK10～13节主体结构于2012年12月-2013年10月期间施工并回填完毕，见图3。
图3基坑回填情况
2.2JK10～13节上浮及结构开裂情况
2013年11月6日起，通过侧墙埋设的沉降观测点观测发现， JK11、JK12节主体结构有比较明显的上浮现象，JK10节、JK11节相邻处最大上浮11.2~13.7cm，JK11节、JK12节最大上浮10.1~14.5cm，上浮形成错台见图4。
图4上浮错台情况
上浮造成JK12节、JK13节相交处U型槽侧壁顶端挤裂，见图5。
图5侧壁顶挤裂情况
2.3上浮原因
U型槽施工完毕后，在槽外回填时未施工外部排水系统，回填料松散且包含建筑垃圾，导致槽外排水不畅，引起槽外周边地下水位局部升高。
3上浮处理方案
3.1排水泄压
在JK10～13节变形缝附近、近水沟底部位置设置钻孔进行排水泄压，结构处理完毕后泄水孔采用C40微膨胀细石混凝土进行封堵，封堵后对泄压孔范围涂刷水泥基结晶防水涂料。待水压稳定后对JK10～13节结构左右两侧进行同步分层卸载排水，卸载至原设计基坑底部，并在基坑四周辅以集水井降水，卸载过程注意保护主体结构，卸载后的地面及坑底应能保证雨水可以自排不淤积。
3.2加强监控量测
加密U形槽结构沉降监测频率，增加U形槽结构侧壁变形缝处位移观测点，布置纵向及横向沉降监测点，监测点布置间距5m，以掌握底板变形形态。
3.3洗砂作业
对上浮段底板钻孔洗砂作业，钻孔直径φ50mm，每节孔位布置见图6，顺序由中间向两边逐孔进行，单孔建议水压力0.05~0.1MPa，洗砂作业时必须在基坑两侧低点设置集水井，并配备污水泵，随时抽排结构底部冲洗出来的泥沙，并实时进行沉降位移量测，发现异常时必须立即停止冲洗。洗砂結束标准：当侧墙外底部流出清水，无泥沙带出时。
图6 每节钻孔布置图
3.4压载复位
根据监测的底板残留变形结果，对JK10~13节采用压载复位，压载采用条形荷载或局部点荷载进行，如沙袋或自卸车等，加载分区域进行，由上浮残存大处向上浮残存小处进行；压载按三级进行，每级加载值20kPa，每级压载时间不小于6小时，并实时监测沉降数据，观察结构变化，确定是否进行下一级加载。
3.5底板下低压充填注浆
由于结构上浮后隧底发生扰动，为确保运营期底板稳定，在压载复位完成以后，在加载条件下对底板底部进行低压充填注浆，注浆利用洗砂钻孔。注浆采用普通水泥单液浆，水灰比W: C=0.6:1~1:1，注浆压力宜取0.02～0.05Mpa，由底板中间向两侧边墙逐孔进行，注浆结束条件：注浆压力逐步升高至设计终压并继续注浆10min以上或临近孔出现返浆；注浆孔采用C40微膨胀细石混凝土进行封堵，封堵后对注浆孔范围涂刷水泥基结晶防水涂料。
3.6裂缝修补
对侧墙挤裂部分进行凿除重新浇筑，凿除剥离混凝土，并对新旧混凝土交界面进行清洗，充分湿润后，浇筑强度高一等级的混凝土，养护至规定强度；凿除剥离混凝土后如仍有裂缝，应先采用灌浆法对裂缝进行修补后再进行混凝土浇筑，灌浆材料采用水泥浆液或EAA补强防渗材料。
3.7补强结构
采取侧墙及底板植筋后形成矩形结构，然后对矩形结构进行回填压载，保证运营期抗浮安全。
4处理效果评价
对变形缝钻孔泄压时瞬间从孔内喷出约1m高水头，后随时间推移水头不断降低至底板面，截至2014年2月20日，JK10与JK11节相邻处残余上浮约1.53~3.67cm，JK11与JK12节相邻处累计上浮约2.92~3.98cm，目前正在进行后续上浮处理施工，根据量测情况判断，所有措施到位后，残余上浮量可以控制在能接受的范围内。
5结论及反思
上浮处理在工业与民用建筑行业内较为普遍，当发生地下结构上浮事故时，应首先尽快采取措施增加压重和降低地下水位减小浮力，停止上浮趋势，然后分析地下结构上浮是否造成结构的破坏，破坏的程度是否可以修复，并及时的实施加固措施。常见的上浮处理方法有加载、排水、洗砂等方法[1]。与工民建中的地下室上浮处理的洗砂作业不同，由于本次上浮的U型槽采用放坡开挖，洗砂作业在左右侧卸载后利用底板钻孔进行，冲洗进入隧底的泥沙为压载复位创造有利条件；洗砂作业与压载复位作业可以根据实际情况进行顺序调整或反复操作，达到消除上浮的目的。
隧道抗浮一般应按地面或内涝水位进行设计，当地形地势等条件许可时，可采用控制水位方案，但应考虑实际施工条件能否达到设计要求，并对施工工序提出严格要求；另外采用的控制水位方案应考虑到运营过程中可以方便进行检修、清淤，从而避免运营阶段因排水不畅造成结构上浮，影响运营安全。
参考文献
[1]陈飞铭. 地下室上浮破坏及处理措施研究：[硕士学位论文]. 重庆：重庆大学. 2004.
作者简介：
杨剑男汉族 毕业于西南交通大学，研究方向是地下工程工程师
关键词隧道上浮压载
中图分类号：U45文献标识码： A
Float treatment scheme for a tunnel engineering
YANG JIAN
(CHINA RAILWAY SIYUAN SURVEY AND DESIGN GROUP CO.,LTD，WUHAN 430063)
AbstractSome sections of the U-groove floated becase of the buoyancy when backfilled it, in the entrance of a new four-lane railway tunnel. As a matter of fact, this can seldom be seen in railway tunnel project. Coming with an example of the ralationship between tunnel structure and buoyancy in this paper, some treatment program should be proposed after considering the analysis of the construction, in order to furnish reference for similar projects.
Keywordstunnel; float; ballast
1工程概况
1.1隧道地貌及设计概况
某隧道位于城市境内，为避免铁路对机场导航台造成电磁等影响而修建；隧道内四线并行，全长3750m，其中进口U型段长940m（共21节），矩形段长2330m（共40节），出口U型段长480m（共11节）。
隧道穿越剥蚀残丘、丘间谷地及冲积平原区。进口地势较高，为第三系地层出露；洞身及出口为冲积平原区，地表主要为菜地、鱼塘，小河涌。
隧道以半径1600m圆曲线绕避机场，其余地段均为直线，隧道内设“Ⅴ”字坡。
隧道采用明挖法施工，基坑宽度29~33.4m，最大深度18.6m。
1.2上浮段（JK10～13节）地质及地形地貌概况
上浮段由地表向下依次为：硬塑状粉质黏土层（渗透系数1.618×10-5cm/s）、全风化泥质粉砂岩（砂岩）（渗透系数3.040×10-6cm/s）、强风化泥质粉砂岩（砂岩）、弱风化泥质粉砂岩（砂岩）。
地下水为贫水～弱富水，赋水性一般较差，地下水来源为大气降水、地表水入渗补给。
上浮段地面标高13.7～3.67m，地表纵向综合坡度1.4%，隧道设计内涝水位3.8m。
1.3上浮段（JK10～13节）设计情况
考虑隧道进口U型槽段地势较高，且地层以全~弱风化砂岩为主，透水能力弱，地表降水可以顺纵坡排放等因素，设计采取结构外设置排水系统控制水位的方案。
①地表降水处理
地表回填后设1%横坡，将雨水收集至两侧排水沟中沿纵向排放，雨棚施工后对雨棚屋檐下方地表采用C20混凝土地坪防冲刷，见图1。
图1地表排水横面图
②回填要求
结构两侧基坑回填应分层夯实，每层层厚不大于0.3m，左右对称回填，回填土要求密实度K≥0.9，回填后其抗渗系数不大于1x10-7cm/s，静止侧压力系数不大于0.55。
③外部排水系统设计
在主体结构两侧贴壁设置的外排水系统（由干砌片石盲沟+排水盲管外包土工布组成），表水及地下水渗入后，在一定标高位置收集渗入水，通过排水管向洞身地表低洼处排放。外部排水系统标高以地面标高5m进行控制，并以5‰的坡度向隧道进口方向延伸，直至隧道起点，以保证盲沟中渗水可以顺利排出地表，引入临近沟渠，见图2。
图2隧道外部排水细部图
④JK10～13节抗浮设计
地表排水顺畅及外部排水系统发挥作用后，JK10、JK11节结构自重可满足抗浮设计要求；JK12、JK13节根据控制水位采用自重+抗拔桩抗浮。施工期考虑基坑降水、排水，直至主体结构施工完成并满足抗浮要求。
2上浮情况说明
2.1上浮段施工情况
JK10～13节主体结构于2012年12月-2013年10月期间施工并回填完毕，见图3。
图3基坑回填情况
2.2JK10～13节上浮及结构开裂情况
2013年11月6日起，通过侧墙埋设的沉降观测点观测发现， JK11、JK12节主体结构有比较明显的上浮现象，JK10节、JK11节相邻处最大上浮11.2~13.7cm，JK11节、JK12节最大上浮10.1~14.5cm，上浮形成错台见图4。
图4上浮错台情况
上浮造成JK12节、JK13节相交处U型槽侧壁顶端挤裂，见图5。
图5侧壁顶挤裂情况
2.3上浮原因
U型槽施工完毕后，在槽外回填时未施工外部排水系统，回填料松散且包含建筑垃圾，导致槽外排水不畅，引起槽外周边地下水位局部升高。
3上浮处理方案
3.1排水泄压
在JK10～13节变形缝附近、近水沟底部位置设置钻孔进行排水泄压，结构处理完毕后泄水孔采用C40微膨胀细石混凝土进行封堵，封堵后对泄压孔范围涂刷水泥基结晶防水涂料。待水压稳定后对JK10～13节结构左右两侧进行同步分层卸载排水，卸载至原设计基坑底部，并在基坑四周辅以集水井降水，卸载过程注意保护主体结构，卸载后的地面及坑底应能保证雨水可以自排不淤积。
3.2加强监控量测
加密U形槽结构沉降监测频率，增加U形槽结构侧壁变形缝处位移观测点，布置纵向及横向沉降监测点，监测点布置间距5m，以掌握底板变形形态。
3.3洗砂作业
对上浮段底板钻孔洗砂作业，钻孔直径φ50mm，每节孔位布置见图6，顺序由中间向两边逐孔进行，单孔建议水压力0.05~0.1MPa，洗砂作业时必须在基坑两侧低点设置集水井，并配备污水泵，随时抽排结构底部冲洗出来的泥沙，并实时进行沉降位移量测，发现异常时必须立即停止冲洗。洗砂結束标准：当侧墙外底部流出清水，无泥沙带出时。
图6 每节钻孔布置图
3.4压载复位
根据监测的底板残留变形结果，对JK10~13节采用压载复位，压载采用条形荷载或局部点荷载进行，如沙袋或自卸车等，加载分区域进行，由上浮残存大处向上浮残存小处进行；压载按三级进行，每级加载值20kPa，每级压载时间不小于6小时，并实时监测沉降数据，观察结构变化，确定是否进行下一级加载。
3.5底板下低压充填注浆
由于结构上浮后隧底发生扰动，为确保运营期底板稳定，在压载复位完成以后，在加载条件下对底板底部进行低压充填注浆，注浆利用洗砂钻孔。注浆采用普通水泥单液浆，水灰比W: C=0.6:1~1:1，注浆压力宜取0.02～0.05Mpa，由底板中间向两侧边墙逐孔进行，注浆结束条件：注浆压力逐步升高至设计终压并继续注浆10min以上或临近孔出现返浆；注浆孔采用C40微膨胀细石混凝土进行封堵，封堵后对注浆孔范围涂刷水泥基结晶防水涂料。
3.6裂缝修补
对侧墙挤裂部分进行凿除重新浇筑，凿除剥离混凝土，并对新旧混凝土交界面进行清洗，充分湿润后，浇筑强度高一等级的混凝土，养护至规定强度；凿除剥离混凝土后如仍有裂缝，应先采用灌浆法对裂缝进行修补后再进行混凝土浇筑，灌浆材料采用水泥浆液或EAA补强防渗材料。
3.7补强结构
采取侧墙及底板植筋后形成矩形结构，然后对矩形结构进行回填压载，保证运营期抗浮安全。
4处理效果评价
对变形缝钻孔泄压时瞬间从孔内喷出约1m高水头，后随时间推移水头不断降低至底板面，截至2014年2月20日，JK10与JK11节相邻处残余上浮约1.53~3.67cm，JK11与JK12节相邻处累计上浮约2.92~3.98cm，目前正在进行后续上浮处理施工，根据量测情况判断，所有措施到位后，残余上浮量可以控制在能接受的范围内。
5结论及反思
上浮处理在工业与民用建筑行业内较为普遍，当发生地下结构上浮事故时，应首先尽快采取措施增加压重和降低地下水位减小浮力，停止上浮趋势，然后分析地下结构上浮是否造成结构的破坏，破坏的程度是否可以修复，并及时的实施加固措施。常见的上浮处理方法有加载、排水、洗砂等方法[1]。与工民建中的地下室上浮处理的洗砂作业不同，由于本次上浮的U型槽采用放坡开挖，洗砂作业在左右侧卸载后利用底板钻孔进行，冲洗进入隧底的泥沙为压载复位创造有利条件；洗砂作业与压载复位作业可以根据实际情况进行顺序调整或反复操作，达到消除上浮的目的。
隧道抗浮一般应按地面或内涝水位进行设计，当地形地势等条件许可时，可采用控制水位方案，但应考虑实际施工条件能否达到设计要求，并对施工工序提出严格要求；另外采用的控制水位方案应考虑到运营过程中可以方便进行检修、清淤，从而避免运营阶段因排水不畅造成结构上浮，影响运营安全。
参考文献
[1]陈飞铭. 地下室上浮破坏及处理措施研究：[硕士学位论文]. 重庆：重庆大学. 2004.
作者简介：
杨剑男汉族 毕业于西南交通大学，研究方向是地下工程工程师