隧道弃渣在路床填筑施工中的综合利用

隧道弃渣在路床填筑施工中的综合利用

张国禄

中铁十七局集团第三工程有限公司 050081

摘 要：近年来国家大力发展基础建设，全国高速公路建设得到飞速猛进的发展，其中隧道的建设比重日益增多。目前隧道的弃渣基本都是被废弃掉，既污染了周边环境也浪费了自然资源。如果将弃渣变费为宝综合利用起来，把工程施工与环境保护有机结合，会有重要的现实意义。本文结合铁本十标项目施工介绍了将隧道弃渣进过破碎掺配天然砂砾填筑路基的综合利用，在保证了路床质量的同时又将隧道弃渣变为宝减少了弃土场的占用，减少了空间浪费，节约了资源的使用，即保护自然环境又节约了项目施工成本，对建设资源节约型环境友好型的高速公路具有一定的参考价值。

关键词：弃渣利用 路基 综合利用

一 引言

当高速公路穿越山区丘陵地段的时候，通常采用桥隧相连的设计从而避免了大规模的土方开挖。即使采用桥隧链接的设计但是在隧道的施工过程中还是会产生大量的隧道弃渣。弃渣多数是性能良好的碎石，将其运至弃土场不但会占用很大的空间，而且会造成当地的原始环境的破坏，如果没有处理好弃渣，会为日后发生水土流失、山体滑坡埋下重大的隐患。把隧道弃渣进行破碎后掺和天然沙砾，充当路基填料来填筑路基，不但将弃渣充分的利用，节约了取土场的土地资源，有避免了弃土场的占地，而且在在保证路基的质量的同时还提高了路基的承载性能，即极大的节约了工程建设成本，对建设资源节约型环境友好型的高速公路有重要意义。

目前，国内外的相关学者在隧道弃渣作为路基填料的方面研究主要侧重于其性能怎样、如何施工才能保证路基质量等方面。多数基于实验室通过实验测定其试用性能、物理力学指标后进行数据分析后，再根据在不同的地质环境、填料的具体组成成分、多种施工方法得到现场数据来进行评价其性能指标及适用条件、范围。

国内从古代时期就开始采用碎石作为填料修建工堤坝工程，但是当时的科学技术水平不发达、知识文化未得到普及而且进行施工作业的人员都是不识字的贫苦老百姓，无法总结出一套完整的利用石头填筑理论。自从新中国建国以后，进行大规模的基础建设，修建了大量的水利水坝工程。当时水利大坝的主体是采用大粒径碎石进行填筑，并经过当时岩土科研人员的分析、研究，总结出一套完整的填石工程施工理论。随着科学技术的不断发展，小型震动机、压路机的出现在，逐步应用到填石水利大坝施工中，将我国的大坝堆填施工技术带入了新层次。

我国第一条高速公路沈阳至大连高速公路（最初为一级公路标准）于1984年6月27日动工建设。当时的岩土科研人员及设计人员借鉴了水利大坝堆填施工技术，决定路基采用碎石进行填筑。在随后的高速公路建设中科研人员结合实际现场施工案例对碎石填筑路基施工技术进行深入研究，科研成果硕果累累。

1.2.2 国外研究现状

国外的相关科研学者对隧道弃渣碎作为路基填料，对弃渣的各种性能应用指标进行了详细的试验研究。将实验数据进行详细的分析总结，得出的理论应用指导实际的施工中去并取得了良好实际效果。

二 背景介绍

铁本十标项目位于辽宁省，是辽宁中环重要组成部分。起点K349+900在抚顺市的八家子村，终点K358+900位于本溪市安家堡村，项目内包含路基工程、桥梁工程及隧道工程(隧道岩层为V、Ⅳ级围岩)，其中路基工程挖方99.9万方，填方101.51万方（含台背透水性材料），隧道挖方10万方。

根据辽宁省本溪市气象资料显示，年平均气温7.8℃，8月气温最高25.1℃，1月气温最低，平均为零下12.3℃。遇到极端天气时：最高气温37.4℃，低气温-34.4℃，年降水量平均790.8mm，50%集中在每年的7、8月份，冻土最大深度1.5m。铁本十标项目处于冻融区，按照图纸设计要求，上路床和台背回填均要使用透水性材料回填，其中上路床填筑10.3万方，台背回填3.2万方，合计13.5万方。项目虽处于山区地带，但项目附近并无大流量河流可选取天然沙砾，从沙石厂购买合格砂砾单价76元/每方，外加运费和税费，沙砾单价达到98元/每方。

本项目隧道地质围岩较好，设想采用隧道弃渣经破碎后按照一定比例与天然沙砾掺和填筑路基上路床。

三 隧道弃渣组成及技术指标

3.1 隧道弃渣的材质、矿物成分组成及性能分析

　　高头岭隧道的围岩断裂结构面较多，断层破碎带与洞平行，平均1.6米左右。岩体结构呈碎石状镶嵌结构、局部呈碎石状压碎结构，主要为V、Ⅳ级围岩。主要为厚层白云质灰岩、石灰岩等，其风化程度不一，块状结构、致密坚硬岩层和破碎岩层交叉出现且无明显界限，还有少量的方解石和碎屑矿物，颜色呈现青、灰、浅红。

3.2 高头岭隧道弃渣化学及物理试验检测

1、中风化围岩取芯做母岩抗压强度检测，Rc为131MPa。

2、渣料做有机质含量和易溶盐含量分析，有机质0.02%，易溶盐总量0.029%。

3、粒径小于0.5mm的渣料做液塑限联合测定试验，ωI＝20.5%，ωp＝10.9%，Ip＝9.9，确定为低液限粉土MLG。

4、承载比CBR(96%):24.1%

5、隧道弃渣经破解后与天然沙砾按比例掺和后，过60mm筛后做颗粒分析、击实试验，含泥量检测，实验结果如下表3-1。

表 3-1 颗粒分析、击实试验，含泥量检测

经试验检测隧道弃渣化学成分分析、物理性能指标均符合设计及规范要求

经试验数据确定最大干密度2.23，最佳含水量5.4%，然砂砾和隧道弃渣（1:3）掺配时效果最好，因此选用1:3掺配做试验段。

四 改良级配砂砾填筑工艺流程

4

隧道出渣破碎

拌合沙砾

运至施工现场

推土机摊铺

人工局部找平

重型压路机碾压

质量检查

不合格段整改

下一层施工

图4-1 施工工艺流程图

本实验段选在K352+100～K352+300，长度为200米，该段路基距高头岭隧道出口3公里左右。根据本项目实际情况和施工场地条件，在高头岭隧道出口处300米处设置碎石场。隧道出渣运至碎石场进行破碎，按比例拌合天然沙砾，由自卸汽车运至施工现场、摊铺，填筑压实。

4.2 施工准备

成立试验段施工小组，组长由现场施工副经理直接负责，技术、实验、测量、机械设备、施工班组人员组成，所有人员各司其职。

施工前，要多次计算并复核上路床顶面高程，对沿线的导线点和水准点重新进行复核， 施工中要时刻监控上路床的高程变化。

制定工程质量保证制度，每一项工作都要落实到人；对全体人员进行安全思想教育，安全第一时刻牢记；配置专制安全人员负责施工现场的安全工作管理；洒水车进行不间断的洒水作业，防止扬尘污染。

4.3 施工放样

测量人员使用全站仪定出控制轴线，场地边线。将填筑区按5m×5m的尺寸用白灰画出网格，按路线前进方向左右幅每20米分别布置左、中、右设置固定测点。测量确定每个断面的高程并用钢纤做标记以示记录网格点的准确高程。

4.4 试验段施工

填筑材料按按砂砾1车，隧道弃渣破碎后3车比例运至拌合区后用挖机进行拌合。由自卸汽车将拌合料运至到施工现场，装车时应控制每车料的数量基本相同。为了保障填筑材料最佳含水量，在隧道弃渣与天然沙砾拌合之前实验测定实际含水量，与实验得到的最佳含水量数据进行对比，若拌合料小于最佳含水量需要洒水（用水量需要经过计算得出）后再进行拌合；若大于最佳含水量，应掺加较干的拌合料。防止填筑料在运输过程中及摊铺过程中水分蒸发，拌合后的填料的含水量应比最佳含水量大0.8%-1%。

项目部将试验段的左幅路床松铺厚度设定为40cm，右幅路床松铺厚度设定为50cm同时进行施工，以确定最佳摊铺厚度。

自卸汽车运至现场后按照计算数据卸指制定方格线内。实验段使用挖掘机沿事先设定好的摊铺高程进行水平摊铺作业，当遇到粒径过大的石料时及时挖出清理出场。测量人员时刻监控摊铺厚度，以确保摊铺高度准确无误，路面平整。

试验段上路床的填筑按分层进行填筑施工，下层路基施工完成后再进行上层路基填筑，以确保路床的密实性与路基质量。

填料进行摊铺完成在进行压实之前，实验检测现场实际含水量，若比最佳含水量小，需要洒水车进行现场洒水补充水分（用水量需要经过计算得出）；若大于最佳含水量的应进行晾晒。

试验段的碾压采用两台50t振动压路机进行压碾压，碾压过程从两边向路线中心碾压。先进行静压然后弱振最后强振，压路机碾压路线从试验段的一端直接到另外一端，即一去一回，路线平行。碾压过程中去回之间要叠加碾压50cm-60cm，防止压路机的边缘地带碾压不密实以以确保上路床的质量。

因隧道弃渣经过破解后粒径大小不均匀，所以在压路机压实过程中，随时检查路基表面是否出现缝隙，出现缝隙时使用铁锹往缝隙中填筑小石块，以确保路基的密实度。

当上碾压层顶面稳定、表面平整无压路机轮迹、填料颗粒间密实、并通过沉降差检验，即当层碾压工作完成。

4.5 测量、实验检测

本实验段的每一步施工过程均要符合设计及《公路路基施工技术规范》JTG F10-2006的各项要求。试验检测工作要严格依照《公路土工试验规程》 JTG E40-2007中的操作要求进行。

本试验段采用沉降观测与压实度检验的方法法双控检验路床的碾压是否密室。

从压路机进行两边碾压后，测量人员使用水准仪进行断面沉降查观测、实验室人员随机取坑进行压实度检测。然后每增加一遍碾压，测量人员与实验室人员都要进行一次检测，直到达到压实度为止。如下图4-1测量、实验检测。

图4-1测量、实验检测

上路床碾压完成后经过沉降观测与压实度检验均满足设计及规范要求，对试验段进行路基弯沉、检测，检验路基强度和稳定性是否到达设计及规范要求。

碾压完成后进行静面碾压保证上路床的表面平整、密实。上路床施工完成后，到验收路基后进行路面工作的施工之间时间相差6个月之久，防止路基因降雨的侵泡、重载车的通过收到损害，项目决定在上路床顶面铺设10mm的碎石，压路机反复碾压进路基与上路床的顶层面紧密结合，达到耐磨层的效果。如下图4-2碾压完成路面。

图4-2 碾压完成路面

五 检测整理、分析、总结

把试验段施工过程中记录的各项数据，进行整理、数据对比分析。如下表表5-1 各里程沉降数据。

表 5-1 各里程沉降数据

注：1、静压1遍、弱振1遍、强振2遍。

2、静压1遍、弱振1遍、强振3遍。

3、静压1遍、弱振1遍、强振4遍。

4、静压1遍、弱振1遍、强振5遍。

通过分析试验段沉降差数据，显然易见的发现当松铺为40cm时，要达到压实度需要静压1遍、弱振1遍、强振4遍；当松铺为60cm时，要达到压实度需要静压1遍、弱振1遍、强振5遍。项目部结合机械设备的燃油消耗，综合分析得出在填料松铺为40cm时，经济利益最大。

试验段的上路床施工完成后，对试验段路基进行弯沉检测，弯沉数据完全符合设计及规范要求，检测数据如下表5-2。

表5-2路基完成弯沉检测数据。

通过分析数据完成验证隧道弃渣在填筑路基上路床施工中是完全可以采用的。

六 工程实施效果

试验段施工完成了，各项实验检测结果均满足设计及规范要求。项目部决定立即在全标段利用隧道弃渣混合料填筑路床施工。2017年按期完成标段内所有路基的施工，经项目自检、监理检验、质监站等检测单位检测，弯沉值及其他各项指标均全部满足设计及规定要求，顺利通过了路基交工验收。

项目做成本分析：通过工地试验室对洞渣破碎后进行筛分，满足施工生产需要，代替项目所需填料的采购量。经综合计算采用隧道洞渣填筑路基大大节约了施工成本，实现了经济上的丰收并减少了隧道洞渣弃渣场的征地面积和对环境的破坏，为保护当地原始生态环境做出了贡献，亦实现了项目水土保持的目标。

结 论

本文结合铁 本十标项目部使用高头岭隧道弃渣作为路床填料的施工案例，肯定隧道弃渣掺配天然砂砾填筑路床的可行性。

隧道弃渣作为填料填筑路基不但填筑的路基质量优良，而且使得隧道弃渣变废为宝，减少资源的浪费，节约了成本并且减少占据大量耕地、林地作为弃渣场，保护了生态环境。隧道弃渣作为路床填料对建设资源节约型环境友好型高速公路具有重要意义。

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