龍廈鐵路象山隧道巖溶段施工關(guān)鍵技術(shù)

徐少爭(zhēng)

(中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，福建漳州 363107)

0 引言

近年來，隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的大力發(fā)展，長(zhǎng)大隧道越來越多，預(yù)防及治理巖溶、突水涌泥等地質(zhì)災(zāi)害成為隧道施工的主要技術(shù)難題。注漿是綜合治理隧道水害，提高破碎圍巖強(qiáng)度，防止隧道涌水、突水(泥)的有效手段。帷幕注漿技術(shù)由日本人依托青函隧道于20世紀(jì)70年代發(fā)明，其基本思路設(shè)定為隨著隧道開挖，將產(chǎn)生一定的松動(dòng)范圍，在松動(dòng)區(qū)外側(cè)一定范圍內(nèi)進(jìn)行注漿并形成一個(gè)止水帶，用該止水帶與水壓抗衡，使其達(dá)到對(duì)開挖輪廓線內(nèi)圍巖加固、開挖輪廓線外圍巖堵水的效果。

本文就龍廈鐵路象山隧道F7斷層巖溶段施工中總結(jié)出來的一些方法和體會(huì)，進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

1 工程及地質(zhì)概況

象山隧道位于閩西龍巖、漳州境內(nèi)，采用左右單洞單線，兩條隧道并行的方案，左線隧道全長(zhǎng)15 898m，右線隧道全長(zhǎng)15 917m。隧道最大埋深830 m，為龍廈鐵路上最長(zhǎng)的隧道和最重要的控制性工程。其中DK24+080～DK24+250，YDK24+092～YDK24+304段為F7斷層影響最為嚴(yán)重的區(qū)段，此段為三迭系下統(tǒng)溪口組粉砂巖夾少量硅灰?guī)r，弱～強(qiáng)風(fēng)化，巖體整體破碎～極破碎，溶蝕較嚴(yán)重，溶隙、溶縫發(fā)育，節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水較發(fā)育，受大氣降雨補(bǔ)給，并和地下暗河具有一定的水力聯(lián)系，暴雨季節(jié)，隧道涌水量會(huì)突然增大、水壓高、破壞力強(qiáng)。對(duì)隧道開挖安全和穩(wěn)定影響較大，必須通過超前注漿加固施工進(jìn)行改良。

2 注漿加固施工方案

2．1 方案的確定

象山隧道F7斷層高壓富水(帷幕注漿孔單孔水量達(dá)1 000 m3/h，水壓實(shí)測(cè)為1．5 MPa)，面臨巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)和工期壓力，施工中堅(jiān)持“以人為本”，把保證人的生命安全作為第一目標(biāo)，施工中采取以堵為主、堵排結(jié)合的方針進(jìn)行施工。在YDK24+158突水后，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，將“注漿加固、交替推進(jìn)”作為指導(dǎo)方針優(yōu)化施工方案。

2．2 注漿加固

2．2．1 止?jié){墻的施作

止?jié){墻采用C25混凝土澆筑，厚度為3 m，施工時(shí)在該區(qū)間內(nèi)鉆設(shè)徑向錨桿，錨桿長(zhǎng)L=2．5 m，外露50 cm，環(huán)縱間距1 m，梅花形布置，用于錨固止?jié){墻;止?jié){墻澆筑完成后要養(yǎng)護(hù)36 h，經(jīng)試驗(yàn)達(dá)到一定強(qiáng)度后方可進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

2．2．2 超前水平地質(zhì)探孔

為了保證帷幕注漿施工安全以及優(yōu)化施工方案，采用MK-5型鉆機(jī)施作6個(gè)超前地質(zhì)鉆探作業(yè)來探明掌子面前方的地質(zhì)情況。

2．2．3 全斷面帷幕注漿

1)全斷面帷幕注漿工藝流程圖見圖1。

圖1 全斷面帷幕注漿工藝流程圖

2)孔口管安裝:在已施工好的止?jié){墻上采用穿桑豹鉆機(jī)鉆孔，采用φ140 mm開孔鉆頭鉆至3．0 m后開始安設(shè)孔口管及高壓閘閥。孔口管采用外徑127 mm、壁厚4 mm鋼管加工，單根長(zhǎng)度3 m長(zhǎng)，前端焊接法蘭盤，中部纏繞棉紗呈紡錘形。

3)注漿參數(shù):超前預(yù)注漿采用前進(jìn)式分段注漿工藝，分段長(zhǎng)度為3 m～5 m，實(shí)際施工過程可根據(jù)地質(zhì)情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。鉆孔注漿順序采用由外向內(nèi)，由上向下間隔跳孔的原則，每次隔孔1個(gè)～2個(gè)(鉆孔布置圖詳見圖2，圖3)。

在注漿過程中，先注單液漿，若周邊不漏漿，則每個(gè)孔段先注一定量的單液漿，后注雙液漿，防止下一段鉆進(jìn)漏漿。若周邊漏漿，則改注雙液漿，使漏漿處封堵后，再改注單液漿，以此循環(huán)調(diào)換。注漿參數(shù)與注漿配合比見表1，表2。

表1 注漿參數(shù)表

圖2 鉆孔布置圖

圖3 帷幕注漿縱斷面布置圖

表2 注漿配合比

注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在注漿過程中，當(dāng)注到一定時(shí)間、一定量時(shí)，若壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)結(jié)束注漿?；蜃{過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)壓力并穩(wěn)定10 min后，即可結(jié)束該孔注漿。

4)注漿效果檢查及評(píng)定。所有注漿孔都結(jié)束以后，應(yīng)進(jìn)行注漿效果檢查，注漿效果檢查采用分析法或探孔檢查法。a．分析法。P—Q—t曲線法:通過對(duì)注漿施工中所記錄的注漿壓力P、注漿速度Q進(jìn)行P—t，Q—t曲線繪制，根據(jù)地質(zhì)特征、注漿機(jī)制、設(shè)備性能、注漿參數(shù)等對(duì)P—Q—t曲線進(jìn)行分析，從而對(duì)注漿效果進(jìn)行評(píng)判。注漿施工中P—t曲線呈上升趨勢(shì)，Q—t曲線呈下降趨勢(shì)，注漿結(jié)束時(shí)，注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓，注漿速度達(dá)到設(shè)計(jì)速度(常取5 L/min～10 L/min)。漿液填充率反算:通過統(tǒng)計(jì)總注漿量，可采用下式反算出漿液填充率，根據(jù)漿液填充率評(píng)定注漿效果，即∑Q=Vnα(1+β)。其中，∑Q為總注漿量，m3;V為加固體體積，m3;n為地層孔隙率或裂隙度;α為漿液填充率;β為漿液損失率。當(dāng)?shù)貙雍坎淮髸r(shí)，漿液填充率須達(dá)到70%以上，地層富含水時(shí)，漿液填充率須達(dá)到80%以上。b．檢查孔法。選擇可能出現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鉆孔檢查，檢查孔數(shù)量按注漿孔總數(shù)的10%(不得少于5個(gè))控制。檢查孔無裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于0．2 L/(min·m)。必要時(shí)檢查孔取芯，很難取得完整巖芯，但通過檢查孔的巖芯中漿液的固結(jié)體存在的多少，以及固結(jié)體的強(qiáng)度來判斷漿液的固結(jié)情況和注漿效果。

2．2．4 半斷面帷幕注漿

帷幕注漿施工中，開挖多采用臺(tái)階法施工，為了加快施工進(jìn)度及便于精細(xì)化管理，故在后期施工中采用半斷面25 m超前預(yù)注漿，因施工方案與全斷面帷幕注漿大體相同，在此僅對(duì)鉆孔的布置做一簡(jiǎn)單介紹。

根據(jù)象山隧道巖溶水壓高、水量大的特點(diǎn)，確定在注漿循環(huán)中單孔擴(kuò)散半徑2 m，加固范圍為隧道開挖輪廓線外5 m，沿隧道開挖輪廓線布置兩圈注漿孔，外圈孔終孔位置為輪廓線外3．5 m，內(nèi)圈孔終孔在1．67 m，同時(shí)為減少注漿加固的盲區(qū)，在加固循環(huán)長(zhǎng)度15 m斷面處增加一個(gè)注漿終孔斷面;注漿孔終孔后，放入玻璃纖維錨桿加固穩(wěn)定圍巖，具體的注漿設(shè)計(jì)見圖4，圖5。

圖4 注漿開孔圖（25m斷面）

圖5 注漿加固鉆孔剖面圖

在實(shí)際施工過程中出現(xiàn)水量較大或明顯異常的情況，及時(shí)采取周邊補(bǔ)孔設(shè)計(jì)，補(bǔ)孔2個(gè)作為補(bǔ)充注漿及效果檢查之用。

3 快挖快封技術(shù)

3．1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

每一循環(huán)開挖前，利用風(fēng)鉆在開挖掌子面進(jìn)行5 m長(zhǎng)釬探孔，探孔采用φ50鉆頭鉆孔，探孔之前，應(yīng)配備好對(duì)應(yīng)孔徑的止?jié){塞，探孔必須逐個(gè)開孔，防止因多個(gè)探孔同時(shí)開孔出水之后難于封堵。

3．2 開挖方法

正洞開挖采用三臺(tái)階臨時(shí)仰拱法施工，上臺(tái)階開挖高度5．10m，中臺(tái)階開挖高度3．90 m，下臺(tái)階開挖高度3．92 m;各臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺不得大于0．6 m，下臺(tái)階滯后上臺(tái)階9 m，下臺(tái)階兩側(cè)錯(cuò)開2 m開挖支護(hù)，嚴(yán)禁對(duì)挖，防止兩側(cè)拱腳同時(shí)懸空而出現(xiàn)掉拱。全風(fēng)化砂巖、溶洞發(fā)育地段預(yù)留核心土，采用人工配合挖機(jī)開挖，遇孤石采用松動(dòng)爆破;圍巖完整地段不留核心土，采用爆破開挖，開挖過程中堅(jiān)持“管超前、短進(jìn)尺、弱爆破”的原則。

量測(cè)工作應(yīng)緊跟施工，及時(shí)反饋信息，以調(diào)整支護(hù)參數(shù)，整個(gè)開挖過程中“專業(yè)化注漿隊(duì)伍”技術(shù)人員跟班對(duì)注漿效果進(jìn)行全程跟蹤，注漿效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，應(yīng)停止掌子面施工。

3．3 支護(hù)參數(shù)及預(yù)防應(yīng)急措施

3．3．1 超前支護(hù)

開挖前采用φ42 mm注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，提前對(duì)前方圍巖進(jìn)行加固，確保施工安全。拱部150°范圍內(nèi)布設(shè)小導(dǎo)管，小導(dǎo)管要從前一榀鋼架的腹板穿過，尾端要和鋼架搭接牢固，與鋼架形成受力整體。

3．3．2 初期支護(hù)

初期支護(hù)主要包括初噴混凝土+鋼拱架架立+打設(shè)系統(tǒng)錨桿+鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)+縱向聯(lián)接筋+鎖腳錨桿和復(fù)噴射混凝土作業(yè)。

初噴混凝土:開挖后及時(shí)進(jìn)行找頂清邦，排險(xiǎn)后及時(shí)進(jìn)行初噴5 cm厚C25混凝土快速封閉圍巖。鋼拱架架立:拱架間距0．6m/榀，采用HW200型鋼進(jìn)行支護(hù)。圍巖及拱架加強(qiáng):拱架架立后及時(shí)施作系統(tǒng)錨桿，縱向聯(lián)接筋、鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨桿使之與鋼架聯(lián)結(jié)牢固。

復(fù)噴射混凝土:拱架連接牢固后，開始噴射C25混凝土，厚度為30 cm。

3．3．3 監(jiān)控量測(cè)

對(duì)已開挖地段水平位移和拱頂下沉進(jìn)行量測(cè)。同時(shí)對(duì)地表下沉進(jìn)行量測(cè)。取得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，要及時(shí)進(jìn)行整理、分析，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)反饋，以便及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)和采取相應(yīng)的應(yīng)急措施。

3．3．4 防涌水措施

施工過程中局部出現(xiàn)承壓水滲(噴)出，立即補(bǔ)充注漿進(jìn)行封堵;并在開挖掌子面后方(不超過50 m遠(yuǎn))備足各項(xiàng)應(yīng)急搶險(xiǎn)物資;用于緊急逃生的專用車輛提前到位，停放在安全距離外，一旦有異?，F(xiàn)象，所有人員乘車立即撤出。

3．3．5 二次襯砌

本襯砌是依據(jù)承受1．5 MPa靜水壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)開挖揭示圍巖情況及量測(cè)資料，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)施作。在每循環(huán)帷幕注漿段開挖結(jié)束后，及時(shí)施作防水層進(jìn)行二次襯砌，施作時(shí)采用全斷面鋼模臺(tái)車確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，襯砌厚度為110 cm的C40混凝土，具體支護(hù)尺寸如圖6所示。

圖6 支護(hù)尺寸圖

4 結(jié)論與探討

1)針對(duì)地下水的類型、賦存環(huán)境及水文地質(zhì)條件制定切實(shí)可行的注漿堵水技術(shù)方案及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是確保長(zhǎng)大隧道施工安全，降低水害風(fēng)險(xiǎn)，提高工效的有效措施。2)巖溶段開挖地質(zhì)條件是極其復(fù)雜的，在施工中要根據(jù)所揭示的圍巖及時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)，必要時(shí)可針對(duì)性的進(jìn)行補(bǔ)充注漿加固。3)軟弱圍巖的開挖強(qiáng)調(diào)一個(gè)“快”字，要求各工序必須銜接緊密，有效的展開立體防護(hù)體系，同時(shí)必須減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，有效的利用機(jī)械，堅(jiān)持“管超前、短進(jìn)尺、弱爆破”的原則，確保開挖過程不坍不垮。4)結(jié)合龍廈鐵路象山特長(zhǎng)隧道的地下水具有類型多、水文地質(zhì)條件及賦存環(huán)境復(fù)雜、水量大、水壓高等特點(diǎn)所進(jìn)行的全斷面帷幕注漿封堵技術(shù)以及在后期所進(jìn)行的上半斷面信息化跟蹤注漿工法和快挖快封技術(shù)證明是切實(shí)可行的，在今后的類似工程中具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

［1］金強(qiáng)國(guó)．龍廈鐵路象山特長(zhǎng)隧道注漿標(biāo)準(zhǔn)的制定［J］．隧道建設(shè)，2010，30(3):281-284．

［2］TB 10204-2002，鐵路隧道施工規(guī)范［S］．

［3］商崇倫．宜萬鐵路齊岳山隧道高壓富水?dāng)鄬邮┕りP(guān)鍵技術(shù)［J］．隧道建設(shè)，2010，30(3):285-291．

［4］李紅軍．象山特長(zhǎng)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析［J］．隧道建設(shè)，2009，29(S2):13-17．