黔張常鐵路粘土填充型巖溶隧道施工技術(shù)

朱瑞擴(kuò)

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750）

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黔張常鐵路粘土填充型巖溶隧道施工技術(shù)

朱瑞擴(kuò)

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司 河北涿州 072750）

摘要：以黔張常鐵路桑植隧道溶洞處理技術(shù)為基礎(chǔ)，闡述粘土填充型巖溶處理方案，總結(jié)類似巖溶隧道施工技術(shù)，桑植隧道巖溶處理技術(shù)在實(shí)踐中得到有效驗(yàn)證，效果明顯，處理得當(dāng)，處理完畢后通過監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反映結(jié)構(gòu)已穩(wěn)定，未出現(xiàn)變形，可為類似巖溶隧道施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：巖溶 隧道 施工技術(shù)

1　概述

巖溶地質(zhì)病害是可溶巖山區(qū)隧道工程施工中常見的問題，其潛在的危害性極大，具有復(fù)雜性、多變性、不確定性、預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率較低等特點(diǎn)。施工過程中發(fā)生突泥突水，造成人員傷亡、施工設(shè)備損壞，嚴(yán)重危害作業(yè)人員人身安全、影響工期、增加工程投資的工程實(shí)例較多，運(yùn)營(yíng)期間因巖溶問題造成行車中斷的事情也屢見不鮮。巖溶地質(zhì)，特別是復(fù)雜巖溶問題是國(guó)內(nèi)外隧道施工地質(zhì)界尚未攻克的技術(shù)難題。為安全、快速通過巖溶段，減少特殊地質(zhì)對(duì)工期的影響，需要我們根據(jù)不同的地質(zhì)條件采取不同的施工技術(shù)有效快速去處理巖溶問題。

圖1　DK152+255斷面溶洞推斷形態(tài)

2　工程概況

黔張常鐵路走行于武陵山區(qū)腹地，區(qū)域內(nèi)可溶巖廣布，巖溶及巖溶水是對(duì)沿線隧道影響最大、最為突出的工程地質(zhì)問題。我單位擔(dān)負(fù)施工的黔張常鐵路QZCZQ-1標(biāo)段桑植隧道按Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道進(jìn)行管理，位于湖南省桑植縣上洞街鄉(xiāng)二戶溪村和利福塔鎮(zhèn)之間的中低山區(qū)。桑植隧道起訖里程為DK147+276.75～DK152+335，全長(zhǎng)5058.25 m，雙線隧道，最大埋深449.5 m，淺埋溝最小埋深4 m。DK151+757.947～DK152+335位于直線段上，其余均位于R=4500的曲線上。洞身縱坡依次為3.5‰/1525m、-8.5‰/600 m、-17.4‰/2923 m。地表可溶巖與非可溶巖的分界處位于DK148+570里程處附近，隧道出口至此為可溶巖段落，設(shè)計(jì)正常涌水量18 420 m3/d，可能最大涌水量86 258 m3/d，局部地段可能出現(xiàn)高壓溶腔水、突水、突泥現(xiàn)象。自進(jìn)洞以來，地質(zhì)情況一直不好，溶洞充填物占多數(shù)地段，間或出現(xiàn)一些小規(guī)模的溶洞，因此一直采用三臺(tái)階臨時(shí)橫撐開挖工法施工 ，采用I20型鋼鋼架進(jìn)行初期支護(hù)，超前支護(hù)采用了注漿小導(dǎo)管，在洞口30 m還采用了大管棚和徑向注漿加固措施。我單位和設(shè)計(jì)單位鐵一院共同研究，根據(jù)填充物的形態(tài)規(guī)模、可塑性以及與隧道的位置關(guān)系，針對(duì)粘土填充型溶洞的特點(diǎn)，在施工中不斷改進(jìn)總結(jié)出了比較成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。

3　桑植隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法

本隧道主要地質(zhì)問題是巖溶、巖溶充填物及巖溶水，我們采取了監(jiān)控量測(cè)、TSP303超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、GPR地質(zhì)雷達(dá)、地質(zhì)素描等措施綜合分析，并采用超前水平探孔和加深炮孔進(jìn)行驗(yàn)證，根據(jù)探測(cè)結(jié)果推斷溶洞的規(guī)模、形態(tài)、填充情況，采取“動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工”的原則，合理、有效的處理巖溶病害。桑植隧道粘土填充型溶洞的形態(tài)、發(fā)育情況主要依靠超前水平鉆孔和加深炮孔探測(cè)出來，為現(xiàn)場(chǎng)施工方案的制定奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4　粘土填充型巖溶隧道處理方案

桑植隧道出口正洞上臺(tái)階掌子面施工里程至DK152+258，通過超前炮孔探測(cè)在線路左側(cè)拱腰處有一填充型溶洞，充填物為黃色粘土，當(dāng)即決定立即停止掌子面掘進(jìn)，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，探明溶洞發(fā)育規(guī)律。根據(jù)探測(cè)結(jié)果判斷填充物為硬塑粘土，溶洞寬約10 m，洞頂往上延伸約4 m，呈不規(guī)則形狀，往進(jìn)口方向發(fā)展約25 m。我單位上報(bào)業(yè)主后，業(yè)主組織四方參建單位現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審，暫定按照V級(jí)圍巖支護(hù)參數(shù)繼續(xù)施工，并加強(qiáng)鎖腳錨管及系統(tǒng)錨桿的施工質(zhì)量。掌子面開挖至里程DK152+241時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)值班人員發(fā)現(xiàn)掌子面后方DK152+250～+260段線路左側(cè)上臺(tái)階和中臺(tái)階連接位置出現(xiàn)縱向裂紋，裂紋呈間斷式斜向分布；DK152+255～+260段線路左側(cè)拱腰局部有間斷環(huán)向裂紋。監(jiān)控量測(cè)組對(duì)變形開裂段進(jìn)行跟蹤量測(cè)，量測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)，自2015年5月25日23︰50至5月26日21︰00，DK152+250線路左側(cè)拱腰量測(cè)點(diǎn)收斂71 mm，DK152+255線路左側(cè)拱腰量測(cè)點(diǎn)收斂43 mm。隨后，測(cè)量班加大量測(cè)頻率，每隔4個(gè)小時(shí)測(cè)量一次，至5月27日早晨9︰00，DK152+250線路左側(cè)拱腰量測(cè)點(diǎn)累計(jì)收斂達(dá)101 mm，DK152+255線路左側(cè)拱腰量測(cè)點(diǎn)累計(jì)收斂達(dá)64 mm?，F(xiàn)場(chǎng)采取了臨時(shí)加固措施，在原有橫撐的基礎(chǔ)上又增加了臨時(shí)斜撐，并對(duì)裂縫位置進(jìn)行噴射混凝土封閉。6月1日、6月4日，分別經(jīng)參建四方單位會(huì)審，確定溶洞填充段初支加固處理方案。

4.1溶洞填充段初支加固處理方案

4.1.1增設(shè)Φ42鎖腳錨管加固措施

在DK152+255開始線路左側(cè)上中臺(tái)階拱腳及拱部巖石與巖土分界左側(cè)巖石方向1 m，每榀鋼架增設(shè)1組Φ42鎖腳錨管，長(zhǎng)度4 m，與鋼架連接牢固，上中臺(tái)階處鎖腳錨管與水平夾角30°，拱頂處鎖腳錨管為徑向，鎖腳錨管施工采用砂漿錨桿注漿工藝并灌注M20水泥砂漿，配制M20水泥砂漿時(shí)采用中細(xì)沙，粒徑不應(yīng)大于2.5 mm；砂膠比宜為1：1～1：2（重量比），水膠比宜為0.38～0.45。灌漿中途不應(yīng)停止，直至孔口有漿液溢出，若無漿液溢出應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注。

4.1.2采用Φ89鎖腳錨管加固

在DK152+262～+236上、中、下臺(tái)階為溶洞填充物段增設(shè)Φ89鎖腳錨管，凡鋼架接頭處位于溶洞填充物附近，每榀增設(shè)Φ89錨管，嵌入基巖不小于4米，采用M20水泥砂漿錨固與鋼架緊密連接。采用錨桿施工工藝，水平向下30°至45°，上、中、下臺(tái)階，共6組12根，打設(shè)注漿孔，根部2米以下施作。上、中臺(tái)階在原設(shè)計(jì)每2榀鋼架設(shè)1榀臨時(shí)橫撐的基礎(chǔ)上，調(diào)整為每榀鋼架均設(shè)臨時(shí)橫撐，并噴射C25混凝土封閉，厚20 cm。下臺(tái)階DK152+264～+236段設(shè)臨時(shí)橫撐，并噴射C25混凝土封閉，厚20 cm。中臺(tái)階溶洞充填部位增設(shè)I20a型鋼斜撐，并對(duì)DK152+250處懸空鋼架進(jìn)行支撐加固，并進(jìn)行C25噴混凝土封閉。

4.1.3拱腰Φ89徑向錨管加固措施

DK152+262～+241段位于溶洞填充物附近的鋼架，在上臺(tái)階拱腳以上2 m每榀增設(shè)一組兩根Φ89錨管，嵌入基巖不小于4 m，鎖腳錨管必須按照砂漿錨桿施工工藝施工。鎖腳錨管應(yīng)采用M20水泥砂漿【M20水泥砂漿配制應(yīng)采用中細(xì)砂，粒徑不應(yīng)大于2.5 mm；砂膠比宜為1︰1～1︰2（重量比），水膠比宜為0.38～0.45】灌漿錨固，采用Φ22“L”型鋼筋與鋼架連接，鎖腳錨管與水平線夾角向上45°，注漿時(shí)中途不應(yīng)停止，直至孔口有漿液溢出，若無漿液溢出應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注。錨管根部2 m以下設(shè)注漿孔，孔間距25*25 cm，梅花型布置，孔直徑6 mm。

4.1.4采取Φ42徑向注漿小導(dǎo)管加固措施

DK152+262～+236段線路左側(cè)每榀鋼架兩側(cè)設(shè)Φ42徑向注漿小導(dǎo)管，長(zhǎng)5 m，設(shè)置三排，分別位于拱腳以上1 m，拱腳以下1.5 m，下臺(tái)階基底以上2 m，注水泥-水玻璃雙液漿。徑向注漿小導(dǎo)管可作為鎖腳錨管保留，并采用Φ22“L”型鋼筋與鋼架緊密連接。

4.2隧底巖溶加固處理方案

4.2.1采用φ89鋼管樁加固措施

DK152+276～+261段溶洞主要位于隧道底部，且仰拱以下巖盤厚度大于2 m，且無充填的空洞較多，采用M10水泥砂漿回填后用φ89鋼管樁復(fù)注水泥漿加固。

4.2.2采用φ194鋼管樁加固措施

DK152+261～+255基底溶洞主要位于邊墻附近，仰拱以下巖盤厚度小或無巖盤，全填充，空洞少，采用φ194鋼管樁注水泥漿加固方案。

4.2.3基底墊層加固措施

DK152+261～+255段鋼管樁注漿施工完成后，仰拱開挖時(shí)，割除仰拱范圍的樁，樁頂設(shè)不小于50cm 厚C20鋼筋混凝土墊層，墊層內(nèi)設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)片，鋼筋采用φ16螺紋鋼，間距20 cm*20 cm，架立筋采用φ20螺紋鋼，間距60 cm*60 cm，梅花型布置，樁深入墊層20 cm。

4.2.4鋼管樁加固效果驗(yàn)證

采取鉆芯取樣驗(yàn)證鋼管樁注漿效果，因取芯速度較慢，為確保施工安全步距，及時(shí)施作仰拱，采取“仰拱先行，預(yù)留取芯孔”的方案。

圖2　鋼管樁加固隧底示意圖

DK152+276～+261段仰拱基底基巖厚度在兩米以上，施工仰拱初支、仰拱及填充時(shí)在溶洞注漿范圍預(yù)留鉆芯孔；DK152+261～+255基底溶洞主要位于邊墻附近，施工50 cm厚C20鋼筋混凝土墊層時(shí)在需要鉆芯位置預(yù)埋Φ160 mmPVC管，施工仰拱初支、仰拱及填充時(shí)將預(yù)留鉆芯孔的PVC管引到填充面高度。

DK152+261～+255段線路左側(cè)縱向每3 m預(yù)留一排檢查孔，每排設(shè)置2孔進(jìn)行鉆芯取樣，1孔位于初期支護(hù)墻腳向線路側(cè)0.6 m，與豎向夾角為15°，另一孔與第一孔距離為2.5 m，豎直向下；DK152+276～+261段縱向每3 m預(yù)留1排檢查孔，每排設(shè)置2孔進(jìn)行鉆芯取樣，施工中根據(jù)溶洞位置布置檢查孔，要求檢查孔橫向間距不小于2 m。通過仰拱預(yù)留PVC管鉆孔深入基巖不小于1 m，檢查溶洞填充是否密實(shí)，鉆芯的密實(shí)度不小于90 %，否則通過鉆孔進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

2015年8月24日，該填充型溶洞段最后一節(jié)仰拱施工結(jié)束，隨后進(jìn)行取芯驗(yàn)證加固效果，結(jié)果反映滿足設(shè)計(jì)要求，一次性驗(yàn)收通過。

5　填充型溶洞處理施工技術(shù)小結(jié)

桑植隧道出口正洞粘土填充型溶洞處理結(jié)束后，通過圍巖監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)反映，對(duì)已經(jīng)完成初期支護(hù)的地段均已穩(wěn)定，未再次發(fā)生變形；巖溶段仰拱施工完成后，通過沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)反應(yīng)，一個(gè)月內(nèi)仰拱未發(fā)生沉降。說明該填充型溶洞施工技術(shù)有效可行，給其他標(biāo)段類似巖溶問題提供有力的參考依據(jù)，也為黔張常鐵路順利開通奠定了基礎(chǔ)。

Construction Technology of Clay Sealing Karst Tunnel On Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway

Zhu Rui-kuo
（No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Zhuozhou 072750 China）

Abstract：This article states the construction technology of clay sealing in Sangzhi karst tunnel on Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway. The practical effect has been fully proved and the structure has been stabilized according to the monitoring and measurement data. Therefore, this contributes to be a model for the construction of karst tunnel.

Key words：karst tunnel construction technology

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：中國(guó)分類號(hào)：U455A

文章編號(hào)：1673-1816（2016）01-0006-04

收稿日期：2015-11-14

作者簡(jiǎn)介：朱瑞擴(kuò)，男，山東省菏澤市成武縣，工程師，本科，研究方向鐵路隧道施工技術(shù)。