軌道交通工程中巖溶地段隧道的施工技術(shù)

摘要：巖溶隧道由于工程的水文地質(zhì)情況比較復(fù)雜，施工過程中在非可溶巖和可溶巖接觸帶很容易出現(xiàn)突泥、出水的情況，工程安全風(fēng)險(xiǎn)比較大。文章以實(shí)際工程為例，對(duì)溶洞發(fā)育情況進(jìn)行了分析，并針對(duì)工程的具體情況提出了加固措施，經(jīng)過處理后隧道順利從巖溶地段通過，取得了良好的施工效果。

關(guān)鍵詞：軌道交通工程；巖溶地段；隧道施工；灌漿檢測(cè)；巖溶處理 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U239 文章編號(hào)：1009-2374（2017）04-0158-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.04.080

1 工程概況

紅建路站-馬鸚路站區(qū)間連接紅建路站與馬鸚路站，區(qū)間出紅建路站后沿鸚鵡大道向東北向敷設(shè)，在鸚鵡大道與鸚鵡路交叉口轉(zhuǎn)向北，進(jìn)入位于鸚鵡大道與馬鸚路交叉路口處的馬鸚路站，區(qū)間起止里程為：右K11+657.966（左K11+657.966）～右K12+966.744（左K12+956.363），區(qū)間右線總長(zhǎng)1309.047m，區(qū)間左線總長(zhǎng)1301.397m，最小平面曲線半徑R=350m；區(qū)間縱向?yàn)椤癡”字坡，右線坡度為2‰～-24‰～

-4.3‰～5‰～22.313‰～-2‰，左線坡度為2‰～

-24‰～-4.297‰～5‰～22.246‰～-2‰，軌面標(biāo)高0.338～7.939m，地面標(biāo)高22.5～22.9 m，隧道埋深11.2～17.2m，采用盾構(gòu)施工；區(qū)間沿線兩側(cè)建構(gòu)筑眾多，主要有鸚鵡大道兩側(cè)的民房、商業(yè)建筑、加油站、鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋引道及橫跨鸚鵡大道的大橋局鐵路專用線等。

2 巖溶地質(zhì)區(qū)段劃分

（1）Ⅰ類地質(zhì)-基巖為可溶巖，上部為全新統(tǒng)砂性土或基巖之上黏性土層厚度小于3m、黏性土層之上為砂性土；（2）Ⅱ類地質(zhì)-基巖為可溶巖，中部為穩(wěn)定分布厚度小于15m、大于3m的黏性土層，上部為全新統(tǒng)砂層；（3）無危害地質(zhì)-基巖非可溶巖，中部為穩(wěn)定分布厚度大于15m的黏性土層，上部為全新統(tǒng)砂層。本區(qū)間多為Ⅰ類地質(zhì)，易發(fā)生巖溶塌陷。

3 隧道施工方法

隧道工程設(shè)計(jì)采用鉆爆法開展施工，并根據(jù)圍巖情況分別使用臺(tái)階開挖法或全斷面開挖法進(jìn)行施工。施工過程中按照“弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、短進(jìn)尺、勤測(cè)量、早封閉”的基本原則，施工排水按照“排堵結(jié)合，以排為主”的基本原則，對(duì)于溶洞發(fā)育的地段，要采取綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)+超前支護(hù)的措施，并根據(jù)具體情況對(duì)巖溶地區(qū)進(jìn)行處理。在同一斷面布置隧道內(nèi)測(cè)點(diǎn)和地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，將地表沉降觀測(cè)點(diǎn)橫向間隔距離控制在2～5m，并適當(dāng)加密隧道中線附近的測(cè)點(diǎn)，當(dāng)?shù)乇斫ㄔO(shè)有控制性的建筑物時(shí)，可以適當(dāng)加寬測(cè)量范圍。

4 巖溶處理原則及方法

4.1 巖溶處理原則

在對(duì)巖溶現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)勘察后發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)區(qū)中巖溶發(fā)育類型主要為溶洞和溶隙，局部灰?guī)r表面溶溝和溶槽較發(fā)育，根據(jù)埋藏條件，本場(chǎng)地巖溶屬覆蓋型巖溶。根據(jù)該區(qū)間工程地質(zhì)情況、水文地質(zhì)資料，設(shè)計(jì)按照下述原則對(duì)巖溶地段進(jìn)行處理：（1）Ⅰ類巖溶密集區(qū)。在灌注樁的底部布置注漿帷幕，注漿帷幕注漿深度要滲入巖面下部15m，注漿范圍控制在巖面下15m至巖面上1m。注漿管按照梅花形布置，滿鋪?zhàn){間距設(shè)計(jì)為3m×3m，注漿管單排縱向間隔距離為2m。設(shè)計(jì)注漿深度為巖面下10m，如果在施工過程中，遇到注漿處溶洞底部邊界比要求的注漿深度大時(shí)，要求注漿管進(jìn)入到溶洞底部的深度大于1m。注漿孔的間隔距離和位置需要根據(jù)地下管線情況和地面環(huán)境情況給予適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；（2）對(duì)于Ⅰ類巖溶非密集區(qū)，滿鋪?zhàn){間距按5m×5m梅花形布置。其他處理原則和Ⅰ類巖溶密集區(qū)一致；（3）對(duì)于Ⅱ類巖溶區(qū)域，采用單獨(dú)注漿的方法對(duì)鉆孔揭示出的溶洞及物探異常區(qū)進(jìn)行處理，注漿深度要深入到溶洞底板下部1m。對(duì)于物探異常區(qū)域要在采用鉆孔驗(yàn)證的方法進(jìn)行驗(yàn)證后才能進(jìn)行處理。在處理溶洞之前要先將溶洞的發(fā)育規(guī)模探查清楚，然后根據(jù)不同的溶洞規(guī)模合理選擇處理措施。

4.2 巖溶地段處理方案

本工程設(shè)計(jì)使用鋼套管+鉆桿鉆基巖、拔出+孔內(nèi)注漿封閉器+灌漿流量?jī)x施工工藝對(duì)巖溶段進(jìn)行處理，首先利用鉆機(jī)將Φ146mm鉆頭攜Φ140mm鋼套管（壁厚8mm）打至基巖面以下不小于0.5m，然后將鋼套管留在孔內(nèi)，并將Φ90×8.2mmPP-R管下入到鋼套管中，再使用鉆機(jī)在PP-R管內(nèi)繼續(xù)用鉆機(jī)鉆至基巖面以下10m或15m（或底部溶洞下1m），然后拔除鉆桿和Φ140mm鋼套管，并將止?jié){塞下入，將注漿管連通注漿，完成底部溶洞注漿后加固注漿塞提升到上部溶洞后繼續(xù)進(jìn)行注漿，完成注漿后將止?jié){塞拔出，采用這種方法進(jìn)行施工跟管至巖層后，可以有效避免砂石出現(xiàn)漏失，保證了隧道施工

安全。

5 巖溶地段隧道的施工技術(shù)

5.1 鉆孔施工

使用工程地質(zhì)跟管鉆機(jī)在布置好的點(diǎn)位進(jìn)行鉆孔，使用Φ140mm金屬套管作為注漿鉆孔的跟管材料，跟管深度為地面至基巖內(nèi)0.5m。在施工過程中遇到無法鉆進(jìn)的障礙物時(shí)，要根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)孔位做出相應(yīng)的調(diào)整。鉆孔時(shí)使用設(shè)備自檢儀進(jìn)行檢測(cè)，將鉆孔的孔位誤差值控制在孔深1%以內(nèi)。

5.2 埋設(shè)PP-R管

當(dāng)鋼套管鉆入到基巖0.5m后，下入鋼套管。為了避免鋼套管注漿作業(yè)時(shí)出現(xiàn)抱死的情況，要在PP-R管下入到位后將鋼套管拔出，由于Φ73mm鉆桿在PP-R管內(nèi)進(jìn)行基巖內(nèi)鉆孔，為了避免對(duì)基巖進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)甩動(dòng)鉆頭打破PP-R管，設(shè)計(jì)鋼套管內(nèi)PP-R管規(guī)格采用Φ90×8.2mm、SDR11、PN1.6MPa、4m/節(jié)，使用車絲接頭連接。

5.3 基巖內(nèi)鉆孔施工

將PP-R管下好后即可進(jìn)行基巖內(nèi)鉆孔施工，施工設(shè)計(jì)使用Φ73mm鉆頭鉆入到設(shè)計(jì)深度，進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，遇到裂隙密集發(fā)育或規(guī)模比較大的巖溶區(qū)時(shí)要加大鉆孔的深度，并保證可以鉆入到下部完整巖體中1m以上。鉆孔作業(yè)時(shí)要對(duì)施工過程中遇到的失水、涌水、塌孔、斷裂構(gòu)造、卡鉆、巖性變化等情況進(jìn)行記錄，并在鉆孔綜合成果中反映出來。根據(jù)鉆孔情況分析溶洞鉛錘的高度、溶洞鉆進(jìn)深度是否達(dá)到了設(shè)計(jì)值以及溶洞中是否存在填充物，為注漿作業(yè)提供參考數(shù)據(jù)。對(duì)于鉆孔過程中碰到的大型溶洞，需要對(duì)溶洞的相關(guān)資料進(jìn)行整理，然后報(bào)送給監(jiān)理工程師、業(yè)主以及設(shè)計(jì)單位，制定具體的處理方案。

5.4 埋設(shè)止?jié){塞

完成基巖中的鉆孔作業(yè)后將鉆桿拔出然后即可埋設(shè)止?jié){塞，埋設(shè)止?jié){塞時(shí)要將配套設(shè)施和止?jié){塞都下入到基巖石中，然后進(jìn)一步對(duì)止?jié){塞施加壓力，并進(jìn)行注漿施工。在埋設(shè)止?jié){塞時(shí)要順著孔位位置下入到最底部溶洞上方2m后即可開展溶洞灌漿作業(yè)，鉆探出的溶洞間巖層要小于2m，則直接將止?jié){塞下入到巖層厚度大于2m的位置后進(jìn)行灌漿作業(yè)。注漿施工過程中，將灌漿壓力保持在0.5MPa。

5.5 灌漿檢測(cè)

在施工時(shí)本工程主要采用止?jié){塞+灌漿記錄儀的方法對(duì)施工過程中的灌漿壓力、反漿量、進(jìn)漿量進(jìn)行監(jiān)控，并分析注漿是否滿足了標(biāo)準(zhǔn)要求。通過采用這一方法可以有效解決注漿量過多、注漿量不足、無法持壓等問題，保證灌漿漿質(zhì)量。灌漿施工過程中使用循環(huán)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行灌漿作業(yè)，如圖1所示。灌漿水泥使用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，要求水泥質(zhì)量可以達(dá)到GB 175-2007規(guī)范的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。細(xì)骨料使用細(xì)度模數(shù)為2.4～2.8的砂子，使用的砂子要求干燥、清潔、無雜質(zhì)、無風(fēng)化、級(jí)配良好，粗骨料使用結(jié)凈、堅(jiān)硬、級(jí)配良好的碎石。碎石中的含泥量（按質(zhì)量計(jì)）要求控制在0.5%以內(nèi)，片狀和針狀顆粒總含量（按質(zhì)量計(jì)）控制在5%以內(nèi)，壓碎指標(biāo)控制在10%以內(nèi)，質(zhì)量損失控制在5%以內(nèi)。

根據(jù)紅建路車站巖溶注漿總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，在施工現(xiàn)場(chǎng)有條件的地方設(shè)置集中拌漿系統(tǒng)，高速攪拌機(jī)每次拌漿量為0.4方，攪拌時(shí)間大于30s，拌漿采用1∶1、0.8∶1、0.6∶1三種漿液，其中1∶1的漿液拌制1.2方；0.8∶1的漿液配置1.2方后所有的漿液都采用0.6∶1。根據(jù)紅建路站施工經(jīng)驗(yàn)，確定灌漿終漿標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）在最大設(shè)計(jì)壓力（0.5MPa）下，灌漿孔段注入率不大于1.0L/min時(shí)，繼續(xù)灌注30min后可結(jié)束灌漿作業(yè)；（2）當(dāng)鄰近孔反出濃漿時(shí)即可終止灌漿；（3）在施工過程中當(dāng)止?jié){塞壓力超過10MPa時(shí)，在注漿孔套管中依然會(huì)返出濃漿時(shí)，即可終止灌漿施工。

在溶洞中灌漿達(dá)到終漿標(biāo)準(zhǔn)后即可提升止?jié){塞距離地面1m內(nèi)的位置重新將止?jié){塞安裝好，并進(jìn)行加壓后重新對(duì)管內(nèi)孔隙和溶洞進(jìn)行補(bǔ)漿液，達(dá)到終漿要求后即可進(jìn)行下一孔的施工。

6 結(jié)語

綜上所述，在進(jìn)行巖溶段隧道施工時(shí)需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況合理地選擇施工方法，只有這樣才可以保證巖溶地段隧道施工的順利開展，保證工程質(zhì)量。本工程在對(duì)巖溶地段隧道進(jìn)行施工時(shí)，采用鉆孔灌漿液的方法對(duì)巖溶地段進(jìn)行了處理，取得了良好的施工效果，具有一定的借鑒參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張忠敏（1977-），男，上海人，上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司工程師，研究方向：地鐵施工技術(shù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）