注漿法處理南嶺鐵路隧道陷坑

摘 要：本文結(jié)合南嶺鐵路隧道地表陷坑整治處理工程實(shí)例，全面介紹了采用沿隧道中心線(xiàn)陷坑帷幕鉆孔注漿和沿河道鉆孔注漿技術(shù)整治鐵路隧道陷坑的應(yīng)用。系統(tǒng)性的對(duì)鐵路隧道陷坑形成的原因和機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了鉆孔注漿技術(shù)整治鐵路隧道陷坑的原則和方法。為今后的病害處理提供了參考。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；鉆孔注漿；陷坑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.078

1 工程概況

該鐵路隧道位于湖南低山丘陵區(qū)，地面高程180～520m，地面高低起伏變化不大，隧道埋深一般，最淺處距離拱頂約28～34m。

該隧道位于京廣線(xiàn)湖南段南部，鐵路經(jīng)過(guò)區(qū)域?yàn)橐粡?fù)式背斜，背斜的兩翼由測(cè)水段砂頁(yè)巖組成，背斜的核部主是為白云質(zhì)灰?guī)r和巖關(guān)組下段灰?guī)r。因?yàn)樘幱隍T嶺和蓋山兩個(gè)剛性巖塊之間，巖石相互作用力會(huì)合，使褶皺擠壓變得更為猛烈；區(qū)內(nèi)發(fā)育的新中原系NNE向壓性斷裂和燕山期NWW向張性斷裂及構(gòu)造復(fù)合等影響的控制系統(tǒng)。因受龐大的地質(zhì)構(gòu)造作用影響，巖層風(fēng)化破裂，節(jié)理裂隙發(fā)育；可溶巖巖溶較發(fā)育，地表巖溶凹地遍及全區(qū)。尤其在復(fù)式背斜軸部，褶曲、斷裂發(fā)育密集，巖溶極為發(fā)育，加之表水嚴(yán)重下滲，表水與地下水連通密切，地下水流量較大，潛蝕作用劇烈，沿溶槽、溶溝、溶隙中產(chǎn)生了嚴(yán)重的涌砂、突水、涌泥現(xiàn)象，導(dǎo)致地面塌陷、井泉枯竭。

2014年，南嶺隧道病害發(fā)展更為嚴(yán)重，由第三方單位對(duì)該段進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)隧道周邊共有8處陷坑，陷坑分布情況如圖1所示，陷坑具體情況見(jiàn)表1所示。

2 病害形成原因分析

2.1 隧道建設(shè)時(shí)涌水涌泥

該隧道設(shè)計(jì)年代早，受到時(shí)技術(shù)條件的限制，對(duì)該處地質(zhì)條件調(diào)查不夠詳細(xì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)階段時(shí)對(duì)巖溶地段處理不充分，同時(shí)施工時(shí)又對(duì)對(duì)巖溶危害認(rèn)識(shí)不足。以上原因造成隧道病害嚴(yán)重，威脅行車(chē)安全。自隧道上世紀(jì)建成投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，多次出現(xiàn)影響列車(chē)安全平穩(wěn)運(yùn)行的事件，嚴(yán)重影響了京廣鐵路通道的暢通。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，該原因?qū)е履壳八淼喇a(chǎn)生的主要病害有以下幾種情況：

（1）滲漏水嚴(yán)重，隧道局部地段襯砌破損，滲漏水情況嚴(yán)重。由于該隧道山體內(nèi)溶洞貫通，貫通的溶洞使得隧道襯砌壓力變大，從而促使了裂縫的發(fā)生頻率和發(fā)展速度。局部水壓較大的地段甚至出現(xiàn)射水現(xiàn)象，尤其在當(dāng)時(shí)施工時(shí)襯砌支護(hù)不良和后期養(yǎng)護(hù)維護(hù)較差的地段表現(xiàn)的更為嚴(yán)重，有個(gè)別處所甚至沖倒了洞室邊墻。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，隧道滲漏水環(huán)向縫共計(jì)219條，累計(jì)長(zhǎng)度4807m；隧道襯砌表面裂縫77條，累計(jì)長(zhǎng)度250m；點(diǎn)、面狀滲、滴、漏水180處。

（2）經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)隧道襯砌無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，局部地段隧道的襯砌厚度不足，局部地段強(qiáng)度不夠，部分地段隧道襯砌背后存在空洞、松散回填物及富水等病害情況。

（3）軌下基礎(chǔ)破壞導(dǎo)致翻漿冒泥甚至涌水涌泥。由于隧道涌水嚴(yán)重，隧道底部長(zhǎng)期處于浸泡狀態(tài)，軌道強(qiáng)度和穩(wěn)定性大大降低，列車(chē)通過(guò)時(shí)軌道上下跳動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生翻漿冒泥，軌枕空吊?，F(xiàn)在列車(chē)通過(guò)的運(yùn)行速度不斷提高，此現(xiàn)象更加明顯。在列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)產(chǎn)生上下跳動(dòng)，將碎石與砂子排空，吊空最嚴(yán)重達(dá)0.13m，威脅行車(chē)安全。根據(jù)衡陽(yáng)工務(wù)段1992年～2002年統(tǒng)計(jì)資料K1927+810處（138號(hào)避車(chē)洞迂回導(dǎo)坑出口，以下簡(jiǎn)稱(chēng)既有迂回導(dǎo)坑出口）最大流量為1411m3/h，最大含砂率為1.23%，1996年以后既有迂回導(dǎo)坑出口流量、含砂率和總砂量明顯增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道基床沖空、斷裂等病害累計(jì)長(zhǎng)度達(dá)3148m。

（4）中心水溝涌水涌泥導(dǎo)致泥沙淤積排水不暢。道床產(chǎn)生翻漿冒泥后，泥漿、砂漿流入隧道中心排水溝，由于水溝清理不及時(shí)，導(dǎo)致排水溝淤塞，嚴(yán)重影響了中心水溝的正常使用。

2.2 隧道運(yùn)營(yíng)后

隧道運(yùn)營(yíng)后，上文所述的涌水、涌沙現(xiàn)象沒(méi)有得到有效且及時(shí)的綜合整治，中心水溝清理不到位，道床處于浸泡狀態(tài)，翻漿冒泥嚴(yán)重。地表陷坑沒(méi)有及時(shí)回填封堵，導(dǎo)致該地段的滲漏水現(xiàn)象一直比較嚴(yán)重。雖然運(yùn)用過(guò)程中也進(jìn)行過(guò)鉆孔注漿堵水，但因檢測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，注漿范圍較小，施工工藝欠缺，效果不明顯，導(dǎo)致病害不斷擴(kuò)展惡化。

3 主要設(shè)計(jì)原則

（1）沿隧道中心線(xiàn)兩側(cè)注漿。注漿鉆孔底標(biāo)高距拱頂3.0m；Φ108鋼管下至孔底，鋼管底部注漿充填高度設(shè)計(jì)不少于10m，設(shè)漏漿鉆孔從而控制注漿充填高度，特別控制好注漿壓力在0.3-0.5 MPa。

（2）沿下連溪河道（陷坑主要發(fā)生地點(diǎn)）兩側(cè)注漿。注漿鉆孔控制參數(shù)與沿隧道中心線(xiàn)兩側(cè)充填注漿孔相同，注漿鋼管作為支撐連溪河道支墩基礎(chǔ)。

（3）支撐加固既有河道（局部地段）。設(shè)100cm*65cm鋼筋混凝土支墩，與既有河道鋼筋河道基礎(chǔ)相連。

4 處理措施

4.1 鉆孔注漿充填

鉆孔注漿充填地下水通道適用于隧道埋深相對(duì)較淺、巖溶和陷坑發(fā)育且隧道滲漏水嚴(yán)重地段注漿止水，包括沿隧道兩側(cè)段K1927+935～K1927+990和下連溪段段沿河道100米雙側(cè)。方案見(jiàn)圖2。

注漿采用鉆孔注漿方式，注漿充填從隧道頂部3m以上到地面范圍所有空洞，堵塞通向隧道的巖溶通道，減少排入隧道的泥沙流量，降低地下水流速。具體措施如下：

（1）鉆孔布置。沿隧道中心線(xiàn)方向，檢查孔距隧道中線(xiàn)左右兩側(cè)各為2.5和7.5m，全長(zhǎng)約55m；沿下連溪段，沿河道兩側(cè)各兩排間距0.5m梅花樁，延長(zhǎng)米約100m。（具體見(jiàn)圖2）

（2）鉆孔平均深度約為35m。

（3）鉆孔直徑Φ120mm，注漿采用Φ108×6mm無(wú)縫鋼管。

（4）鋼管連接及孔口保護(hù)。為防止注漿孔壁坍塌和漿液上串流失，地表注漿孔口采用Φ120×6mm單層鋼套管護(hù)壁，為保護(hù)孔口并起導(dǎo)向作用，套管延伸時(shí)采用壁厚為Φ120×7.5mm的鋼管箍連接。

（5）鉆孔及注漿順序。鉆孔及注漿均為從北京方向到廣州方向，孔內(nèi)自下而上分層壓注。

（6）注漿材料。根據(jù)探測(cè)分析結(jié)論，對(duì)大的巖溶空洞灌注細(xì)石混凝土，小的巖溶空洞灌注水泥砂漿，巖溶裂隙灌注水泥漿。細(xì)石混凝土和水泥砂漿均添加膨脹劑，以增加水泥的和易性和填充的密實(shí)性，水泥漿的水灰比為1：0.8～1：1.5。

（7）注漿前使用注漿泵壓清水進(jìn)行壓水試驗(yàn)，然后沖洗巖石裂隙中的泥沙及充填物。壓水時(shí)間應(yīng)根據(jù)空洞大小來(lái)確定，一般情況下壓水的時(shí)間為10～20分鐘，空洞越大，壓水時(shí)間可縮短，復(fù)注前一般壓水時(shí)間為20～30分鐘。根據(jù)壓水試驗(yàn)資料測(cè)得的最大壓力時(shí)的泵流量和注漿段高度計(jì)算單位鉆孔吸水量，據(jù)此確定漿液的初始濃度、各段的注漿壓力資料等可作為鑒定注漿效果的依據(jù)之一。

（8）注漿壓力應(yīng)控制在0.3 MPa（初壓）～0.5MPa（終壓）。

（9）注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。一般情況下，每次注漿時(shí)應(yīng)控制好注漿流量和注漿壓力，做到壓力由小到大，流量由大到小，當(dāng)實(shí)際注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓時(shí)，待其穩(wěn)定20～30分鐘即可結(jié)束注漿；當(dāng)遇到大裂隙，應(yīng)調(diào)整漿液濃度，經(jīng)過(guò)調(diào)整漿液濃度仍為達(dá)不到終壓標(biāo)準(zhǔn)，但又接近設(shè)計(jì)時(shí)的注漿量時(shí)應(yīng)暫停注漿，等養(yǎng)護(hù)1晝夜后再重新注漿。

4.2 地表陷坑及河道加固支撐處理

根據(jù)陷穴出現(xiàn)的不同情況，實(shí)施不同的方法，以維持地表的生態(tài)環(huán)境。陷穴底部有基巖出露，采用漿砌片石或塊石填平坑底出露的石筍后用鋼筋混凝土蓋板封閉，并鋪設(shè)一層土工布，然后回填土石和0.5m厚粘土，其上植草；一般陷穴地段先鋪設(shè)土工布然后再后回填土。

已出現(xiàn)的8個(gè)陷坑均位于連溪河及隧道中心線(xiàn)兩側(cè)附近，對(duì)隧道危害極大，需采用注漿回填，可結(jié)合鉆孔注漿處理。施工順序?yàn)橄裙嘧⒓?xì)石混凝土充填底部巖溶通道，再回填漿砌片石，鋼筋混凝土座板封閉后，鋪設(shè)一層土工布，表層回填1-1.5m粘土，回填的粘土面標(biāo)高應(yīng)高出地面0.4m左右。

沿河道兩側(cè)建設(shè)1m*0.65m鋼筋混凝土注漿封閉層及加固原鋼筋混凝土河道。地表陷坑處理共8處。見(jiàn)圖3所示。

5 處理成效

按此方法對(duì)南嶺隧道進(jìn)行陷坑及河道回填加固處理后，成效顯著，2、3、4、7號(hào)陷坑得到了明顯的控制，其它陷坑發(fā)展也得到了一定的控制，發(fā)展變化速度明顯降低。該處的生態(tài)環(huán)境尤其是水土保持得到了明顯的提升，隧道滲漏水量也明顯減少?；驳靡苑€(wěn)定，軌枕空吊消除，翻漿冒泥不再出現(xiàn)，線(xiàn)路平順度明顯提升。

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作者簡(jiǎn)介：曾錕（1984-），男，陜西漢中人，本科，講師，研究方向：鐵路選線(xiàn)、鐵路線(xiàn)路病害分析與整治、工務(wù)管理等領(lǐng)域。