鐵路隧道巨型溶洞深厚回填體注漿固結(jié)技術
--以黔張常鐵路高山隧道為例

馮國森

(中鐵十四局集團建筑工程有限公司， 山東 濟南 250014)

0 引言

我國是世界上巖溶分布面積最廣的國家之一，在隧道選線時應盡量避開巖溶發(fā)育地區(qū)，但是隨著經(jīng)濟發(fā)展對交通基礎設施需求的不斷提高，越來越多的隧道工程將不可避免地穿越山區(qū)巖溶地層，這必將遇到更多大(巨)型巖溶問題。工程實例表明，穿越巖溶區(qū)隧道跨越段采用路基回填處置方案施工簡單、成本小，但對于高位穿越巨型溶洞時，巨型溶洞回填體量大，回填體壓縮沉降顯著，對回填體進行注漿可以填充碎石孔隙，降低工后沉降[1-4]。

李元海等[5]采用FLAC3D數(shù)值模擬方法，研究了溶洞對于隧道圍巖穩(wěn)定性的影響規(guī)律，并對隧道開挖穿越溶洞地層采取的充填與注漿加固方案進行了比較分析，研究結(jié)果表明溶洞回填和注漿加固可改善圍巖應力狀態(tài)，減小圍巖變形與塑性區(qū)范圍；張祥等[6]基于成貴鐵路玉京山隧道工程現(xiàn)場，提出采用袖閥管注漿法進行回填體加固的總體思路，在溶洞回填后對隧道側(cè)向回填體進行超前注漿加固，隧道開挖后對基底回填體進行注漿加固，保證基底承載力滿足規(guī)范要求，取得了良好的工程效果；顧偉[7]以云桂鐵路營盤山隧道穿越巨型溶洞為依托，依據(jù)隧道和溶洞不同斷面分布的特點，采用隧道基礎范圍溶洞回填處理方案有施工速度快、安全性高、造價低的優(yōu)點，為其他類似工程提供了參考；周婷[8]結(jié)合滬昆客專杭長段醴陵特大橋巖溶發(fā)育區(qū)樁基穿越大型溶洞施工實踐，詳細介紹了采用片石、黏土、碎石及化工材料回填溶腔，使用CZ-8型沖擊式鉆機沖擊成孔，輔以加強型泥漿、注漿等技術措施，成功穿越了大型重疊串珠式溶洞等不良地質(zhì)；肖伯強等[9]通過"加強支護、回填夯實、超前小導管注漿、疏排巖溶水"等施工技術，結(jié)合監(jiān)控量測等信息反饋手段，動態(tài)指導施工，成功解決了溶洞冒頂突泥、大型溶洞及隧道坍塌等施工難題，順利完成了隧道施工；宋國壯[10]基于黔張常鐵路巖溶地基注漿加固工程現(xiàn)場地質(zhì)資料，結(jié)合有關注漿材料性能控制及其裂隙注漿擴散特征、堵水機制的研究結(jié)論，提出了針對復雜巖溶發(fā)育地基處理的復合注漿強化加固關鍵技術，并通過多種注漿效果檢測手段驗證了該技術體系的工程適用性；劉巖江[11]通過對深圳地鐵14號線穿越的巖溶區(qū)現(xiàn)場地質(zhì)資料結(jié)合溶洞注漿試驗進行研究，確定了相應的巖溶處理原則和注漿工藝，并設置不同的水灰比、注漿壓力及巖溶填充物，分析了不同條件下注漿試塊的抗壓強度及注漿量。

以上文獻對隧道穿越溶洞回填體注漿加固處理方面具有良好的借鑒意義，但是在隧道高位斜穿巨型溶洞回填后的超厚回填體中注漿，特別是僅在回填體上部一定范圍內(nèi)控制注漿的相關研究基本沒有。本文以黔張常鐵路高山隧道巨型溶洞為研究對象，對溶洞超厚回填體注漿設計、注漿方法、漿液控制及注漿效果進行綜合分析，提出深厚回填體注漿固結(jié)技術。

1 工程概況

黔張常鐵路西起重慶市黔江區(qū)，東至湖南省常德市，線路總長為339.42 km，全線新建隧道100座，位于湖北咸豐-來鳳區(qū)間的高山隧道是黔張常鐵路全線6座 Ⅰ 級風險隧道之一。高山隧道進口里程為DIK51+328，出口里程為DIK55+286.2，全長為3 958.2 m；隧道為縱向坡度-12‰、-17.4‰的單面下坡，進口軌面高程為799.158 m，出口軌面高程為732.973 m；最大埋深約365 m；隧道開挖斷面寬度為15.2 m，高度為12.4 m；高山隧道采用曲墻有仰拱復合式襯砌結(jié)構，初期支護采用噴錨支護，噴混凝土采用濕噴工藝。隧道地處鄂西南構造侵蝕、溶蝕中低山區(qū)，通過地層主要是寒武系上統(tǒng)耗子群灰?guī)r夾白云巖、道陀組灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)大灣組灰?guī)r夾泥灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)南津關組、紅花園組、分鄉(xiāng)組灰?guī)r夾頁巖。隧道地處咸豐斜歪背斜的南東翼，表現(xiàn)為單斜構造。高山隧道縱斷面如圖1所示。

圖1 高山隧道縱斷面圖

高山隧道開挖至DIK53+678處揭示巨型溶洞，溶洞由廳堂狀廊道、主溶裂隙通道、支洞3部分組成，主溶洞伴生有2號支洞。廳堂狀廊道長度為124 m，寬度為32～63 m，高度為46～65 m。巨型溶洞形態(tài)規(guī)模示意如圖2所示。隧道正洞跨越溶洞長度約為71 m，影響長度為124 m，隧道路肩以上溶洞空腔高度約為16 m，隧道軌面以下空腔深度為30～55 m，拱頂以上溶洞最高處約為2 m。溶洞地下水主要補給源為大氣降水下滲補給，降水主要通過主溶蝕裂隙徑流補給至溶洞，主溶蝕裂隙發(fā)育成熟，補徑排通暢。溶洞地下水及局部的滲水均通過裂隙排泄，整體表現(xiàn)為干溶洞。溶洞發(fā)育規(guī)模較為巨大，給后期施工帶來了極大的不便。

巨型溶洞揭示后采用地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探以及三維激光掃描等手段進行了地質(zhì)勘查，獲得了溶洞的詳細地質(zhì)資料，根據(jù)溶洞的特征、地質(zhì)資料以及溶洞與隧道的空間位置關系，結(jié)合國內(nèi)工程實例經(jīng)驗，提出線路調(diào)整、橋梁跨越及路基回填3類共11種處置方案。通過對3類處置方案進行評價對比，最終選用了路基回填中的"洞砟回填+上部注漿"方案[12-13]。巨型溶洞回填示意如圖3所示。

圖2 巨型溶洞形態(tài)規(guī)模示意圖

圖3 巨型溶洞回填示意圖

溶洞采用加工洞砟進行回填，回填至730 m高程和750 m高程時分別做止?jié){層。溶洞回填深度最大約47 m，洞砟回填厚度大，且回填過程中無法壓實。在經(jīng)濟合理的前提下，為了提高回填體的整體性及控制回填沉降，對回填體上部20 m、隧道結(jié)構外側(cè)21 m范圍內(nèi)進行注漿加固處理。回填洞砟注漿完成后在上部繼續(xù)回填約5 m厚摻5%水泥級配碎石，再施工3 m厚鋼筋混凝土路基板至主動底板高程。隧道中心線左側(cè)廳堂狀廊道回填至洞壁，隧道中心線右側(cè)主溶蝕裂隙通道按照1∶1.5的坡度進行放坡回填。依據(jù)處置方案，巨型溶洞回填體厚度為30～55 m，加上溶洞底部原始堆積體總厚度達到67～121 m，如此超厚回填體在后期隧道運營時將產(chǎn)生較大的壓縮沉降量，影響隧道運營。注漿加固技術作為處理回填體沉降的一個重要手段，其設計方案和施工技術研究不可或缺。

2 注漿加固設計

高山隧道巨型溶洞采用回填的方式進行處理，回填后的回填體厚度較大，加工洞砟在回填時采用拋填的方式進行回填，而且回填洞砟未經(jīng)分層壓實，容易產(chǎn)生沉降。為防止后期隧道運營時回填體出現(xiàn)沉降對上部結(jié)構物產(chǎn)生不利影響，需要對回填體上部加工洞砟進行注漿加固，來提高回填體整體穩(wěn)定性，減小沉降。

2.1 設計依據(jù)

溶洞體量巨大，已探測到空間超過100萬m3，填筑空間將近50萬m3，按照30%孔隙率預算，回填體全部注漿的漿液量要達到15萬m3，漿液量過大。根據(jù)分析[14]，回填體下部受上部回填體及其他荷載壓實，較為密實，工后沉降以蠕變沉降為主，沉降量小，而上部回填體受荷載小，壓實率低，存在較多孔隙，如若不處理，工后壓密沉降較大，對隧道運營影響大；同時，運營后在列車動荷載擾動作用下上部回填體孔隙也會出現(xiàn)壓密，同樣造成較大工后沉降。因此，可以采用回填體上部注漿代替全部注漿，注漿范圍為隧道主洞兩側(cè)沉降影響區(qū)，處在廳堂狀廊道內(nèi)。高山隧道巨型溶洞為多分支溶洞，僅廳堂狀廊道填筑體積就達到35萬m3。為保證注漿量和注漿效果，應將漿液控制在廳堂狀廊道的一定平面范圍內(nèi)。為達到控制范圍內(nèi)注漿，還應采用措施，構筑周邊漿液封堵區(qū)，防止?jié){液流失。

2.2 設計內(nèi)容

根據(jù)設計資料，現(xiàn)將注漿區(qū)域設計為DIK53+645～+725段加工洞砟回填體上部20 m厚度(即標高730～750 m)范圍，垂直于線路方向的注漿區(qū)域為隧道結(jié)構外側(cè)21 m，不足21 m時至洞壁。注漿區(qū)域設計如圖4所示。為了減少漿液流失，加快施工速度，在洞砟回填時施工2道止?jié){層來防止?jié){液擴散?；靥钪翗烁?30 m時，用M10水泥砂漿施工1道50 cm厚水泥砂漿止?jié){層；回填至標高750 m時，在隧道中心線兩側(cè)各25 m范圍內(nèi)用C20混凝土施工1道40 cm厚鋼筋混凝土止?jié){層。

注漿區(qū)域分為注漿中間區(qū)和周邊加密區(qū)，注漿中間區(qū)注漿孔間距為3 m×3 m，注漿中間區(qū)周邊3 m范圍設計為注漿加密區(qū)，注漿孔間距為1.5 m×1.5 m。根據(jù)設計，注漿鉆孔的直徑為110 mm，注漿管采用直徑為89 mm的鋼花管。周邊加密區(qū)注漿所用漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，其中水泥漿∶水玻璃(體積比)為1∶0.6，普通水泥漿的水灰質(zhì)量比為0.6∶1～0.8∶1，水泥-水玻璃雙液漿的凝膠時間約為5 min；注漿中間區(qū)注漿采用普通水泥單液漿，水泥漿的水灰質(zhì)量比為0.6∶1～0.8∶1。注漿所應達到的具體技術要求應符合規(guī)范要求，即注漿后鉆芯驗證注漿合格率不小于90%。

(a) 深度范圍

(b) 平面范圍

3 注漿作用數(shù)值模擬分析

利用有限元分析軟件MIDAS/GTS建立超厚回填體數(shù)值計算模型，分析回填洞砟上部有無注漿對工后沉降的影響，驗證回填體上部注漿作用。

3.1 模型建立

選取線路里程DIK53+660～+710區(qū)段進行模擬，建立隧道-路基三維計算分析模型。其中路基部分模擬范圍為隧道中心線兩側(cè)各50 m、隧道底板以下90 m，根據(jù)實際充填材料劃分溶腔區(qū)域，建立溶洞填充模型。溶腔回填模型示意如圖5所示。進一步建立隧道-路基三維有限元數(shù)值計算模型，如圖6所示。以有無回填體上部注漿和工后靜動荷載作用為變量，考察工程結(jié)束后隧道路面沉降量。

計算時將隧道施工期各構筑物建造及道砟鋪設階段以結(jié)構荷載形式施加于路基板表面，其中邊墻荷載為190 kN/m2，邊墻兩側(cè)洞砟回填荷載為102 kN/m2，隧道初期型鋼支護荷載為100 kN/m2，隧道仰拱及二次襯砌混凝土荷載為105 kN/m2，仰拱上層碎石道砟荷載為16 kN/m2，每項荷載分階段施加于路基板表面范圍內(nèi)，荷載施加范圍符合實際構筑物建造所占面積，用于模擬路基上部隧道階段施工。計算分析采用Mohr-Coulomb模型模擬各地層的本構關系，模型的頂部和橫向兩側(cè)為自由邊界條件；縱向兩側(cè)設置法向約束，限制模型的水平位移。因為巖體的剛度大，變形極小，所以假定底部為固定約束來限制其水平方向和垂直方向的位移，不計入底板以下的變形，研究對象為底板巖體以上的超厚填筑體(回填體和原始堆積體)的壓縮變形。注漿和不注漿的沉降區(qū)間是整個填筑體的范圍，只考慮上部20 m注漿范圍內(nèi)的注漿與不注漿造成的沉降差異。材料參數(shù)如表1所示。

圖5 溶腔回填模型示意圖

圖6 三維計算分析模型

表1 材料參數(shù)

3.2 靜載作用下工后沉降分析

如圖6所示，在堆積體底部建立坐標系，特征點為級配碎石層頂面中心點，坐標為(0,30,95)。過此特征點沿隧道縱向和橫向提取2個截面，橫向提取長度為24 m(即路基板寬度)，縱向提取長度為60 m(即模型中路基板長度)，分別研究填筑體在施工荷載作用下沿橫向或縱向的沉降差異變化。2種模型的沉降變形如圖7所示?？梢钥闯? 1)采用相同回填方式和施工步序，沒有回填體上部注漿時，工后隧道路面沉降達到286 mm； 2)有回填體上部注漿時，工后隧道路面沉降為208 mm，回填體上部注漿作用下工后沉降減少了78 mm，效果明顯; 3)注漿在充填碎石孔隙提高整體穩(wěn)定性的基礎上，也作為新增荷載，對下部回填體起到了堆載預壓作用。

(a) 未注漿

(b) 注漿后

3.3 列車動載作用下工后沉降分析

模擬列車為和諧號CRH380AL型列車，軸重為150 kN，列車總長為403 m，車速為200 km/h，雙向行駛。取1趟列車經(jīng)過后，隧道路面沉降和列車動應力傳遞過程為考察對象。動荷載的大小取列車軸重的大小，動載施加是通過定點豎向加載的方式，參考《鐵路荷載設計規(guī)范》，通過對線路上不同節(jié)點進行交替加載來模擬列車移動過程。計算時模型土體部分采用Mohr-Coulomb本構模型，路基其余部分則選用彈性本構模型，分析時只考慮材料的彈性模量、泊松比以及容重；在計算時模型四周選用黏彈性局部人工邊界，底部使用固定邊界，頂部設置為自由面。

軌下不同深度最大動位移曲線如圖8所示?？梢钥闯觯?1)動荷載作用下節(jié)點下部最大豎向變形量隨深度增大逐漸減小； 2)上部道砟層(0～0.8 m)豎向變形最為明顯，該層頂部變形量達到約0.581 mm； 3)隧道結(jié)構層及鋼筋混凝土路基板層(-0.8～5.7 m)表現(xiàn)為整體豎向變形，層間幾乎無壓縮； 4)摻5%水泥級配碎石層內(nèi)最大豎向變形量繼續(xù)隨深度增加呈下降趨勢，至洞砟注漿層底面(-30 m)處衰減為約0.015 mm。

圖8 軌下不同深度最大動位移曲線

以時速200 km為例，列車動應力至路基板底面衰減近94%，至洞砟注漿層底面已趨近于0，列車動應力為σz。鐵路斷面右側(cè)軌下位置監(jiān)測點動應力沿深度方向變化的曲線如圖9所示。可以看出： 1)動應力沿深度方向衰減很快，由于3 m厚鋼筋混凝土路基板和20 m厚注漿層的隔振作用，列車運行時動荷載對于溶洞下部回填體幾乎不會產(chǎn)生影響； 2)動荷載下超厚回填體沉降數(shù)值模擬分析表明，回填洞砟上部注漿設計方案是合理的，工后沉降滿足設計要求。

圖9 列車動應力沿深度方向變化曲線

4 注漿工藝性試驗、調(diào)整優(yōu)化及效果檢測

4.1 注漿施工準備

注漿施工準備包括： 標高730 m止?jié){層施工-洞砟填筑-標高750 m止?jié){層施工。

為了減少漿液流失，加快施工速度，在洞砟回填時施工2道止?jié){層來約束漿液擴散?；靥钪翗烁?30 m時用M10水泥砂漿施工1道50 cm厚水泥砂漿止?jié){層；回填至標高750 m時，隧道中線兩側(cè)各25 m范圍內(nèi)用C20混凝土施工1道40 cm厚鋼筋混凝土止?jié){層。鋼筋混凝土止?jié){層施工如圖10所示。

圖10 鋼筋混凝土止?jié){層施工

4.2 注漿施工工藝過程

注漿施工時首先應對注漿區(qū)域進行放線，然后施工注漿孔。在施工回填體時采用拋填的方式進行回填，而且沒有進行分層壓實，這樣會導致回填體在鉆孔時容易產(chǎn)生塌孔、卡鉆的現(xiàn)象，不容易成孔。為了保證順利成孔，鉆孔采用地質(zhì)取芯機跟管施工，鉆孔直徑為110 mm，鉆孔時要定期對鉆機進行水平校正和垂直校正，要求鉆孔過程中垂直度偏差小于1%，鉆至孔底時要注意不要破壞底部止?jié){層。跟管鉆孔達到設計標高后，插入注漿鋼花管，然后通過鉆孔臺架上的手拉葫蘆分節(jié)拔出鋼套管，并做好孔口的保護。注漿孔施工完成后即可制備注漿漿液，注漿所用漿液為普通水泥單液漿，漿液水灰質(zhì)量比為0.6∶1～0.8∶1。

注漿施工時的順序設計為先周邊、后中間，跳孔分序進行，先對注漿區(qū)域周邊孔進行注漿，周邊孔注漿完成后再對中間孔注漿。注漿前將注漿孔進行編號，并將單號注漿孔設為一序孔，雙號注漿孔設為二序孔。一序孔達到設計的注漿量后即可完成注漿；二序孔達到設計的注漿壓力后即可完成注漿，不受注漿量的約束。二序孔進行定壓注漿，從而提高注漿加固密實度，注漿終壓為0.5～1 MPa，注漿速度為10～100 L/min。

一序孔注漿量

Q=πR2h·n·α·(1+β)。

(1)

式中：R為漿液擴散半徑,取1.5 m；h為注漿分段深度,m；n為地層空隙率，取0.3；α為地層漿液填充率,取90%；β為漿液損失率,取20%。

注漿深度為20 m，代入式(1)，可得單孔注漿量為45.8 m3，按照設計注漿平面估算，總注漿量約為7 700 m3。

在所有注漿孔都完成注漿且無漏漿現(xiàn)象,即可結(jié)束注漿工作。

4.3 注漿工藝性試驗發(fā)現(xiàn)問題分析

注漿是提高回填體整體性、減少工后沉降的重要工藝，注漿質(zhì)量優(yōu)劣直接關系到工后沉降的發(fā)展，嚴格的工后沉降要求要有較高的注漿合格率。規(guī)范要求注漿結(jié)束后要對注漿效果進行檢測，現(xiàn)場采用取芯法驗證注漿效果，要求注漿鉆孔結(jié)石率大于90%，并抽取注漿芯體加工成標準巖石試件，進行單軸抗壓強度測試，試件強度等級不低于C20。為保證注漿可靠性，首先進行了注漿工藝性試驗研究。

4.3.1 注漿工藝性試驗中發(fā)現(xiàn)問題

在回填厚度為47 m的洞砟層上部20 m、隧道結(jié)構外側(cè)21 m范圍進行注漿，存在周邊區(qū)域跑漿、不易形成止?jié){墻等問題，導致注漿工藝性試驗發(fā)現(xiàn)了諸多問題，注漿鉆孔結(jié)石率大于90%的合格點僅達到80.7%。通過取芯驗證和基礎承載力試驗檢測發(fā)現(xiàn)主要缺陷問題，各注漿缺陷頻率如表2所示。

表2 各注漿缺陷頻率表

由表2可以看出： 注漿工藝性試驗中累計發(fā)現(xiàn)注漿缺陷60處，其中空洞缺陷46處，占總數(shù)的76.7%，是最主要的缺陷問題。為了進一步把握問題現(xiàn)狀，找出問題癥結(jié)，將注漿范圍分為不同注漿區(qū)域，其中周邊區(qū)域?qū)挾葹? m，次周邊區(qū)域?qū)挾葹? m。注漿范圍分區(qū)示意如圖11所示。對注漿空洞缺陷按照不同區(qū)域邊線的距離進行分區(qū)統(tǒng)計，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯觯?周邊區(qū)域注漿空洞缺陷發(fā)生41次，占總?cè)毕輸?shù)的89.1%。

圖11 注漿范圍分區(qū)示意圖

表3 注漿空洞分布位置統(tǒng)計表

4.3.2 注漿缺陷原因分析

由表3可以看出： 空洞主要出現(xiàn)在周邊注漿區(qū)域，由此可以得出影響注漿合格率的主要缺陷為周邊區(qū)域空洞。針對注漿施工過程深入分析，找出了造成周邊孔注漿空洞的8條根本原因： 施工控制技術差、注漿泵額定壓力小、未摻加緩凝型減水劑、水泥品種選擇不合適、周邊止?jié){墻成型差、注漿孔間距大、注漿管出漿孔間距大、單孔注漿結(jié)束標準不正確。通過逐一要因確認發(fā)現(xiàn)，周邊止?jié){墻成型差是造成缺陷的最主要原因。周邊止?jié){墻之所以成型差，是因為注漿區(qū)的開敞范圍較大，隧道主洞左側(cè)至洞壁存在較大距離，注漿液凝固不及時將會向外擴散，導致空洞出現(xiàn)，而隧道主洞右側(cè)為主溶蝕通道開口區(qū)，跑漿量更大，更難形成封閉止?jié){墻。

4.4 注漿材料及注漿工藝優(yōu)化調(diào)整

針對周邊止?jié){墻成型差提出2條解決方案： 1)區(qū)域周邊開挖澆筑混凝土止?jié){墻； 2)區(qū)域周邊注漿形成止?jié){墻。因注漿深度較大，回填體均為洞砟回填，較小尺寸開挖難以實現(xiàn)，經(jīng)分析討論最終選擇區(qū)域周邊注漿形成止?jié){墻的方案，對注漿材料及注漿工藝進行調(diào)整，并制定了以下解決措施。

4.4.1 改進注漿漿液類型，加快漿液凝固，減少擴散

普通水泥單液漿凝固時間為50 min，較長的凝固時間意味著較大的擴散半徑，加快漿液凝固速度，減少漿液擴散即可用較少的漿液更快更好地形成止?jié){墻?，F(xiàn)將注漿材料由水泥單液漿優(yōu)化為水泥-水玻璃雙液漿，水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水，保證漿液的和易性和可注性，這樣可以加快漿液凝固速度，減少漿液流失。根據(jù)漿液配合比試驗確定水泥漿∶水玻璃(體積比)為1∶0.6時，水泥-水玻璃雙液漿后漿液初凝時間均在5 min以內(nèi)，這樣不僅使?jié){液的凝固時間縮短,而且水玻璃的用量也大大減少。

4.4.2 優(yōu)化注漿工藝，多次注漿形成止?jié){墻

傳統(tǒng)的鋼花管注漿工藝在一次注漿后鋼花管將被注漿漿液填滿，不能進行二次注漿，若再次注漿則必須重新鉆孔[15]。袖閥管注漿工藝通過孔內(nèi)封閉泥漿、單向密封袖閥管、注漿芯管上的上下雙向密封裝置減小了不同注漿段之間的相互干擾，降低了注漿時冒漿、串漿的可能性，能較好地控制注漿范圍和注漿壓力，而且還可進行同一注漿段的重復注漿。

根據(jù)施工現(xiàn)場要求，周邊加密區(qū)止?jié){墻注漿孔深20 m，單孔袖閥管注漿分3次進行。第1次注漿： 按照每注漿段50 m3漿液定量注入。第2次注漿： 每段注漿量達到50 m3或注漿機出口壓力達到0.5 MPa停止注漿。第3次注漿： 注漿機出口壓力達到1 MPa且注漿速度不大于10 L/min時說明周圍密實，即可結(jié)束注漿。

4.4.3 優(yōu)化注漿流程，多孔同時注漿減少漿液流失

由于回填體為加工回填洞砟，回填體內(nèi)部孔隙較大，注漿所用時間過長將會導致漿液擴散流失過多，影響注漿效果。針對回填體孔隙大的問題，采用多孔同時注漿的方法，這樣可以使?jié){液在短時間內(nèi)充滿孔隙，減少漿液擴散流失。

4.4.4 改進袖閥管出漿口布置，定向注漿

在回填體注漿加固時，止?jié){墻的作用是圍住注漿區(qū)域，防止?jié){液向外擴散，所以止?jié){墻并不需要太厚，只需要將中間注漿孔的漿液約束在注漿范圍內(nèi)即可。傳統(tǒng)的袖閥管出漿孔是朝向各個方向的，這樣就會導致注漿時厚度方向的漿液過多，影響止?jié){墻的施工速度。

根據(jù)現(xiàn)場需要，將傳統(tǒng)袖閥管進行改進，取消厚度方向出漿孔，只保留長度方向出漿孔，厚度方向只靠漿液擴散即可滿足止?jié){墻需要，這樣可以提高止?jié){墻形成的速度和質(zhì)量，加快施工進度。

4.5 最終注漿效果檢測評定

經(jīng)過以上注漿工藝優(yōu)化后，洞砟層上部20 m、隧道結(jié)構外側(cè)21 m范圍內(nèi)注漿合格率大幅提升，注漿結(jié)束后采用地質(zhì)雷達[16]結(jié)合取芯法同時進行檢測驗證。取芯孔數(shù)按不小于注漿孔數(shù)的5%進行鉆孔檢查。結(jié)合地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)分析及芯樣漿液充填情況直觀判斷注漿效果。共檢查注漿孔210點，鉆孔結(jié)石率超過90%的注漿孔195點，合格率為92.9%，遠大于80.7%。不合格的鉆孔仍多發(fā)生在周邊注漿區(qū)，對此進行了二次補漿處理，直至全部合格。通過抽檢部分取芯的試件看，試件單軸抗壓強度普遍高于25 MPa，基本達到C20強度要求。通過現(xiàn)場的注漿效果證明，采取上述注漿優(yōu)化工藝方案是可行的。

5 超厚回填體沉降監(jiān)測

高山隧道巨型溶洞超厚回填路基上部注漿施工完成后，隨著時間的延長與后期施工的作用，常會出現(xiàn)路基的整體沉陷與局部沉陷，特別是填挖方接頭處路基沉陷尤為突出。對于高山隧洞巨型溶洞，洞砟路基厚度為30～55 m，底部堆積體為37～66 m，工后沉降將十分明顯。為保證溶洞處理后鐵路運營正常，本項目在后期的施工過程中對回填體表層沉降進行在線監(jiān)測，表層沉降值為隧道中線沉降、級配層上邊線沉降和級配層下邊線沉降的平均值。匯總2017年9月1日至2019年1月1日回填體表層累計沉降數(shù)值，結(jié)果如圖12所示。

圖12 回填體表層累計沉降曲線

將圖12監(jiān)測曲線分為2018年8月前(回填期)和2018年8月后(結(jié)構施作期)2部分，分別對2組數(shù)據(jù)進行曲線回歸，結(jié)果如圖13所示。回填體表層在2018年8月前(回填期)內(nèi)受級配碎石層和回填體注漿加固的施工影響，沉降在緩慢增加，但是沉降速率在逐步下降；到了2018年8月后(結(jié)構施作期)，回填體表層沉降逐漸趨于穩(wěn)定。自溶洞回填體級配碎石層完成后至2018年8月，回填期內(nèi)平均沉降量為-211.68 mm；2018年9月隧道二次襯砌封頂后至2019年1月，結(jié)構施作期內(nèi)隧道底板平均沉降量為-9.7 mm。通過回填體表層沉降趨勢圖并預算回填體最終沉降量小于250 mm，表明采用"洞砟回填+上部注漿"加固方式處理溶洞技術可行，沉降可控。

(a) 2018年8月前沉降趨勢圖

(b) 2018年8月后沉降趨勢圖

6 結(jié)論與體會

1)黔張常鐵路高山隧道高位斜穿巨型溶洞，溶洞體積超過100萬m3，綜合比選后采用"回填洞砟+上部注漿"加固的溶洞處置方案。溶洞空腔回填深度最大約47 m，洞砟回填厚度大，且回填過程中無法壓實，在經(jīng)濟合理的前提下，為了提高回填體整體性及控制回填沉降，回填至標高750 m時對回填體上部20 m、隧道結(jié)構外側(cè)21 m范圍進行注漿加固處理。

2)針對如何實現(xiàn)超厚回填體上部注漿加固問題，在理論分析的基礎上進行了上部回填體注漿加固設計，周邊加密區(qū)采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿中間區(qū)采用普通水泥單液漿，注漿時按照先周邊、后中間，跳孔分序進行的順序進行注漿，注漿時按照定量、定壓相結(jié)合的原則進行注漿控制。通過數(shù)值模擬分析了注漿效果，分析表明注漿體一方面通過填充回填洞砟孔隙增加了上部荷載，起到了堆載壓密效果；另一方面有效隔離了列車動載向下傳遞，防止回填體工后擾動沉降。

3)在注漿施工檢測過程中發(fā)現(xiàn)注漿加固存在缺陷，針對注漿施工過程深入分析、排查發(fā)現(xiàn)周邊止?jié){墻成型差是造成注漿缺陷的最主要原因。經(jīng)討論選擇區(qū)域周邊注漿形成止?jié){墻為主要解決方案，并通過改善水泥漿類型、優(yōu)化注漿工藝和流程、改進袖閥管出漿口布置等措施實現(xiàn)了封閉范圍內(nèi)密實注漿加固，最后采用地質(zhì)雷達結(jié)合取芯法同時進行檢測，表明注漿效果良好。深厚回填體上部注漿施工完成后在回填體表層進行了沉降在線監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果表明采用"洞砟回填+上部注漿"加固方式處理溶洞技術可行，沉降可控。