涌水涌泥巖溶地段隧道多方式互助施工技術

徐立新

(中鐵十九局集團第二工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

1 工程概況

小安隧道全長13 430 m，位于陜西省省界至四川廣元區(qū)間，雙線隧道，線間距4.6 m。隧區(qū)屬于揚子準地臺西北邊緣地帶，位于近東西向的米倉山臺穹西緣，處于北東向與東西向兩構造的結合部位，即龍門山褶皺帶和大巴山褶皺帶的交接地帶[1]，隧道穿越魏家坪逆斷層、孫家溝逆斷層、牛峰包逆斷層和板凳埡逆斷層等4個斷層帶，穿越明月峽背斜、五里村背斜、王家灣向斜3條發(fā)育褶皺帶，地質復雜、巖溶發(fā)育，為高度風險隧道。隧道正常涌水量達62 000 m3/d，雨季最大涌水量可達93 000 m3/d。

2 巖溶狀況及分析

2.1 巖溶狀況

施工過程中，隧道發(fā)生涌水涌泥，將初期支護破壞，之后該處病害持續(xù)發(fā)展，涌水涌泥中偶夾塊石，最大體積近8 m3，突出物中夾雜卵石、圓礫，經分析為該巖溶系統(tǒng)形成過程中碎石、角礫經搬運形成。圖1為涌水涌泥現場照片。

圖1 涌水涌泥狀態(tài)

2.2 原因分析

經過物探和鉆探綜合應用，確定DK355+580～DK355+615段基底分布較深的黏性土充填溶洞，仰拱底面之下最深約23 m；隧周分布不同規(guī)模的充填溶洞和空溶洞，距邊墻最深約16 m。另外基底鉆探揭示在不同深度存在發(fā)育未填充溶洞或溶縫，鉆探揭示高度多在1m之內。通過物質成分來源分析主要為地質歷史時期形成的囊狀溶洞、裂隙，其間充填黏性土，夾碎石、角礫。突出物中偶夾灰?guī)r質大塊石，為溶洞崩塌物。該灰?guī)r層上游出露地表高程比隧道高約500 m，可能形成的高水位和溶洞流塑狀黏性土，會對隧道結構安全造成極大危害。

3 多方式互助施工技術

3.1 方案確定

通過對流體堆積物進行注漿固結，形成反壓體，防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌，加強了隧道內初期支護結構的穩(wěn)定，能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴大的趨勢[2]。為了順利引排三處涌水點的涌水，增加2 386 m泄水洞[3]，通過3號橫通道作為涌水涌泥口的探測平導，進入涌泥口進行溶洞勘查、初期支護背后涌泥體加固，預防涌泥口繼續(xù)突涌，并形成加固體。涌泥口的加固措施完成后，清除隧道內涌泥堆積體，實施隧道基底加固，在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固[4]，在較深的部位采用樁基托梁結構型式進行地基加固[5]。為了將涌水口水量順利排出，在隧道內增加框架涵，通過框架涵將水引排至隧道一側，最后通過泄水洞引排至洞外。圖2為多方式互助施工平面布置示意圖。

圖2 小安隧道多方式互助施工平面布置示意

3.2 實施方案

涌水涌泥巖溶地段隧道多方式互助施工處理在巖溶綜合整治施工中，在確保施工安全質量的前提下，優(yōu)化了各項施工步驟。

3.2.1 洞內堆積體加固

首先是對洞內流體堆積物進行注漿固結，形成反壓體，防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌，加強了隧道內初期支護結構的穩(wěn)定，能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴大的趨勢。圖3為涌泥堆積體加固縱斷面示意圖。

圖3 隧道內涌泥堆積體加固縱斷面示意

(1)對該段淤泥較厚段落先對其表面進行噴射混凝土作業(yè)，厚度15 cm，形成注漿封堵墻。

(2)對DK355+530～DK355+505段淤泥采用φ42小導管注漿固結，導管長度為9 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，導管擴散孔距離小導管端部1 m范圍內布置，擴散孔為φ3 mm，其余部位麻絲環(huán)向纏繞，間距30～50 cm。

(3)注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力不少于3 MPa，保證漿液充分擴散加固流體。

3.2.2 探測平導

由于涌泥體將隧道灌滿填充，從正洞內無法探測DK355+489位置涌水涌泥口巖溶的形態(tài)、地質狀況以及初期支護背后填充形態(tài)，因此，采取探測平導方式[6]，提前揭示涌泥體位置溶洞形態(tài)，并采取加固措施，加固初期支護背后的堆積體。處理完成后將3號橫通道于運營期間采用C15砼封閉處理，泄水洞洞口設置明顯的標牌，防止人員誤入。探測平導施工平面示意圖見圖4。

圖4 探測平導施工平面示意

(1)3號橫通道及探測平導采用4.5 m×5 m(寬×高)斷面型式，主要用于揭示正洞DK355+489附近巖溶空洞情況，并加固初期支護背后的涌泥堆積物。探測平導開挖過程中采取超前鉆探法進行超前地質預報[7]，確保施工安全。

(2)探測平導功能充分利用完成后，施工排水洞。

(3)待泄水洞小里程方向實現順坡排水后，將排水洞接入泄水洞。

(4)3號橫通道襯砌完成后，與正洞交叉口位置進行封堵。

3.2.3 涌泥口側壁超前管棚注漿

3號橫通道探測平導初期支護背后加固完成后，對DK355+489位置涌水涌泥口側壁實施超前管棚注漿措施，加固初期支護背后涌泥體的同時形成涌泥口圍護墻[8]，確保后期主洞內清淤等作業(yè)施工安全，對后期該涌泥口位置的圍巖穩(wěn)定性和初期支護體系都有了較強的保障。涌泥口超前管棚注漿加固示意圖見圖5。

圖5 涌泥口超前管棚注漿加固縱斷面示意

(1)DK355+475～DK355+505段在左側前方打設φ108鋼花管，對DK355+489處輪廓線外塌腔內的流體堆積物和已經灌注的混凝土進行注漿固結處理。

(2)側壁打設φ108鋼花管采用雙排布設，管棚管距0.5 m，雙層排距1.0 m。

(3)注漿采用水泥漿，注漿壓力為2 MPa。

(4)管棚管直接嵌入涌泥口周邊巖壁內，提高其強度及封堵能力。

(5)最后溶腔口封堵，利用預埋的泄水管泄水。

(6)加強監(jiān)控量測頻率。

3.2.4 隧道主洞基底加固

逐步清除隧道內涌泥堆積體，實施隧道基底加固。在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固措施，在較深的部位采用樁基托梁結構型式進行地基加固。地基加固平面示意圖見圖6。

圖6 地基加固平面示意

(1)DK355+520～DK355+585段及DK355+613～DK355+635段隧底主要為巖溶裂隙，采用φ108 mm鋼花管鉆孔注水泥漿充填密實，鋼花管間距4.5 m×2.5 m(橫×縱)。保證穿過裂隙進入基巖1 m，鋼花管注漿孔選擇在填充物深度附近布置，水灰比1∶1，注漿施工前進行現場試驗確定相關參數，考慮確保注漿效果，終壓控制在2 MPa。

(2)DK355+585～DK355+613段共設置16根挖孔樁，樁徑2 m×2 m，樁底確保進入基巖2 m。開挖方式采用人工結合機械開挖，施工過程中嚴禁爆破開挖。橫向兩根樁基上方為橫托梁，共設置8根橫托梁，尺寸為2m×2m×13.92m；橫托梁上方為縱梁結構，尺寸為1.8 m×1.8 m，作為襯砌結構的基礎。

(3)地基加固施工過程中，加強鋼花管底部巖層及注漿效果檢測，樁基部分開挖至孔底后進行地質驗基[9]。

3.2.5 巖溶段仰拱施工

仰拱施工過程中為確保結構安全，樁基托梁部位及時施工橫梁及縱梁，鋼花管注漿加固位置采取逐榀開挖，臨時仰拱緊跟的施工措施[10]。樁基托梁仰拱示意圖見圖7。

圖7 樁基托梁仰拱示意

(1)樁基完成后，迅速組織施工橫梁和縱梁。

(2)鋼花管注漿段仰拱施工。

①逐段清除已經固結的隧道內堆積物，每次開挖長度不超過兩榀鋼架距離，左右交錯進行。

②單側開挖完成后，立即施作邊墻初支鋼架，與原設計鋼架連接，進行掛網噴錨，并預留臨時仰拱鋼架接口。

③縱向長度開挖達到6 m后，立即施工臨時仰拱，臨時仰拱與初支鋼架封閉成環(huán)，澆筑C30混凝土，厚度40 cm。

(3)加強監(jiān)控量測。

①凈空變化和拱頂下沉量測布點應及時進行。

②隧道拱頂沉降點:為減少測量難度和確保觀測人員的安全，拱頂埋設帶有反射膜片的測點，采用全站儀無棱鏡測量；邊墻收斂量測點:各臺階(各分部)可采用反射膜片用全站儀對隧道收斂進行監(jiān)測[11]。

③各測點距作業(yè)面1 m的范圍內盡快安設，且拱頂下沉、收斂量測起始讀數宜在3～6 h內完成，其他量測應在每次施工后12 h內取得起始讀數，最遲不得大于24 h，且在下一循環(huán)開挖前必須完成。

④監(jiān)控量測的頻率應根據測點距作業(yè)面的距離及位移速度按測量頻率表確定。由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距作業(yè)面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值[12]。當出現異常情況或不良地質時，應增大監(jiān)控量測頻率。

4 結束語

本文以實際工程為背景，通過噴射混凝土、超前管棚注漿等方式有效地穩(wěn)定了隧道內堆積體，第一時間封閉了突涌口，增強了初期支護的穩(wěn)定性；利用泄水洞、輔助通道及框架涵等結構快速排除溶洞內積水，加快處理速度；鋼花管注漿及樁基托梁的組合應用，極大地解決了巖溶段隧道地基承載力不足的問題，為隧道施工及運營期間提供安全保障。以上多種處理技術的綜合應用，成功解決了巖溶地段隧道涌水涌泥問題，在今后施工過程中，希望能對類似情況的處理有所幫助。