張志明ZHANG Zhi-ming
(川藏鐵路四川有限公司,成都610081)
蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運通道工程(以下簡稱為“蒙華鐵路”)是中國“十二五”規(guī)劃綱要中的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。蒙華鐵路隧道穿越砂層、黃土、砂泥巖、板巖、花崗巖、灰?guī)r等多種地層以及富水?dāng)鄬印r溶、瓦斯、濕陷性黃土、高地應(yīng)力水平巖層等不良地質(zhì),施工難度大、風(fēng)險高,控制性工程多。蒙華公司在總結(jié)多年來鐵路隧道修建經(jīng)驗和借鑒國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,遵循隧道工程建設(shè)內(nèi)在規(guī)律,結(jié)合蒙華鐵路重載技術(shù)要求和建設(shè)管理機制,通過理論創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新機制,推動隧道設(shè)計、施工管理和技術(shù)進(jìn)步,有效解決了隧道建設(shè)中一些突出的技術(shù)問題。工程安全、質(zhì)量、工期、投資得到合理有效控制。本文主要介紹蒙華鐵路巖溶隧道設(shè)計與施工管理經(jīng)驗[1],以期促進(jìn)隧道技術(shù)進(jìn)步。
蒙華鐵路湘贛指揮部管段巖溶隧道共計14 座,總長21.84km,主要分布于宜春至新余地區(qū)。隧道地質(zhì)以灰?guī)r為主,巖溶發(fā)育,主要形態(tài)有巖溶洼地、溶溝、溶槽、溶洞。施工過程中開挖揭示溶洞多達(dá)57 個,溶洞主要位于隧道拱頂、拱腰、邊墻、隧底,溶洞類型主要為洞穴型溶腔、管道型溶腔、大型富水充填型溶腔、大型干溶洞等,個別隧道巖溶水極其發(fā)育。蒙華鐵路湘贛段巖溶統(tǒng)計見表1。
表1 蒙華鐵路湘贛段巖溶統(tǒng)計表
隧道結(jié)構(gòu)簡單、小型巖溶洞穴的處理,根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況,在四方會議紀(jì)要中明確處理措施;巖溶管道、大型溶洞等地質(zhì)復(fù)雜地段應(yīng)由設(shè)計單位牽頭組織補充勘探[2],施工單位協(xié)助完成,查明巖溶發(fā)育情況后,設(shè)計單位研究處理方案,召開專家評審會,根據(jù)專家意見完善方案,其處理措施在四方會議紀(jì)要中明確,并要求設(shè)計單位出變更設(shè)計圖。
指揮部編制下發(fā)了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質(zhì)預(yù)報管理細(xì)則》、《蒙西華中鐵路岳陽至吉安段巖溶隧道隧底巖溶探測實施方案》及《蒙華公司湘贛指揮部巖溶處理管理辦法(試行)》,成立了以指揮長為組長的巖溶處理管理領(lǐng)導(dǎo)小組,建立了會勘確認(rèn)制度、監(jiān)理旁站制度、抽檢制度、專家咨詢制度。
指揮部成立了以指揮長為組長,總工程師、分管質(zhì)量安全的副指揮長為副組長,工程技術(shù)部、質(zhì)量安全部、設(shè)計單位負(fù)責(zé)人、監(jiān)理單位負(fù)責(zé)人、施工單位負(fù)責(zé)人為組員的巖溶處理管理領(lǐng)導(dǎo)小組。施工單位成立了巖溶施工領(lǐng)導(dǎo)小組,監(jiān)理單位成立了巖溶施工監(jiān)管領(lǐng)導(dǎo)小組,設(shè)計單位成立了巖溶施工配合領(lǐng)導(dǎo)小組,組織機構(gòu)和人員名單報指揮部工程部核備。
湘贛指揮部編制并下發(fā)了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質(zhì)預(yù)報管理細(xì)則》,明確了指揮部負(fù)責(zé)地質(zhì)預(yù)報實施細(xì)則的審批,并對地質(zhì)預(yù)報工作的實施情況進(jìn)行監(jiān)督和檢查。
根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報揭示的巖溶,首先施工單位提出建議處理方案[5],然后指揮部組織四方現(xiàn)場踏勘,設(shè)計單位進(jìn)一步勘察及研究處理方案,根據(jù)巖溶分類及復(fù)雜程度,分別通過四方會勘、專家評審會等形式分級進(jìn)行方案確定,群策群力,充分發(fā)揮參建人員集體智慧,必要時借助專家的力量。
施工前,編制巖溶處理專項施工方案,履行相關(guān)審批程序,組織施工人員進(jìn)行交底、培訓(xùn),現(xiàn)場嚴(yán)格按批準(zhǔn)的方案及交底實施,監(jiān)理單位過程進(jìn)行旁站監(jiān)控。
充分利用信息化手段,采集必要的施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù),實現(xiàn)過程跟蹤管理、動態(tài)控制,地質(zhì)條件發(fā)生重大變化時,及時將情況反饋指揮部,重新組織評估和方案研究。
巖溶處理完成后,由監(jiān)理單位組織采集鉆探或物探驗證資料,開展效果評價,對注漿量大且地質(zhì)復(fù)雜段落的注漿效果,及時組織召開注漿效果評審會。
及時開展巖溶隧道風(fēng)險評估,制定風(fēng)險防范措施,及時實施風(fēng)險防控,建立風(fēng)險預(yù)警機制,從方案決策、管理制度、風(fēng)險識別、技術(shù)應(yīng)對、風(fēng)險規(guī)避5 個方面進(jìn)行管理。
①無充填或半充填型。
程家坊二號隧道出口開挖至DK1761+311 時,發(fā)現(xiàn)拱頂出現(xiàn)一處半填充型溶腔,溶洞大小為7m(環(huán)向長)×5m(縱向長)×9m(深度),呈倒漏斗型[6]。
施工中采取的主要措施:將Ⅲb 型復(fù)合式襯砌變更為Vc 型復(fù)合式襯砌,采用全環(huán)H180 格柵鋼架,拱部增設(shè)5m長φ42 超前小導(dǎo)管。
②充填型洞穴。
程家坊一號隧道施工到DK1760+613 時,拱頂及邊墻出現(xiàn)一處填充型溶腔,充填物為粉質(zhì)黏土夾碎石,無水。經(jīng)探測,溶洞大小為環(huán)向長8m×縱向長1m×深度3m。
施工中采取的主要措施:加強變更為Vc 型復(fù)合式襯砌,拱部預(yù)留混凝土泵送管及Φ50 排水管,待初期支護(hù)穩(wěn)定后對背后進(jìn)行C20 混凝土及水泥漿保護(hù)層回填。DK1761+613 隧道溶洞照片及處治方案見圖1。
圖1 DK1761+613 隧道溶洞處治方案
北山一號進(jìn)口開挖至DK1761+940 時,發(fā)現(xiàn)一處直徑約2m 的不規(guī)則溶腔,通過探測,溶腔高度為拱頂以上約10m,隧底以下約2m;同時掌子面正前方小型溶槽發(fā)育,呈管道狀[7]。
施工中采取的主要措施:襯砌類型增強變更為Vc 復(fù)合式襯砌,拱部超前支護(hù)變更為Φ89 洞身長管棚;拱頂初期支護(hù)背后灌注1~2m 厚C20 混凝土護(hù)拱,設(shè)置徑向錨桿,錨桿長4m,間距1.5m×1.5m,梅花形布置;預(yù)留φ50 注漿管及排水管,待混凝土達(dá)到強度后回填1m 厚水泥漿保護(hù)層。在護(hù)拱背后設(shè)置2 根直徑φ400mm 打孔波紋管,隧底波紋管采用土工布包裹,四周用砂夾碎石回填,其余部份采用C20 混凝土回填。DK1761+940 隧道溶洞處治方案圖2。
圖2 DK1761+940 隧道溶洞處治方案
北山二號隧道進(jìn)口開挖至DK1762+816 時,在上臺階發(fā)現(xiàn)一大型溶洞,溶洞高約25m,距地表最小垂直距離約30m。溶洞長60m,寬度約15m,隧道在DK1762+816~+822段橫穿溶洞。
施工中采取的主要措施:拱部超前支護(hù)變更為φ89洞身長管棚;鋼架由H130 格柵鋼架變更為H150 格柵鋼架;斷面擴大30cm。DK1762+816 溶洞處治方案見圖3。
圖3 DK1762+816 溶洞處治方案
①掌子面富水溶腔。
彭家?guī)X二號隧道DK1774+440~DK1774+470 段發(fā)育充填型溶洞,填充砂礫土,滲水較好,局部為溶洞空腔,巖溶水豐富。
施工中采取的主要措施:洞身采用5m 超前周邊注漿加固,超前支護(hù)采用Φ89 洞身管棚。襯砌類型采用Vc 型復(fù)合式襯砌,施工工法采用臺階法,在每級臺階鋼架接頭連接處增設(shè)一組鎖腳錨管,長度5m。
②隧底富水溶腔。
隧道施工以來,北山二號隧道出口、彭家?guī)X二號隧道進(jìn)口均出現(xiàn)了不同程度的涌水、突水、突泥現(xiàn)象[8],超前預(yù)報揭示隧底出存在多層串柱狀溶洞,且富水。
施工中主要采用的主要措施:Ф89 鋼管樁注漿加固,孔深須鉆至溶洞底板以下1m 以上。
針對蒙華鐵路湘贛段巖溶隧道工程,隧道溶腔采用臺階法開挖,對不同類型的溶腔采用混凝土或注漿回填、超前注漿、超前管棚、預(yù)留排水管,加強襯砌結(jié)構(gòu)等方法,有效的解決了施工難點,為隧道施工積累了豐富經(jīng)驗。有以下幾點體會:
①溶地區(qū)的隧道溶洞如果處治不當(dāng),會給隧道施工和運營帶來各種問題和危害,因此,在巖溶發(fā)育地區(qū)進(jìn)行隧道施工時,一定要進(jìn)行詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報,做到有疑必探、先探后挖、不探不挖。
②施工過程中要做到快決策、快到位、快開挖、快支護(hù)、快封閉。
③風(fēng)險控制要認(rèn)識到位、責(zé)任到位、監(jiān)控單位、獎罰到位、落實到位,并提前做好穿越巖溶溶洞的應(yīng)急預(yù)案,及時進(jìn)行隧道溶洞加固處理,防止突泥和突水的發(fā)生。
④巖溶隧道施工一定要提前配置足夠的排水設(shè)施,盡可能避免涌水淹井,進(jìn)行注漿封堵施工時,嚴(yán)格按照注漿工藝要求,達(dá)到設(shè)計要求。
⑤加強巖溶隧道施工中的管理。建設(shè)指揮部在重大技術(shù)和施工方案的確定方面,以充分調(diào)研和聽取參建各方、有關(guān)專家意見為基礎(chǔ),科學(xué)決策,充分發(fā)揮建設(shè)單位的主導(dǎo)和核心作用。