黔張常鐵路粘土填充型巖溶隧道施工技術

朱瑞擴

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

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黔張常鐵路粘土填充型巖溶隧道施工技術

朱瑞擴

（中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北涿州 072750）

摘要：以黔張常鐵路桑植隧道溶洞處理技術為基礎，闡述粘土填充型巖溶處理方案，總結類似巖溶隧道施工技術，桑植隧道巖溶處理技術在實踐中得到有效驗證，效果明顯，處理得當，處理完畢后通過監控量測數據反映結構已穩定，未出現變形，可為類似巖溶隧道施工提供借鑒。

關鍵詞：巖溶 隧道 施工技術

1　概述

巖溶地質病害是可溶巖山區隧道工程施工中常見的問題，其潛在的危害性極大，具有復雜性、多變性、不確定性、預報準確率較低等特點。施工過程中發生突泥突水，造成人員傷亡、施工設備損壞，嚴重危害作業人員人身安全、影響工期、增加工程投資的工程實例較多，運營期間因巖溶問題造成行車中斷的事情也屢見不鮮。巖溶地質，特別是復雜巖溶問題是國內外隧道施工地質界尚未攻克的技術難題。為安全、快速通過巖溶段，減少特殊地質對工期的影響，需要我們根據不同的地質條件采取不同的施工技術有效快速去處理巖溶問題。

圖1　DK152+255斷面溶洞推斷形態

2　工程概況

黔張常鐵路走行于武陵山區腹地，區域內可溶巖廣布，巖溶及巖溶水是對沿線隧道影響最大、最為突出的工程地質問題。我單位擔負施工的黔張常鐵路QZCZQ-1標段桑植隧道按Ⅰ級風險隧道進行管理，位于湖南省桑植縣上洞街鄉二戶溪村和利福塔鎮之間的中低山區。桑植隧道起訖里程為DK147+276.75～DK152+335，全長5058.25 m，雙線隧道，最大埋深449.5 m，淺埋溝最小埋深4 m。DK151+757.947～DK152+335位于直線段上，其余均位于R=4500的曲線上。洞身縱坡依次為3.5‰/1525m、-8.5‰/600 m、-17.4‰/2923 m。地表可溶巖與非可溶巖的分界處位于DK148+570里程處附近，隧道出口至此為可溶巖段落，設計正常涌水量18 420 m3/d，可能最大涌水量86 258 m3/d，局部地段可能出現高壓溶腔水、突水、突泥現象。自進洞以來，地質情況一直不好，溶洞充填物占多數地段，間或出現一些小規模的溶洞，因此一直采用三臺階臨時橫撐開挖工法施工 ，采用I20型鋼鋼架進行初期支護，超前支護采用了注漿小導管，在洞口30 m還采用了大管棚和徑向注漿加固措施。我單位和設計單位鐵一院共同研究，根據填充物的形態規模、可塑性以及與隧道的位置關系，針對粘土填充型溶洞的特點，在施工中不斷改進總結出了比較成熟的施工經驗。

3　桑植隧道超前地質預報方法

本隧道主要地質問題是巖溶、巖溶充填物及巖溶水，我們采取了監控量測、TSP303超前地質預報、GPR地質雷達、地質素描等措施綜合分析，并采用超前水平探孔和加深炮孔進行驗證，根據探測結果推斷溶洞的規模、形態、填充情況，采取“動態設計、動態施工”的原則，合理、有效的處理巖溶病害。桑植隧道粘土填充型溶洞的形態、發育情況主要依靠超前水平鉆孔和加深炮孔探測出來，為現場施工方案的制定奠定了堅實的基礎。

4　粘土填充型巖溶隧道處理方案

桑植隧道出口正洞上臺階掌子面施工里程至DK152+258，通過超前炮孔探測在線路左側拱腰處有一填充型溶洞，充填物為黃色粘土，當即決定立即停止掌子面掘進，進行超前地質預報，探明溶洞發育規律。根據探測結果判斷填充物為硬塑粘土，溶洞寬約10 m，洞頂往上延伸約4 m，呈不規則形狀，往進口方向發展約25 m。我單位上報業主后，業主組織四方參建單位現場會審，暫定按照V級圍巖支護參數繼續施工，并加強鎖腳錨管及系統錨桿的施工質量。掌子面開挖至里程DK152+241時，現場值班人員發現掌子面后方DK152+250～+260段線路左側上臺階和中臺階連接位置出現縱向裂紋，裂紋呈間斷式斜向分布；DK152+255～+260段線路左側拱腰局部有間斷環向裂紋。監控量測組對變形開裂段進行跟蹤量測，量測數據反應，自2015年5月25日23︰50至5月26日21︰00，DK152+250線路左側拱腰量測點收斂71 mm，DK152+255線路左側拱腰量測點收斂43 mm。隨后，測量班加大量測頻率，每隔4個小時測量一次，至5月27日早晨9︰00，DK152+250線路左側拱腰量測點累計收斂達101 mm，DK152+255線路左側拱腰量測點累計收斂達64 mm。現場采取了臨時加固措施，在原有橫撐的基礎上又增加了臨時斜撐，并對裂縫位置進行噴射混凝土封閉。6月1日、6月4日，分別經參建四方單位會審，確定溶洞填充段初支加固處理方案。

4.1溶洞填充段初支加固處理方案

4.1.1增設Φ42鎖腳錨管加固措施

在DK152+255開始線路左側上中臺階拱腳及拱部巖石與巖土分界左側巖石方向1 m，每榀鋼架增設1組Φ42鎖腳錨管，長度4 m，與鋼架連接牢固，上中臺階處鎖腳錨管與水平夾角30°，拱頂處鎖腳錨管為徑向，鎖腳錨管施工采用砂漿錨桿注漿工藝并灌注M20水泥砂漿，配制M20水泥砂漿時采用中細沙，粒徑不應大于2.5 mm；砂膠比宜為1：1～1：2（重量比），水膠比宜為0.38～0.45。灌漿中途不應停止，直至孔口有漿液溢出，若無漿液溢出應進行補注。

4.1.2采用Φ89鎖腳錨管加固

在DK152+262～+236上、中、下臺階為溶洞填充物段增設Φ89鎖腳錨管，凡鋼架接頭處位于溶洞填充物附近，每榀增設Φ89錨管，嵌入基巖不小于4米，采用M20水泥砂漿錨固與鋼架緊密連接。采用錨桿施工工藝，水平向下30°至45°，上、中、下臺階，共6組12根，打設注漿孔，根部2米以下施作。上、中臺階在原設計每2榀鋼架設1榀臨時橫撐的基礎上，調整為每榀鋼架均設臨時橫撐，并噴射C25混凝土封閉，厚20 cm。下臺階DK152+264～+236段設臨時橫撐，并噴射C25混凝土封閉，厚20 cm。中臺階溶洞充填部位增設I20a型鋼斜撐，并對DK152+250處懸空鋼架進行支撐加固，并進行C25噴混凝土封閉。

4.1.3拱腰Φ89徑向錨管加固措施

DK152+262～+241段位于溶洞填充物附近的鋼架，在上臺階拱腳以上2 m每榀增設一組兩根Φ89錨管，嵌入基巖不小于4 m，鎖腳錨管必須按照砂漿錨桿施工工藝施工。鎖腳錨管應采用M20水泥砂漿【M20水泥砂漿配制應采用中細砂，粒徑不應大于2.5 mm；砂膠比宜為1︰1～1︰2（重量比），水膠比宜為0.38～0.45】灌漿錨固，采用Φ22“L”型鋼筋與鋼架連接，鎖腳錨管與水平線夾角向上45°，注漿時中途不應停止，直至孔口有漿液溢出，若無漿液溢出應進行補注。錨管根部2 m以下設注漿孔，孔間距25*25 cm，梅花型布置，孔直徑6 mm。

4.1.4采取Φ42徑向注漿小導管加固措施

DK152+262～+236段線路左側每榀鋼架兩側設Φ42徑向注漿小導管，長5 m，設置三排，分別位于拱腳以上1 m，拱腳以下1.5 m，下臺階基底以上2 m，注水泥-水玻璃雙液漿。徑向注漿小導管可作為鎖腳錨管保留，并采用Φ22“L”型鋼筋與鋼架緊密連接。

4.2隧底巖溶加固處理方案

4.2.1采用φ89鋼管樁加固措施

DK152+276～+261段溶洞主要位于隧道底部，且仰拱以下巖盤厚度大于2 m，且無充填的空洞較多，采用M10水泥砂漿回填后用φ89鋼管樁復注水泥漿加固。

4.2.2采用φ194鋼管樁加固措施

DK152+261～+255基底溶洞主要位于邊墻附近，仰拱以下巖盤厚度小或無巖盤，全填充，空洞少，采用φ194鋼管樁注水泥漿加固方案。

4.2.3基底墊層加固措施

DK152+261～+255段鋼管樁注漿施工完成后，仰拱開挖時，割除仰拱范圍的樁，樁頂設不小于50cm 厚C20鋼筋混凝土墊層，墊層內設雙層鋼筋網片，鋼筋采用φ16螺紋鋼，間距20 cm*20 cm，架立筋采用φ20螺紋鋼，間距60 cm*60 cm，梅花型布置，樁深入墊層20 cm。

4.2.4鋼管樁加固效果驗證

采取鉆芯取樣驗證鋼管樁注漿效果，因取芯速度較慢，為確保施工安全步距，及時施作仰拱，采取“仰拱先行，預留取芯孔”的方案。

圖2　鋼管樁加固隧底示意圖

DK152+276～+261段仰拱基底基巖厚度在兩米以上，施工仰拱初支、仰拱及填充時在溶洞注漿范圍預留鉆芯孔；DK152+261～+255基底溶洞主要位于邊墻附近，施工50 cm厚C20鋼筋混凝土墊層時在需要鉆芯位置預埋Φ160 mmPVC管，施工仰拱初支、仰拱及填充時將預留鉆芯孔的PVC管引到填充面高度。

DK152+261～+255段線路左側縱向每3 m預留一排檢查孔，每排設置2孔進行鉆芯取樣，1孔位于初期支護墻腳向線路側0.6 m，與豎向夾角為15°，另一孔與第一孔距離為2.5 m，豎直向下；DK152+276～+261段縱向每3 m預留1排檢查孔，每排設置2孔進行鉆芯取樣，施工中根據溶洞位置布置檢查孔，要求檢查孔橫向間距不小于2 m。通過仰拱預留PVC管鉆孔深入基巖不小于1 m，檢查溶洞填充是否密實，鉆芯的密實度不小于90 %，否則通過鉆孔進行補充注漿。

2015年8月24日，該填充型溶洞段最后一節仰拱施工結束，隨后進行取芯驗證加固效果，結果反映滿足設計要求，一次性驗收通過。

5　填充型溶洞處理施工技術小結

桑植隧道出口正洞粘土填充型溶洞處理結束后，通過圍巖監控量測數據反映，對已經完成初期支護的地段均已穩定，未再次發生變形；巖溶段仰拱施工完成后，通過沉降觀測數據反應，一個月內仰拱未發生沉降。說明該填充型溶洞施工技術有效可行，給其他標段類似巖溶問題提供有力的參考依據，也為黔張常鐵路順利開通奠定了基礎。

Construction Technology of Clay Sealing Karst Tunnel On Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway

Zhu Rui-kuo
（No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Zhuozhou 072750 China）

Abstract：This article states the construction technology of clay sealing in Sangzhi karst tunnel on Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway. The practical effect has been fully proved and the structure has been stabilized according to the monitoring and measurement data. Therefore, this contributes to be a model for the construction of karst tunnel.

Key words：karst tunnel construction technology

文獻標識碼：中國分類號：U455A

文章編號：1673-1816（2016）01-0006-04

收稿日期：2015-11-14

作者簡介：朱瑞擴，男，山東省菏澤市成武縣，工程師，本科，研究方向鐵路隧道施工技術。