友誼隧道穿越鹽巖地層修建關鍵技術

李鋒剛

（中鐵二局第二工程有限公司，成都 610000）

1 工程概況

1.1 鹽巖分布

友誼隧道全長9.67 km，設計為單線隧道。隧道老撾境內起訖里程為DK0+000～DK2+425，全長2 425 m，埋深50～243 m，在施工過程中遇到了鹽巖地層（縱面圖見圖1），長約1 km，地層主要成分是鹽巖、泥巖和石膏（局部）。鹽巖呈條帶狀、塊狀、脈體狀、層狀等形態產出，局部鹽巖質量分數為50%～80%，呈厚～巨厚層狀產出，為白色、棕紅、棕褐色，夾雜深灰色砂泥巖碎塊及泥質，質地較硬。

圖1 友誼隧道鹽巖段縱斷面

1.2 鹽巖危害

鹽巖地層主要成分為石鹽，夾部分泥灰質、硬石膏角礫。石鹽巖屬氯鹽類鹽巖，具有低孔隙率、低滲透性、蠕變等特殊性質，易溶于水，鹽巖塊體侵蝕性試驗得到環境條件為H2、Y3、L3（H2 為化學侵蝕環境的作用等級；Y3 為鹽類結晶破壞環境的作用等級；L3 為氯鹽環境的作用等級），極易產生腐蝕作用。總體來說鹽巖具有強腐蝕性、強溶解性、膨脹性。由于石鹽巖的特殊性，導致已施工段落出現襯砌開裂、仰拱底鼓、隧底基底空腔、鋼筋銹蝕等問題。

2 鹽巖段特殊設計

采用圓形結構斷面；采用多重支護、多重防水、圍巖徑向注漿等措施，防止地下水滲入，在隧底進行加深換填并設置阻水榫，抑制地下水縱向流動；采用耐腐蝕性混凝土、環氧樹脂鋼筋，提高結構抗腐蝕能力[1]，鹽巖段襯砌斷面圖如圖2 所示。

圖2 鹽巖段襯砌斷面圖

1）在初期支護與二襯之間增設隔水層結構，構建初支、隔水層、二襯三重支護體系。初期支護：C30 早高強噴射混凝土；隔水層：C35 聚合物混凝土；二次襯砌：C40（國內段C50）耐腐蝕性抗滲混凝土[抗滲等級不小于P12；混凝土膠粒材料的抗蝕系數（齡期56 d）不得小于0.8，抗硫酸鹽結晶破壞等級（齡期56 d）不小于KS150，56 d 電通量應小于1 000 C，氯離子擴散系數（齡期56 d）應不大于3×10-12m2/s]。

2）在隔水層兩側分設EVA 防水板反粘式防水板，施工縫采用中埋式橡膠止水帶。隔水結構與二襯施工縫錯開設置，縱向錯開距離不小于1 m，環向不小于2 m。

3）地下水較發育地段對隧底采用長5 m、φ42 mm 花鋼管注漿（防腐涂層），間距1 m×1 m，原則上采用普通水泥漿，當可注性差且仍有漏水時，現場可補注超細水泥漿，水灰比為0.3～0.5。拱墻初支表面有明顯漏水部位，采用局部徑向注漿堵水，孔深5 m，間距1 m×1 m，孔口管采用長1 m、φ42 mm鋼花管，注漿參數與隧底注漿一致。對其余洞段含鹽量低于50%段落拱墻范圍及含鹽量高于50%段落全環范圍進行初支背后回填注漿，采用長0.5 m、φ42 mm 鋼管，拱墻間距1.5 m×1.5 m，隧底間距1.0 m×1.0 m，采用普通水泥漿。

4）在鹽巖段每個50 m 設置一處阻水榫，另外，在鹽巖與非鹽巖接觸帶、地下水變化較大處、斜井與正洞交叉口等地段設置阻水榫，抑制地下水在鹽巖段的自由流動。

5）二襯鋼筋采用環氧樹脂鋼筋，避免鋼筋腐蝕。

3 鹽巖段施工組織

遵循“以開挖為龍頭，后續工序平行作業”組織施工，19 道工序分開挖支護區、注漿區、隧底結構作業區、拱墻結構作業區4 大區域，12 個作業區段組織流水作業，作業區合計長度約220 m。鹽巖段施工工序組織如圖3 所示。

圖3 鹽巖段施工工序組織示意圖

4 施工關鍵技術

4.1 抗滲耐腐蝕性混凝土制備

4.1.1 混凝土配合比

C30 噴射混凝土采用無堿速凝劑和復合摻和料技術。C35隔水層采用聚合物混凝土。C40 二次襯砌采用低水化熱、礦物摻合料、補償收縮技術。

4.1.2 性能數據

1）C30 噴射混凝土。摻入了增強料的C30 噴射混凝土更密實、混凝土回彈率更小、抗滲性能更好；初凝時間快、早期強度更高，后期強度增長更有保障、總堿含量和三氧化硫含量更小。C30 噴射混凝土技術指標對比見表1。

表1 C30 噴射混凝土技術指標對比表

2）C35 隔水層混凝土。聚合物乳液在水泥漿與集料間形成具有較高黏結力的膜層，進而堵塞砂漿內的孔隙，所以，聚合物C35 混凝土更密實，抗滲性能更好；聚合物C35 混凝土中的早期水化速度較低，產生的水化熱也較低，降低了溫度裂縫產生的可能性，后期強度和普通C35 強度基本一致。普通C35 混凝土氯離子擴散系數（56 d）指標遠低于設計要求，電通量數據也明顯劣于聚合物C35 混凝土。C35 隔水層混凝土技術指標對比見表2。

表2 C35 隔水層混凝土技術指標對比表

3）C40 二襯混凝土對比。由于使用低熱水泥和膨脹劑，混凝土水化熱得到降級，減少了溫度裂縫的產生；后期強度增長明顯，加入膨脹劑減少混凝土收縮，對抗滲、氯離子擴散、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標有明顯的改善和提高。通過對比數據發現：普通C40 混凝土氯離子擴散系數（56 d）指標達不到設計要求，同時電通量數據也劣于低熱混凝土。C40 二襯混凝土技術指標對比見表3。

表3 C40 二襯混凝土技術指標對比表

4.2 圓形深仰拱多層結構施工

4.2.1 自行式移動長棧橋和全封閉模板

為確保圓形深仰拱澆筑質量，并實現隧底結構多工序平行作業，提高施工效率，研發65 m 長自行式移動長棧橋，并配置兩套全封閉模板（1 套用于隔水層澆筑、1 套用于仰拱澆筑），模板上設進料振搗窗。

隧底隔水層和仰拱澆筑高度約4～5 m，澆筑過程中采取如下措施抗浮：模板前端使用拉桿、后端配重，同時由巖面打設鋼筋安放斜撐；控制混凝土坍落度和澆筑速度，左右對稱澆筑。

4.2.2 隧底施工工藝流程

隧底結構包括初支、注漿、一層防水、隔水層、二層防水、仰拱、填充等，部分段落還需施工阻水榫。

4.3 綜合監測技術

監測內容主要包括結構應力監測、初支背后水壓及結構隔水效果監測、巖鹽侵蝕發展過程監測、溶蝕空洞監測。監測設備采用壓力傳感器、混凝土應變計、鋼筋計、孔隙水壓力計、地下水探頭、腐蝕監測傳感器、光纖測線等。監測按長期考慮，監測周期暫定10 a，運營期監測數據采集均由計算機自動采集。

5 結語

友誼隧道鹽巖段含鹽量高達80%以上，成巖環境特殊且主要成分為石鹽、石膏，施工難度極大，國內外罕見。根據研究和現場總結初步得出以下結論：

1）鹽巖具有強溶解、強腐蝕、膨脹性等工程特性，對工程危害極大。

2）采取圓形斷面、多重支護、多重防水、隧底換填、阻水榫和富水地段注漿堵水等措施能夠有效降低隧底鹽巖病害，新施工段的襯砌結構未發生開裂和變形，確保了友誼隧道的施工及運營安全，取得了良好的效果。

3）提高混凝土密實度、添加耐腐蝕劑、增加隔水層以及采用環氧樹脂涂層鋼筋等綜合防腐措施能夠提高結構防腐蝕能力，降低因鹽巖的溶解、結晶膨脹、侵蝕對鋼筋混凝土結構的危害。

4）目前只對鹽巖地層隧道的修建技術進行了研究和實踐，在鐵路運營期間鹽巖侵蝕環境作用下襯砌背后圍巖壓力的分布規律對隧道結構的影響問題需要進一步探討研究。