充填黏土型巖溶隧道隧底加固技術研究

李海濤

(中國建筑第八工程局有限公司 上海市 200112)

0 引言

交通設施建設中溶洞困擾著國內外學者和工程人員。巖溶問題通常伴隨著巖溶水、巖溶裂隙和巖溶洞穴等問題[1]，如果處置不當，引起的后果輕則施工進度緩慢、人力物力浪費，重則對施工人員生命安全造成威脅，所以積極開展關于巖溶地區隧道施工的安全技術研究與施工要點分析，對于工程的安全建設具有重大意義[2]。

目前國內外許多學者，也都結合工程實際對巖溶問題進行分析，馬鳳山等[3]結合金川二礦區開采實際，采用數值模擬軟件對充填礦山開采時的受力特征，得出在開采過程中山體會出現整體變形，并確定了破壞失穩的危險區域；張小剛等[4]采用數值模擬及現場試驗相結合的方法，對深井軟巖巷道的穩定性及支護方案進行了研究，提出了“錨網+噴射混凝土+鋼支架支護”的復合支護技術，經現場驗證，采用該復合支護方案能夠有效控制軟弱破碎圍巖巷道的變形破壞；王睿等[5]通過對礦山的地質特征進行分析，提出了一種在該地質條件下的施工技術，并給出了相應的非線性計算方法；柳軍修等[6]基于FLAC3D提供的本構模型二次開發平臺，并通過上海結構性黏土K0固結三軸不排水剪切試驗模擬驗證該模型的合理性，還在此基礎上分析黏土結構性和膠結吸力對地表沉降的影響；還有部分學者通過有限元軟件對溶洞充填物的強度和變形性質進行了分析[7-8]。

結合上述結論發現，不同工程的溶洞加固方法也不盡相同，故對于不同的工程采用相同的加固方法會存在一定的偶然性，從而給工程施工帶來隱患。因此，有必要對隧道的充填溶洞加固技術進行研究，給出合適的加固方案。

1 工程概況

1.1 工程簡介

安六高速大用隧道地處貴州省六枝～黃桶區間，屬于雙線鐵路隧道，左、右線間距約4.6 m，最大埋深約130 m。地形起伏較大，平緩地帶植被較少，土體穩定性一般。

1.2 溶洞發育特征

大用隧道出口DK38+260～+345段隧道底部溶洞發育，隧道穿越一大型溶洞，隧道的內軌頂面標高為1333.4～1332.6 m，進口端DK38+293～DK38+304段有部分灌注樁下的溶洞發育較深，給施工帶來諸多困難；隧頂以上20～25 m為充填軟黏土的溶洞，再向上25 m至地表處為空溶腔；隧道右側邊墻至溶洞邊緣寬約38m，左側邊墻至溶洞邊緣寬約27 m。隧道下方充填物為黃褐色及黑色軟塑狀黏土，充填厚度約20～30 m，隧道上方充填物以灰黃色、黃色黏土夾塊石為主，土質松散，充填厚度約20 m。兩種地層的分界線標高約1300 m。

隧底補勘芯樣巖石強度大部分在35.9～63.7 MPa之間，最高可達106.8 MPa。雨季隧道內涌水量較大。具體情況如圖1所示。

圖1 溶洞形態圖

2 隧底巖溶整治技術特點

2.1 袖閥管注漿加固

首先采用鋼制袖閥管對隧底進行加固，袖閥管應向下延伸至底部溶洞下方至少1 m處，其目的是為了對隧底的串珠狀溶洞進行加固，防止施工期和運營期的上部荷載對隧底溶洞的擾動，形成二次破壞。袖閥管具體布置圖如圖2所示。

圖2 袖閥管平面布置示意圖

2.2 旋噴樁加固

袖閥管施工完成達到設計強度之后，需再使用Φ500mm旋噴樁對隧道穿越的大型充填溶洞進行加固，加固范圍是DK38+290～DK38+330，旋噴樁由隧底鋪砌底面或已開挖樁體孔底進行旋噴加固，加固深度應到達第一層溶洞底以下50 cm基巖內或嵌入袖閥管加固區50 cm，其目的是保證隧道在全充填溶洞內的穩定性，防止因隧道下部失穩帶來的人員危險和隧道破壞。旋噴樁具體布置圖如圖3所示。

圖3 旋噴樁平面布置示意圖

3 施工工藝及操作要點

3.1 施工工藝流程

袖閥管注漿加固施工工藝流程圖如圖4(a)所示，旋噴樁加固施工工藝流程如圖4(b)所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.2 袖閥管注漿加固

根據鉆探結果確定溶洞的范圍，對隧道下方的溶洞進行加固，采用袖閥管對隧道穿越的大型充填溶洞與下方串珠狀溶洞進行加固。袖閥管呈1.0m×1.0m間距布置、梅花型布置，袖閥管深入串珠狀溶洞底部基巖不小于1.0m。

3.2.1袖閥管注漿工藝

(1) 鉆孔直徑為Φ146mm，鉆孔垂直度誤差小于1%。

(2) 采用Φ76mm×6mm鋼制袖閥管，袖閥管>采用鋼管特質加工，管口應加蓋或其他方式保護，管底封閉。在每圈射漿孔兩側各置一個管箍，采用Φ6mm鋼筋加工，與袖閥管連接處采用焊接連接。

(3) 袖閥管注漿采用探灌結合的施工方法，即施工中利用鋼制袖閥樁鉆孔進一步探明溶洞位置及其邊界等，當發現與本設計不一致時應及時提出，以便處理，確保安全；施工過程中應時時關注注漿壓力，當壓力過大時，應調整注漿工藝，間歇注漿，并及時報告相關單位，以便處理。

(4) 袖閥管應盡量安裝在孔中央，下管到位后，在管體與鉆孔壁間灌注套殼料。

(5) 同一排注漿孔應采用間隔跳躍式注漿，注漿完成后應采用水泥漿堵口。

3.2.2設計參數

根據注漿部位的不同，應當進行現場實驗對注漿壓力進行動態調整。

3.2.3施工順序

奇偶跳開，跳槽間隔施作，跳孔進行，特別應注意先進行兩側注漿，在進行中部注漿，以最大限度限制漿液流失。其中外側孔應低壓、緩凝壓注水泥漿。

3.3 旋噴樁加固

(1) 旋噴樁直徑500mm，間距1.0m×1.0m、交錯布置。

(2) 旋噴樁從隧底鋪砌面或已開挖樁體孔底開始旋噴加固，加固深度應嵌入隧底第一層溶洞底以下基巖50 cm或嵌入袖閥管加固區50 cm。

(3) 樁底1.0 m范圍內需至少反復旋噴一次，以防止樁底與基巖面間銜接不到位。當旋噴樁遇到塊石或者需要穿過基巖時，先采用Φ89地質鉆孔開孔至設計深度再進行旋噴加固，當遇到軟塑狀黏土夾少量角礫時可直接貫入噴射管進行旋噴加固。旋噴樁平均樁徑d=500 mm，樁體抗壓強度不小于3.0MPa。

(4)旋噴樁中應加入氯化鈣(CaCl2)早強劑，摻入量為水泥用量的0.1%。其目的是為了使旋噴樁施工后能安全且迅速地起到支護和承載作用。

(5) 旋噴樁施工前，應施作廢漿池，避免旋噴樁施工廢漿污染隧道內作業環境。

(6) 施工中應利用旋噴樁鉆孔進一步探明溶洞狀態及填充物性質，若與本圖不一致時應及時提出，以便處理，確保安全。

(7)高壓噴射注漿過程中，由于壓力較大且巖層間的強度存在差異，容易發生串漿的情況，從而影響鄰孔質量，故施工過程中應跳打一孔，一般兩孔間距大于2 m。

4 質量控制

4.1 袖閥管施工質量控制

(1)加固施工完成14d后，應對袖閥管的施工質量進行檢測，檢測應符合以下要求：

①檢測取芯率大于70%。

②抽檢數量不小于總孔數的5%。

③在不同位置鉆孔取芯試驗。

(2)鉆孔巖芯連續性較好，巖芯內基本無縫隙。

(3)為方便實施也可采用根據試驗段確定的透水率絕對值，不宜大于47。

4.2 旋噴樁質量控制

(1)注漿壓力不得小于25 MPa，并且根據現場試驗確定參數進行旋噴，其漿液流量一般不小于30 L/min，提升速度一般控制在0.1～0.25 m/min。

(2)旋噴過程中及旋噴施工完畢后，隧底冒出漿液務必采用人工清除，以免破壞旋噴樁。

(3)施工中嚴格按“先揭示，再判斷，后處理，及時防護、襯砌”的施工過程進行，嚴禁盲目開挖回填。

(4)現場施工過程應逐段進行，加強監測，必要時加設支撐，一旦出現異常，應立即停止施工。

5 結語

(1)對類似發育的溶洞，先采用袖閥管對大型充填溶洞下方的串珠狀溶洞進行加固，后使用旋噴樁對隧道整體進行加固；

(2)通過監測數據來看，該工法的應用保證了施工質量和施工進度，施工全過程處于安全、穩定、快速、優質的可控狀態。

但該工法在施工進度、節約投資等方面還有提升空間。