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摘要：在喀斯特地質(zhì)條件下，以新建黃織鐵路大山隧道的巖溶治理為例，介紹了該隧道施工過程中，采取管棚結(jié)合小導(dǎo)管、高壓注漿、樁基托粱結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土板等技術(shù)措施順利地穿越了巖溶發(fā)育地段，為類似條件下隧道的施工，提供了可參考的案例。...

大山隧道巖溶治理淺談

張朝強

(貴州安順市普定中軸大道黃織鐵路工程指揮部，貴州安順562lOO)

1.工程及施工簡介

    黃桶至織金線站前工程為單線I級鐵路，其中大山隧道全長60m，起訖里程DK34+400～DK35+000，隧道范圍內(nèi)出露為弱風(fēng)化(W2)，灰?guī)r(C3mp)、灰、深藏色，中一厚層狀，節(jié)理較發(fā)育．表層0～2 m強風(fēng)化(W3)以下弱風(fēng)化(W2)，巖溶較發(fā)育。受構(gòu)造影響褶曲發(fā)育，巖層較為破碎；隧道施工選擇從出口進洞，開挖至DK34+805處時發(fā)現(xiàn)一溶洞。根據(jù)超前地質(zhì)探測，隧道洞身全斷面處于溶洞范圍。溶洞在隧道拱部的跨度約為17m，在隧道底部的跨度約為9m，此處埋深為80m-溶嗣中充填物為軟塑狀黏土含孤石，并有滲水、不穩(wěn)定、易坍塌。溶洞山頂處的原地面已出現(xiàn)塌穴。

2.巖溶處理方案

    2.1隧道巖溶段支護律系

    大山隧道DK34+787一DK34+807段原設(shè)計為Ⅱ級圍巖復(fù)合式襯砌，初期支護措施為拱墻設(shè)置厚5cm的C20噴射混凝土；隧道穿越垂直巷道式巖溶發(fā)育帶，針對溶洞發(fā)育的情況，顯然原設(shè)計支護參數(shù)不能保證處理該溶洞段時不留隱患及現(xiàn)場作業(yè)安全，經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)勘測及設(shè)計荷載檢算，決定DK34+787一DK34+807段隧道采取的結(jié)構(gòu)支護體系為：

    (l)長度為24 m的Φ89長管棚結(jié)合拱部設(shè)置的Φ42小導(dǎo)管對圍巖體預(yù)加固，同時在巖溶范圍內(nèi)采用Il8工字鋼制作拱墻鋼架進行加強支護；

    (2)隧道的拱部及邊墻系統(tǒng)錨桿采用自進式Φ25中空注漿錨桿(邁式注漿錨桿)，并對溶洞范圍內(nèi)的圍巖體進行錨網(wǎng)噴防護；

    (3)拱墻鋼架的基礎(chǔ)位于溶洞范圍，DIK34+805一DIK34+790段隧道底部兩側(cè)邊墻，設(shè)置雙排Φ42注漿小導(dǎo)管，外插角50，縱向間距50cm，上下間距50cm，每根長4m，加固墻角，并在左右側(cè)邊墻底部縱向設(shè)置I18工字鋼，每側(cè)設(shè)4根．將拱墻工字鋼架的基座置于其上，鋼架端部與縱向設(shè)置Il8工字鋼進行焊接固定；

    (4)隧道拱墻的襯砌厚度在Ⅳ級淺埋復(fù)合式襯砌開挖斷面的基礎(chǔ)上加厚50cm，拱墻部分采取C30鋼筋混凝土加強型二次襯砌：

    (5)在溶洞內(nèi)土體及空腔部分，利用沒置的注漿管棚、注漿小導(dǎo)管及自進式中空注漿錨桿，進行壓漿回填加固；

    (6)隧道襯砌的基礎(chǔ)位于溶洞范圍，溶洞充填物主要為軟塑狀黏土夾塊石，經(jīng)現(xiàn)場動力觸探，承載力滿足不了設(shè)計的要求，溶洞下發(fā)育大約5—10m，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，采取“樁基托粱+鋼筋混凝土板”跨越結(jié)構(gòu)，然后在鋼筋混凝土板上施作隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)，溶洞段隧道結(jié)構(gòu)支護體系如圖1。

    2.2具體處理情況

    2.2.1超前圍巖體預(yù)加固

    為保證隧道施工安全，確保成功穿越溶洞區(qū)域,決定采取長短管相結(jié)合進行超前圍巖體預(yù)加固。在隧道的拱部提前形成承載拱，在DK34+807施作C20混凝土處作長管棚導(dǎo)向墻．導(dǎo)向拱厚l.0m，長l.0m，由上臺階底面開始設(shè)置，水平鉆孔開孔為Φ102mm，采用熱扎無縫鋼花管，外徑89mm，壁厚6mm，長度24m，大管棚外插角1～3。環(huán)向間距50cm，每環(huán)“根，共設(shè)一環(huán)。DIK34+805一DIK34+790段拱部設(shè)置Φ42注漿鋼花管(小導(dǎo)管)，外插角45。環(huán)向間距50cm，1.8m一環(huán)，每根長4m，每環(huán)24根。

    (1)長管采用鉆進法施工，鉆機平臺利用鋼管腳手架措設(shè)，平臺滿鋪木板，根據(jù)孔服位置，分層加高鉆機，鉆機平臺搭設(shè)好以后進行鉆孔。鉆孔順序由高孔位向低孔位進行，可縮短移動鉆機與搭設(shè)平臺時間。長管采取跟管翼片式螺旋式鉆機帶動入孔，注漿材料采用l:1水泥漿液，注漿終壓力0.7—1.0MPa，采取一次升壓法進行孔內(nèi)注漿。在終壓力時穩(wěn)定20min，吸漿量無異常變化，即結(jié)束該孔注漿。如出現(xiàn)較大的跑漿，采取間隙注漿經(jīng)分級升壓達到或接近終壓也可結(jié)束該孔注漿。注漿擴散半徑0.4—0.6m，注漿速度30—50L／min。

    (2)短管采取YT28刮風(fēng)動鑿巖機鉆孔．插管時用氣動錘振入，注漿材料采用l:1水泥漿液，注漿終壓力0.45—0.8 MPa，采取一次升壓法進行孔內(nèi)注漿，在終壓力時穩(wěn)定如 min，吸漿量無異常變化，即結(jié)束該孔注漿。如出現(xiàn)較大的跑漿．采取間隙注漿經(jīng)分級升壓達到或接近終壓也可結(jié)束該孔注漿。注漿擴散半徑0.2～0.3m．注漿速度20～30L／mm。

    對長短管注漿效果，可采取分析法、注(壓)永法試驗及開挖取樣等方法進行檢查。

    2.2.2高壓注漿法加固圍巖

    隧道的拱部鹽邊墻系統(tǒng)錨桿采用自進式Φ25中空注漿錨桿(邁式注漿錨桿)，間距l.0m x0.6m，梅花型布置，錨桿長度3.5m，拱墻設(shè)置Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm x 25cm，C20噴射混凝土厚度20cm，對溶洞范圍內(nèi)圍巖體進行錨網(wǎng)噴防護。

    (1)隧道開挖采取分都臺階法掘進，上臺階從兩側(cè)作業(yè)，預(yù)留核心土，開挖進尺0.6m。每次進尺后，立即噴射混凝土初噴封閉掌子面，井對上一榀工字鋼架加設(shè)橫撐，使上導(dǎo)坑封用成環(huán)。然后組織施工注漿錨桿，安設(shè)工字鋼架，進行復(fù)唼。落槽時，左右側(cè)分段開挖，預(yù)留核心土，及時施作注漿錨桿及鎖腳小導(dǎo)管，并順接墻部鋼架與墻角縱向工字鋼固定。

    (2)邁式注漿錨桿。利用、Ytl28型風(fēng)動鑿巖機將錨桿鉆入設(shè)計位置，用快速注漿接頭將錨桿尾端注漿泵相連，啟動灰漿攪拌機，將水泥加入到攪拌機中進行加水?dāng)嚢琛�攪拌均勻后，輸入壓漿泵，壓漿時要保持壓漿高壓管順直。壓漿量根據(jù)壓漿泵壓力的大小或根據(jù)灰漿攪拌機的消耗速度確定。壓漿完畢后，立即安裝好止?jié){塞，再進行錨固，將拱形墊板套在錨桿外露部分，與地表或巖層密貼，在墊板外上好球形螺帽。注漿材料采用4:1水泥較稀漿液．注漿終壓力3—5 MPa，采取一次升壓法進行孔內(nèi)注漿，在終壓力時穩(wěn)定20 rain．吸漿量無異常變化，即結(jié)束該孔注漿。如出現(xiàn)較大的跑漿，采取間隙注漿經(jīng)分級升壓達到或接近終壓也可結(jié)束該孔注漿。注漿有效擴散半徑0.6—0.7 m。

    (3)高壓注漿的效果。現(xiàn)場局部開孔取芯檢查，發(fā)現(xiàn)士石被擠壓緊密，水泥漿液呈脈狀、線狀、斜面狀，空洞處呈塊狀。證明通過邁式錨桿高壓注漿，使較稀漿液克服圍巖的初始應(yīng)力和抗拉強度,將漿液壓^弱透水性的土夾石地層中，同時使圍巖原有的裂隙和空隙張開。在圍巖中形成局部高壓力區(qū)將周圍土體擠密，起到了對松散土夾石圍巖體重新牢固牯接在一起的“造巖”作用。

    2.2.3監(jiān)控量測

    2.2.3.l監(jiān)控量測的目的

    隧道現(xiàn)場監(jiān)控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖和支護、襯砌受力狀態(tài)的量測。現(xiàn)場監(jiān)控量測是監(jiān)視圍巖穩(wěn)定，判斷支護、村砌結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，施工方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經(jīng)濟效益的重要條件；為工程變更提供科學(xué)依據(jù)。它貫穿隧道施工的壘過程。

    2.2.3.2 監(jiān)控量測的項目和數(shù)據(jù)分析

    根據(jù)規(guī)范、設(shè)計和施工現(xiàn)場的實際情況，主要對該段的周邊收斂和拱頂下沉進行了現(xiàn)場監(jiān)測，現(xiàn)以Ol(34十795斷面處的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

    (1)拱頂下沉。拱頂下沉量測測點，一般布置在拱中和兩側(cè)拱腰，每斷面布置三點。當(dāng)遇到其它障礙時，可適當(dāng)移動位置。采用水平儀、水準(zhǔn)尺、掛鉤式鋼尺配合測量拱頂下沉，精度達1mm砌。詳見圖2。

    (2)周邊收斂。初期支護施做后，用風(fēng)鉆鑿Φ40mm、深200一的孔，用1：1砂漿填滿再插入測點固定桿，盡量使測點固定方向在同一豎直斷面內(nèi)，待砂漿凝固后即可進行量測工作。采用WPm一3型收斂計監(jiān)測，量測精度0 1 mm。同樣可得到圖4所示的DK34+795斷面周邊收斂回歸分析曲線圖。

    通過對實測值和回歸分析曲線圖的分析，可以分階段指導(dǎo)隧道施工。

    2 2.4襯砌主體結(jié)構(gòu)處理

    隧道襯砌的基礎(chǔ)位于溶洞范圍，溶洞充填物主要為軟塑狀黏土夾塊石。經(jīng)現(xiàn)場動力觸探，本工程承載力滿足不了設(shè)計的要求，溶洞下發(fā)育大約5～10 m，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，采取“樁基托粱+鋼筋混凝土板”跨越結(jié)構(gòu)。托梁結(jié)構(gòu)斷面為2.0 m xl.8 m(寬x高)，設(shè)置4根孔樁基礎(chǔ)支撐托粱，孔樁截面尺寸為1.5 m×1.75 m．樁長6 m。托粱兩端延伸作用于完整基巖長度2.5 m，上置鋼筋混凝土板，厚度為l.2 m，在鋼筋混凝土板上施作隧道二次襯砌。

    (1)樁基托粱結(jié)合鋼筋混凝土板。用l20工字鋼搭設(shè)棧橋，將樁基開挖的機具設(shè)備運送到位。孔樁基礎(chǔ)入巖石(W2)不得小于2 m，成孔后及時制作鋼筋澆筑樁身混凝土．待樁身棍凝土達到設(shè)計強度的75％時，將隧底溶洞內(nèi)的充填物局部清除降低至托粱底下2 m，然后利用孔樁身上的預(yù)埋件搭設(shè)托架支撐模板澆筑托粱，最后分段澆筑鋼筋混凝土板。

    (2)二次村砌。鋪設(shè)隧道防水層，井在鋼筋混凝土板上施作隧底填充混凝土及矮邊墻后，襯砌鋼筋安裝完畢，將全斷面液壓模板襯砌臺車就位后。由拌和站集中拌制，輪式混凝土攪拌運輸車運送混凝土至現(xiàn)場，泵進混凝土，用附著式振搗器和插入式搗固器聯(lián)合搗固密實，分段完成該溶洞段隧道襯砌結(jié)構(gòu)。

3.結(jié)束語

    大山隧遵出現(xiàn)的巖溶現(xiàn)象，通過上述施工方案和處理措施已安全、順利施工完畢，施工過程中遇到的各種問題可以得到如下啟迪。

    (1)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報工作是極其重要的。施工中應(yīng)采取長期地質(zhì)預(yù)報(TSP203地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)、紅外測水等)、中期地質(zhì)預(yù)報(采用30一50 m的超前鉆探等)，短期地質(zhì)預(yù)報(加深炮眼等)相結(jié)合的手段，準(zhǔn)確、及時地探明前方地質(zhì)，根據(jù)掌握的地質(zhì)數(shù)據(jù)，在溶洞未揭示前，采取有效的措施，進行圍巖預(yù)加固，可減少施工工期及費用的損失。

    (2)巖溶發(fā)育的區(qū)域施工隧道，穿越可溶性巖層，在隧道洞身不同位置遭遇溶洞是常見現(xiàn)象，處理起來的方法及措施也比較多，總的來說．在施工前，應(yīng)加強地質(zhì)勘測，查明溶洞的分布范圍、類型規(guī)模、發(fā)育程度、充填物及地下水情況，及時正確地制定施工方案。

參考文獻

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[3]段貴安．張勇，華鎣山隧道涌水涌泥、涌砂原因分析與綜合整治措施[J]鐵道建筑技術(shù)，2001(1)：36—39

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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