宋朋超，孫星亮（石家莊鐵道大學(xué)，河北 石家莊　050043）

淺埋巖溶隧道下穿河流段施工技術(shù)

宋朋超，孫星亮
（石家莊鐵道大學(xué)，河北 石家莊050043）

丫口寨隧道處于溶蝕洼地，埋深淺，圍巖差，在下穿明河過(guò)程中易導(dǎo)致隧道上方土體變形量過(guò)大，影響隧道施工。針對(duì)該施工難點(diǎn)并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，提出了河道臨時(shí)改移、河道底施作防水毯與洞內(nèi)采用銑挖法施工、隧道左右兩側(cè)施作旋噴樁墻+洞內(nèi)超前帷幕注漿、地表注漿加固+洞內(nèi)全斷面超前注漿4種方法。通過(guò)綜合比選最終確定采用上游修建擋水圍堰+洞內(nèi)超前帷幕注漿+銑挖法施工+監(jiān)控量測(cè)的方法，實(shí)施效果良好。

巖溶隧道；明河；淺埋；施工方案

1　工程概況

丫口寨隧道位于安順西—關(guān)嶺站區(qū)間，為設(shè)計(jì)時(shí)速350 km客運(yùn)專線雙線隧道。隧道進(jìn)口里程D2K845 +478，出口里程D2K849+975，全長(zhǎng)4 497 m。隧道進(jìn)口緊鄰克地壩陵河特大橋昆明端橋臺(tái)、出口接路基，隧道最大埋深約328 m。

丫口寨隧道通過(guò)區(qū)為巖溶地帶，上部為第四系全新統(tǒng)坡洪積層黏土、松軟土、坡殘積層黏土；下伏基巖為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組三段白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r；三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、白云巖夾泥巖；三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組二段白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥巖夾砂巖、灰?guī)r?？傮w來(lái)說(shuō)，圍巖大多是碳酸鹽等可溶性巖石，承載能力差。

隧道洞身分別穿過(guò)F1斷層、燕子巖斷層、丁頭山背斜及麻龍宮斷層。D2K845+885—D2K845+295段隧道埋深較淺，最小埋深約22 m，且下穿河流。河寬約15～20 m，深1.5～3 m，主要為上游高寨水庫(kù)放水至下游灌溉用，常年有水，水量較大［1］，見(jiàn)圖1。

2　下穿河流段施工風(fēng)險(xiǎn)

1）圍巖差，埋深淺。隧址區(qū)圍巖等級(jí)一般為Ⅴ級(jí)，巖性較差，隧道下穿河流段的最小埋深約為11 m，由《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003—2005）規(guī)定可知，丫口寨隧道為淺埋隧道，施工時(shí)易發(fā)生隧道拱頂沉降和過(guò)大水平收斂，也易引起拱頂沉陷、露頂?shù)裙こ淌鹿省?/p>

圖1　地表明河

2）河流下滲。從工程實(shí)踐中可以看出，水對(duì)隧道施工的影響巨大，尤其是對(duì)巖溶隧道。圍巖遇水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使巖體強(qiáng)度降低，不利于隧道的施工。

3）巖溶。對(duì)丫口寨隧道影響嚴(yán)重的溶蝕形式主要為溶洞和暗河［2-3］。在施工過(guò)程中容易引起突水突泥，影響正常隧道施工，威脅施工人員的安全。

4）工程爆破可能危及當(dāng)?shù)胤课莅踩Ｋ碇穮^(qū)村民房屋大部分抗震等級(jí)不高，爆破開(kāi)挖時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)易引起房屋傾斜，甚至倒塌。

3　施工方案

為保證施工進(jìn)度和施工人員安全，綜合考慮各種因素的影響，提出了4種施工方案。

3.1河道臨時(shí)改移

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)隧道的施工經(jīng)驗(yàn)，河道臨時(shí)改移是一種普遍的做法。此次溝槽設(shè)計(jì)的長(zhǎng)度為200 m，寬度為10 m，材料采用M10漿砌片石。

施工過(guò)程：

1）根據(jù)當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)資料，了解河流的基本情況，如河流旱澇的時(shí)間。應(yīng)避開(kāi)汛期，選擇在旱季進(jìn)行施工，減少施工量，加快施工進(jìn)度。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，測(cè)量放線；施工機(jī)械人員按照設(shè)計(jì)線進(jìn)行開(kāi)挖，必要時(shí)也可以進(jìn)行人工開(kāi)挖。開(kāi)挖隧道時(shí)，避免河流堵塞，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整開(kāi)挖河道的深度。

3）隧道成功下穿河流后，把改移河流重新恢復(fù)。在河流改移回原位置之前，先對(duì)原河道進(jìn)行加固，采用C20混凝土鋪砌，鋪砌厚度50 cm，鋪砌長(zhǎng)度沿河流長(zhǎng)100 m，寬度約為16 m。改良后的河道斷面見(jiàn)圖2。

3.2河道底施作防水毯與洞內(nèi)采用銑挖法施工

防水毯（GCL）是一種新型土工合成材料。膨潤(rùn)土防水毯前身為膨潤(rùn)土防水板，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始在地下工程防水領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用［4］。防水毯由經(jīng)過(guò)級(jí)配的天然膨潤(rùn)土顆粒和相應(yīng)的外加劑混合均勻而成，經(jīng)特殊的工藝及設(shè)備，把膨潤(rùn)土顆粒固定在兩層土工布之間，制成膨潤(rùn)土防滲毯，能適應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)伸縮變形，且具有簡(jiǎn)便宜修補(bǔ)、防水效果持久等優(yōu)點(diǎn)。因此該隧道開(kāi)挖也可采取此措施進(jìn)行防護(hù)。

銑挖法是將銑挖機(jī)安裝在液壓挖掘機(jī)上，主要應(yīng)用于隧道開(kāi)挖以及洞室輪廓的修正、橫洞開(kāi)挖等，具有低震動(dòng)、低噪音、適用范圍廣、可精確控制施工、安全性好、靈活性好等優(yōu)點(diǎn)［5］。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察與調(diào)研過(guò)程中，考慮到當(dāng)?shù)鼐用竦囊蠛褪┕?duì)房屋的影響，可以考慮采用此施工方法。

具體施工過(guò)程：

1）先在隧道上方河流處修建一定范圍的擋水圍堰，為鋪防水毯作準(zhǔn)備。

2）利用機(jī)械在圍堰內(nèi)進(jìn)行抽水，清除河底淤泥，并鋪設(shè)防水毯。

3）洞內(nèi)利用銑挖機(jī)對(duì)隧道進(jìn)行開(kāi)挖，同時(shí)注意及時(shí)出渣和及時(shí)排水。

4）拆除圍堰，再循環(huán)施工，直到隧道順利通過(guò)河流。

3.3隧道兩側(cè)施作旋噴樁墻與洞內(nèi)超前帷幕注漿

此方案考慮到河底巖層中水的滲流對(duì)隧道的影響和施工空間的限制，同時(shí)也為了減小施工對(duì)環(huán)境的影響，選擇了先施工隧道兩側(cè)旋噴樁，形成止水墻，再利用超前注漿小導(dǎo)管，對(duì)隧道周邊圍巖（主要是隧道上部與下部）進(jìn)行注漿加固，最終在隧道周邊形成止水帷幕。

施工過(guò)程：

1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況測(cè)量放線，確定隧道施工范圍。

2）根據(jù)施工設(shè)計(jì)要求，利用相關(guān)機(jī)械在距離隧道兩側(cè)1.5 m處布孔施工豎向旋噴樁，旋噴樁直徑為600 mm，間隔400 mm，樁長(zhǎng)30 m（結(jié)構(gòu)底板下1 m），豎向旋噴樁之間進(jìn)行錯(cuò)縫咬合，形成防水墻。利用防水墻的滲流系數(shù)遠(yuǎn)小于原裝土來(lái)防止地下水的滲流，達(dá)到止水目的［6］。

3）在隧洞內(nèi)，鉆孔以隧道軸線為中心呈傘狀分布。鉆孔過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制孔位、傾角及方位角，在注漿加固破碎圍巖的同時(shí)，也可以起到止水的作用（加固圈寬度：左右約1.5 m，上下約2.5 m），見(jiàn)圖3。旋噴樁墻和超前帷幕注漿最終效果見(jiàn)圖4。

圖3　洞內(nèi)超前注漿

圖4　旋噴樁墻與超前帷幕注漿最終效果

3.4地表注漿加固+洞內(nèi)全斷面超前注漿

此方法的原理：通過(guò)對(duì)軟弱巖層進(jìn)行注漿，來(lái)達(dá)到加固軟弱圍巖、防止河水下滲的目的。

主要施工過(guò)程：

1）修建圍堰并抽水、清除淤泥，在隧道上方地表一定范圍鉆孔并注漿；同時(shí)也在隧道兩側(cè)5 m范圍內(nèi)進(jìn)行注漿。

2）隧道內(nèi)，利用超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)行全斷面超前注漿，上下臺(tái)階交界處與隧道底部設(shè)排水孔，及時(shí)排出洞內(nèi)的水和注漿所產(chǎn)生的水。

4　方案對(duì)比

1）河道臨時(shí)改移。該方案適用于中等或小型河流，河寬一般不超過(guò) 16 m，造價(jià)較低，流量不超過(guò)1 800 m3/h，工期一般為2個(gè)月。但因隧道施工需要拆除相關(guān)房屋，相關(guān)施工費(fèi)用較高，前期整治時(shí)間長(zhǎng)，無(wú)防止水流下滲相關(guān)措施，前期對(duì)圍巖的擾動(dòng)較大。

2）河道底施作防水毯與洞內(nèi)采用銑挖法施工。該方案適用于河流較寬的大型河流，河寬一般不小于16 m；工期一般為2～3個(gè)月，能有效控制河流向下滲水，防滲效果好。但對(duì)河流周邊水的防滲效果弱，造價(jià)也較高；對(duì)河床平整度要求較高。

3）隧道左右兩側(cè)施作旋噴樁墻 +洞內(nèi)超前帷幕注漿。該方案適用于軟弱圍巖如土質(zhì)、砂質(zhì)、泥質(zhì)地層，工期為2～3個(gè)月；可以有效防止河水下滲；可加固地層，改善圍巖條件。但施工成本較高；對(duì)施工技術(shù)要求也較高；地層改良的效果受深度的影響；施工難度也較大。

4）地表注漿加固 +洞內(nèi)全斷面超前注漿。適用于地勢(shì)較平坦和易于鉆孔、注漿的區(qū)域；可加固地層，改善圍巖；可有效控制河水下滲。但施工費(fèi)用較高；工期較長(zhǎng)，一般為3～4個(gè)月；施工技術(shù)復(fù)雜，對(duì)施工人員技術(shù)要求較高；對(duì)施工場(chǎng)地和運(yùn)輸條件有一定的要求。

考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況、施工條件等因素的影響，研究決定采用的方案為上游修建圍堰+洞內(nèi)超前帷幕注漿+銑挖法施工+監(jiān)控量測(cè)。

主要施工流程：

1）修建擋水圍堰。首先在河流的上游修建圍堰，并安裝抽水泵，通過(guò)長(zhǎng)300 m，直徑40 cm的排水管道抽水，然后對(duì)河床進(jìn)行整治，如注漿加固、鋪設(shè)防水墊層，最后拆除擋水圍堰，恢復(fù)河道。

2）洞內(nèi)超前帷幕注漿堵水。隧道洞內(nèi)利用導(dǎo)管進(jìn)行超前帷幕注漿，加固四周?chē)鷰r。在下臺(tái)階設(shè)置排水孔，及時(shí)排水，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，確保施工安全。注漿孔和排水孔布置見(jiàn)圖5。

圖5　注漿孔與排水孔布置（單位：cm）

3）采用銑挖法施工。因爆破施工后會(huì)對(duì)所在地區(qū)樓房產(chǎn)生不利影響，并且爆破也會(huì)擾動(dòng)圍巖，不利于施工安全。而利用銑挖機(jī)開(kāi)挖在滿足正常施工的同時(shí)，可以減弱對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

施工方法為三臺(tái)階法，按照“新奧法”施工原理進(jìn)行加固與支護(hù)［7］。上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，因需要預(yù)留核心土，所以先用銑挖機(jī)挖除核心土附近的巖石，由下向上、由中間向四周開(kāi)挖。下臺(tái)階施工時(shí)，先開(kāi)挖右側(cè)0.6 m，再開(kāi)挖左側(cè)0.6 m，以防止圍巖變形量過(guò)大。開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)及時(shí)出渣，保證交通順暢。如果遇到難以挖除的土體，不應(yīng)該用機(jī)械強(qiáng)制開(kāi)挖，而應(yīng)該機(jī)械與人配合開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖。

4）加強(qiáng)圍巖變形監(jiān)控量測(cè)。在隧道施工過(guò)程中對(duì)隧道圍巖動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，根據(jù)量測(cè)結(jié)果，調(diào)整設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)或施工方法，以期達(dá)到穩(wěn)定的目的［8］。根據(jù)丫口寨隧道的斷面形狀、圍巖情況、開(kāi)挖方法等因素，布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，即拱頂1個(gè)測(cè)點(diǎn)，上臺(tái)階與下臺(tái)階各2個(gè)測(cè)點(diǎn)。隧道實(shí)測(cè)變形曲線見(jiàn)圖6?？梢?jiàn)，隧道頂部變形最大，約為26 mm，隨著時(shí)間的增加，隧道頂部下沉速率逐漸變小，在42 d左右其變形趨于穩(wěn)定。此方法有效控制了圍巖的變形，提高了圍巖的自承能力，可確保施工的正常進(jìn)行。

圖6　隧道實(shí)測(cè)變形曲線

5　結(jié)語(yǔ)

針對(duì)丫口寨隧道實(shí)際存在的問(wèn)題，如巖溶地質(zhì)、淺埋、圍巖差等，對(duì)4種施工方案進(jìn)行了比選，最終采用上游修建圍堰+洞內(nèi)采用超前帷幕注漿+銑挖法施工+監(jiān)控量測(cè)的方法施工，并取得了良好的效果。

［1］邢邵川.富水巖溶隧道施工技術(shù)研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2014.

［2］馬云飛.有壓巖溶大斷面隧道安全性分析［D］.石家莊：石家莊鐵道大學(xué)，2014.

［3］馮衛(wèi)星.鐵道隧道設(shè)計(jì)［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，1998.

［4］蔡瑋，孫文龍，聶偉，等.北京地鐵10號(hào)線明挖區(qū)間防水毯施工方法［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008（12）：184-188.

［5］韓常領(lǐng)，張為民，趙永國(guó).銑挖法在軟巖隧道開(kāi)挖中的應(yīng)用［J］.中外公路，2008，29（4）：377-379.

［6］錢(qián)萬(wàn)周.深層攪拌止水帷幕在軟土地層施工中的應(yīng)用［J］.山西建筑，2008，34（25）：115-116.

［7］朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京：中國(guó)鐵道出版社，2007.

［8］密士文，龔書(shū)林.隧道監(jiān)控量測(cè)的數(shù)據(jù)處理及分析［J］.中國(guó)西部科技，2010，9（1）：32-50.

（責(zé)任審編葛全紅）

Construction Technology of Shallow-buried Karst Tunnel Driving Under River

SONG Pengchao，SUN Xingliang
（Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang Hebei 050043，China）

Yakouzai tunnel is a karst tunnel under a running river，a shallow-buried depth and poor surroundings causing large deformation at the tunnel top during the excavation process.Four construction programs were proposed based on the construction difficulties and local situation，including temporary river route change，waterproof carpet in river bottom and milling excavation in tunnel，jet grouting pile and advanced curtain of grouting hole in tunnel，surface grouting reinforcement and grouting inside the hole.A comprehensive construction program was proposed，composed of an innovative construction of retaining cofferdam，advanced curtain grouting，milling excavation and monitoring of construction.Its effect was good.

Karst tunnel；Running river；Shallow-buried；Construction program

U455.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.20

1003-1995（2016）08-0083-04

2016-03-22；

2016-05-24

宋朋超（1990— ），男，碩士研究生。