徐立新

(中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

1 工程概況

小安隧道全長13 430 m，位于陜西省省界至四川廣元區(qū)間，雙線隧道，線間距4.6 m。隧區(qū)屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺西北邊緣地帶，位于近東西向的米倉山臺穹西緣，處于北東向與東西向兩構(gòu)造的結(jié)合部位，即龍門山褶皺帶和大巴山褶皺帶的交接地帶[1]，隧道穿越魏家坪逆斷層、孫家溝逆斷層、牛峰包逆斷層和板凳埡逆斷層等4個(gè)斷層帶，穿越明月峽背斜、五里村背斜、王家灣向斜3條發(fā)育褶皺帶，地質(zhì)復(fù)雜、巖溶發(fā)育，為高度風(fēng)險(xiǎn)隧道。隧道正常涌水量達(dá)62 000 m3/d，雨季最大涌水量可達(dá)93 000 m3/d。

2 巖溶狀況及分析

2.1 巖溶狀況

施工過程中，隧道發(fā)生涌水涌泥，將初期支護(hù)破壞，之后該處病害持續(xù)發(fā)展，涌水涌泥中偶夾塊石，最大體積近8 m3，突出物中夾雜卵石、圓礫，經(jīng)分析為該巖溶系統(tǒng)形成過程中碎石、角礫經(jīng)搬運(yùn)形成。圖1為涌水涌泥現(xiàn)場照片。

圖1 涌水涌泥狀態(tài)

2.2 原因分析

經(jīng)過物探和鉆探綜合應(yīng)用，確定DK355+580～DK355+615段基底分布較深的黏性土充填溶洞，仰拱底面之下最深約23 m；隧周分布不同規(guī)模的充填溶洞和空溶洞，距邊墻最深約16 m。另外基底鉆探揭示在不同深度存在發(fā)育未填充溶洞或溶縫，鉆探揭示高度多在1m之內(nèi)。通過物質(zhì)成分來源分析主要為地質(zhì)歷史時(shí)期形成的囊狀溶洞、裂隙，其間充填黏性土，夾碎石、角礫。突出物中偶夾灰?guī)r質(zhì)大塊石，為溶洞崩塌物。該灰?guī)r層上游出露地表高程比隧道高約500 m，可能形成的高水位和溶洞流塑狀黏性土，會對隧道結(jié)構(gòu)安全造成極大危害。

3 多方式互助施工技術(shù)

3.1 方案確定

通過對流體堆積物進(jìn)行注漿固結(jié)，形成反壓體，防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌，加強(qiáng)了隧道內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢[2]。為了順利引排三處涌水點(diǎn)的涌水，增加2 386 m泄水洞[3]，通過3號橫通道作為涌水涌泥口的探測平導(dǎo)，進(jìn)入涌泥口進(jìn)行溶洞勘查、初期支護(hù)背后涌泥體加固，預(yù)防涌泥口繼續(xù)突涌，并形成加固體。涌泥口的加固措施完成后，清除隧道內(nèi)涌泥堆積體，實(shí)施隧道基底加固，在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固[4]，在較深的部位采用樁基托梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行地基加固[5]。為了將涌水口水量順利排出，在隧道內(nèi)增加框架涵，通過框架涵將水引排至隧道一側(cè)，最后通過泄水洞引排至洞外。圖2為多方式互助施工平面布置示意圖。

圖2 小安隧道多方式互助施工平面布置示意

3.2 實(shí)施方案

涌水涌泥巖溶地段隧道多方式互助施工處理在巖溶綜合整治施工中，在確保施工安全質(zhì)量的前提下，優(yōu)化了各項(xiàng)施工步驟。

3.2.1 洞內(nèi)堆積體加固

首先是對洞內(nèi)流體堆積物進(jìn)行注漿固結(jié)，形成反壓體，防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌，加強(qiáng)了隧道內(nèi)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢。圖3為涌泥堆積體加固縱斷面示意圖。

圖3 隧道內(nèi)涌泥堆積體加固縱斷面示意

(1)對該段淤泥較厚段落先對其表面進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，厚度15 cm，形成注漿封堵墻。

(2)對DK355+530～DK355+505段淤泥采用φ42小導(dǎo)管注漿固結(jié)，導(dǎo)管長度為9 m，間距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，導(dǎo)管擴(kuò)散孔距離小導(dǎo)管端部1 m范圍內(nèi)布置，擴(kuò)散孔為φ3 mm，其余部位麻絲環(huán)向纏繞，間距30～50 cm。

(3)注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，注漿壓力不少于3 MPa，保證漿液充分?jǐn)U散加固流體。

3.2.2 探測平導(dǎo)

由于涌泥體將隧道灌滿填充，從正洞內(nèi)無法探測DK355+489位置涌水涌泥口巖溶的形態(tài)、地質(zhì)狀況以及初期支護(hù)背后填充形態(tài)，因此，采取探測平導(dǎo)方式[6]，提前揭示涌泥體位置溶洞形態(tài)，并采取加固措施，加固初期支護(hù)背后的堆積體。處理完成后將3號橫通道于運(yùn)營期間采用C15砼封閉處理，泄水洞洞口設(shè)置明顯的標(biāo)牌，防止人員誤入。探測平導(dǎo)施工平面示意圖見圖4。

圖4 探測平導(dǎo)施工平面示意

(1)3號橫通道及探測平導(dǎo)采用4.5 m×5 m(寬×高)斷面型式，主要用于揭示正洞DK355+489附近巖溶空洞情況，并加固初期支護(hù)背后的涌泥堆積物。探測平導(dǎo)開挖過程中采取超前鉆探法進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)[7]，確保施工安全。

(2)探測平導(dǎo)功能充分利用完成后，施工排水洞。

(3)待泄水洞小里程方向?qū)崿F(xiàn)順坡排水后，將排水洞接入泄水洞。

(4)3號橫通道襯砌完成后，與正洞交叉口位置進(jìn)行封堵。

3.2.3 涌泥口側(cè)壁超前管棚注漿

3號橫通道探測平導(dǎo)初期支護(hù)背后加固完成后，對DK355+489位置涌水涌泥口側(cè)壁實(shí)施超前管棚注漿措施，加固初期支護(hù)背后涌泥體的同時(shí)形成涌泥口圍護(hù)墻[8]，確保后期主洞內(nèi)清淤等作業(yè)施工安全，對后期該涌泥口位置的圍巖穩(wěn)定性和初期支護(hù)體系都有了較強(qiáng)的保障。涌泥口超前管棚注漿加固示意圖見圖5。

圖5 涌泥口超前管棚注漿加固縱斷面示意

(1)DK355+475～DK355+505段在左側(cè)前方打設(shè)φ108鋼花管，對DK355+489處輪廓線外塌腔內(nèi)的流體堆積物和已經(jīng)灌注的混凝土進(jìn)行注漿固結(jié)處理。

(2)側(cè)壁打設(shè)φ108鋼花管采用雙排布設(shè)，管棚管距0.5 m，雙層排距1.0 m。

(3)注漿采用水泥漿，注漿壓力為2 MPa。

(4)管棚管直接嵌入涌泥口周邊巖壁內(nèi)，提高其強(qiáng)度及封堵能力。

(5)最后溶腔口封堵，利用預(yù)埋的泄水管泄水。

(6)加強(qiáng)監(jiān)控量測頻率。

3.2.4 隧道主洞基底加固

逐步清除隧道內(nèi)涌泥堆積體，實(shí)施隧道基底加固。在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固措施，在較深的部位采用樁基托梁結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行地基加固。地基加固平面示意圖見圖6。

圖6 地基加固平面示意

(1)DK355+520～DK355+585段及DK355+613～DK355+635段隧底主要為巖溶裂隙，采用φ108 mm鋼花管鉆孔注水泥漿充填密實(shí)，鋼花管間距4.5 m×2.5 m(橫×縱)。保證穿過裂隙進(jìn)入基巖1 m，鋼花管注漿孔選擇在填充物深度附近布置，水灰比1∶1，注漿施工前進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)確定相關(guān)參數(shù)，考慮確保注漿效果，終壓控制在2 MPa。

(2)DK355+585～DK355+613段共設(shè)置16根挖孔樁，樁徑2 m×2 m，樁底確保進(jìn)入基巖2 m。開挖方式采用人工結(jié)合機(jī)械開挖，施工過程中嚴(yán)禁爆破開挖。橫向兩根樁基上方為橫托梁，共設(shè)置8根橫托梁，尺寸為2m×2m×13.92m；橫托梁上方為縱梁結(jié)構(gòu)，尺寸為1.8 m×1.8 m，作為襯砌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

(3)地基加固施工過程中，加強(qiáng)鋼花管底部巖層及注漿效果檢測，樁基部分開挖至孔底后進(jìn)行地質(zhì)驗(yàn)基[9]。

3.2.5 巖溶段仰拱施工

仰拱施工過程中為確保結(jié)構(gòu)安全，樁基托梁部位及時(shí)施工橫梁及縱梁，鋼花管注漿加固位置采取逐榀開挖，臨時(shí)仰拱緊跟的施工措施[10]。樁基托梁仰拱示意圖見圖7。

圖7 樁基托梁仰拱示意

(1)樁基完成后，迅速組織施工橫梁和縱梁。

(2)鋼花管注漿段仰拱施工。

①逐段清除已經(jīng)固結(jié)的隧道內(nèi)堆積物，每次開挖長度不超過兩榀鋼架距離，左右交錯(cuò)進(jìn)行。

②單側(cè)開挖完成后，立即施作邊墻初支鋼架，與原設(shè)計(jì)鋼架連接，進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨，并預(yù)留臨時(shí)仰拱鋼架接口。

③縱向長度開挖達(dá)到6 m后，立即施工臨時(shí)仰拱，臨時(shí)仰拱與初支鋼架封閉成環(huán)，澆筑C30混凝土，厚度40 cm。

(3)加強(qiáng)監(jiān)控量測。

①凈空變化和拱頂下沉量測布點(diǎn)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行。

②隧道拱頂沉降點(diǎn):為減少測量難度和確保觀測人員的安全，拱頂埋設(shè)帶有反射膜片的測點(diǎn)，采用全站儀無棱鏡測量；邊墻收斂量測點(diǎn):各臺階(各分部)可采用反射膜片用全站儀對隧道收斂進(jìn)行監(jiān)測[11]。

③各測點(diǎn)距作業(yè)面1 m的范圍內(nèi)盡快安設(shè)，且拱頂下沉、收斂量測起始讀數(shù)宜在3～6 h內(nèi)完成，其他量測應(yīng)在每次施工后12 h內(nèi)取得起始讀數(shù)，最遲不得大于24 h，且在下一循環(huán)開挖前必須完成。

④監(jiān)控量測的頻率應(yīng)根據(jù)測點(diǎn)距作業(yè)面的距離及位移速度按測量頻率表確定。由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距作業(yè)面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中，原則上采用較高的頻率值[12]。當(dāng)出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時(shí)，應(yīng)增大監(jiān)控量測頻率。

4 結(jié)束語

本文以實(shí)際工程為背景，通過噴射混凝土、超前管棚注漿等方式有效地穩(wěn)定了隧道內(nèi)堆積體，第一時(shí)間封閉了突涌口，增強(qiáng)了初期支護(hù)的穩(wěn)定性；利用泄水洞、輔助通道及框架涵等結(jié)構(gòu)快速排除溶洞內(nèi)積水，加快處理速度；鋼花管注漿及樁基托梁的組合應(yīng)用，極大地解決了巖溶段隧道地基承載力不足的問題，為隧道施工及運(yùn)營期間提供安全保障。以上多種處理技術(shù)的綜合應(yīng)用，成功解決了巖溶地段隧道涌水涌泥問題，在今后施工過程中，希望能對類似情況的處理有所幫助。