魯文博，梅耀輝，賈瑞華，劉其成

(1.中建三局基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資有限公司，湖北 武漢 430073；2.湖北省建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)定額管理總站，湖北 武漢 430071)

0 引言

隨著城市深層地下空間開發(fā)利用，盾構(gòu)法作為一種隧道施工方法逐漸被廣泛應(yīng)用，其中巖溶為常見的一種地質(zhì)問題，對盾構(gòu)施工影響大，而水下深埋巖溶處理受制于作業(yè)面，通常采取搭設(shè)浮臺進行傳統(tǒng)巖溶勘察及加固作業(yè)，工效低，安全風(fēng)險高，在實施巖溶加固處理過程中，難度大，處理質(zhì)量較差，采用土圍堰易造成水體環(huán)境污染。

1 工程概況

1.1 隧道概況

某土壓平衡盾構(gòu)隧道下穿550m長湖面，內(nèi)徑3.8m，外徑4.3m，底板標(biāo)高約為-18.000m，上覆土層厚度34～36m，下穿湖底區(qū)段巖溶強發(fā)育。

1.2 地質(zhì)條件

巖溶勘察揭露盾構(gòu)下穿湖區(qū)段鉆孔見洞率53%，線巖溶率16%，總計72個溶洞，其中27個溶洞高度>1倍洞徑，溶洞垂直高度最大達15m，橫向和豎向型溶洞均有發(fā)育，溶洞頂板埋深30～45m。隧道主要穿越地層有中風(fēng)化細(xì)砂巖、碎石土、中風(fēng)化灰?guī)r、強風(fēng)化炭質(zhì)泥巖、溶洞。

1.3 水文條件

巖溶發(fā)育區(qū)位于長江三級階地，湖面常水位為19.130m，規(guī)劃最高控制水位為20.130m，地下水主要為上層滯水、弱孔隙承壓水、碎屑巖裂隙水和巖溶水。其中，埋藏于第四系黏性土隔水層之下的巖溶水對隧道區(qū)間巖溶處理影響最大，大部分具有承壓性，單位涌水量5.3m3/(d·m)，滲透系數(shù)0.3m/d，抽水試驗期間水位標(biāo)高為14.810～20.400m，差異較大；巖溶水水力聯(lián)系較弱，未能形成統(tǒng)一地下水位，與地表水體(長江、湖水)無明顯的水力聯(lián)系。

2 巖溶加固處理分析

2.1 鋼圍堰平臺設(shè)計

區(qū)間隧道外徑4.3m，巖溶處理范圍水平方向為隧道結(jié)構(gòu)線兩側(cè)各3m，采用雙邊鋼圍堰作為施工平臺，考慮邊緣位置設(shè)備成孔站位，鋼圍堰外輪廓線間距為15.68m；根據(jù)水文地質(zhì)情況，全線采用拉森IV型鋼板樁，長度分別為12，15，18m，圍堰堰芯采用黏性土及級配碎石填筑，圍堰堰芯填筑標(biāo)高設(shè)計值為21.630m，鋼板樁樁頂標(biāo)高為22.130m，兩側(cè)拉森鋼板樁之間上部設(shè)置1道拉桿(32@1 600)進行橫向拉結(jié)，拉桿鋼筋高程為20.130m。外側(cè)采用[28a腰梁，拉桿處鋼板樁和腰梁需打孔，拉桿與腰梁端頭采用鋼墊片加螺母的連接方式；為保證鋼圍堰兩側(cè)湖水連通，對生態(tài)環(huán)境無影響，同時確保兩側(cè)水壓保持平衡，作業(yè)平臺受力更加安全合理，在適當(dāng)位置設(shè)置1條30m長水系聯(lián)絡(luò)通道，通道上設(shè)置9m寬鋼棧橋，以滿足鋼圍堰頂部通行要求。鋼圍堰斷面如圖1所示。

圖1 鋼圍堰橫斷面

2.2 鋼圍堰搭設(shè)

根據(jù)詳細(xì)地質(zhì)勘察報告，鋼板樁吃水1.3～3m，進入淤泥深度1～2.5m，進入黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土夾粉土層等深度為6.7～15.7m，兩側(cè)鋼板樁插入黏土等不透水層一定深度，可確保巖溶專項勘察及巖溶加固處理成孔過程中的泥漿及注漿過程中返漿不會通過滲流污染湖水，同時阻斷湖水至隧道由人為成孔而形成的滲流通道；兩側(cè)鋼板樁通過鋼浮箱作業(yè)平臺上的履帶式起重機安裝液壓振動錘完成打設(shè)，鋼板樁打設(shè)完成后回填堰芯土，設(shè)置拉桿，最后再鋪設(shè)路面級配碎石。

2.3 鋼棧橋搭設(shè)

在無巖溶發(fā)育區(qū)間隧道上方湖面搭設(shè)1座長約30m鋼棧橋，連通兩側(cè)水系，降低圍堰對水體環(huán)境影響，同時使兩側(cè)水體側(cè)壓力保持平衡。

2.4 巖溶專項勘察

鋼圍堰平臺搭設(shè)完成后，首先進行巖溶專項勘察，包括隧道兩側(cè)詳細(xì)鉆孔加密勘察、物探CT掃描及井下電視，通過多種勘察手段詳細(xì)探明巖溶發(fā)育情況。

2.5 巖溶處理

2.5.1巖溶加固處理原則

1)隧道結(jié)構(gòu)輪廓線左右3m、隧道結(jié)構(gòu)底板以下6m(底板位于土層)或5m(底板位于可溶性巖層)、隧道結(jié)構(gòu)頂板以上6m(底板位于土層)或5m(底板位于可溶性巖層)范圍內(nèi)的溶洞進行注漿填充加固，且同時完成巖面注漿施工。

2)溶洞應(yīng)遵循“先深后淺，先大后小”的順序進行處理。

3)對于多層上下串通溶洞，應(yīng)對串通溶洞進行全壓漿填充處理。

2.5.2巖溶識別

針對區(qū)間所有巖溶發(fā)育位置與隧道關(guān)系，確定需處理的巖溶，并在圍堰地面確定其水平投影位置。

2.5.3巖溶加固處理

2.5.3.1巖溶探邊與加固

根據(jù)巖溶發(fā)育高度，從其中心位置向四周按2～3m間距布置探邊孔(見圖2)，詳細(xì)記錄探邊孔取芯情況。完成中心孔第1圈外圍探邊孔施工后，根據(jù)取芯結(jié)果選取揭露溶洞較高的1～2個孔進行注漿(水泥漿，水灰比0.5～1)加固，注漿壓力達0.8MPa或周邊孔位出現(xiàn)返漿可停止第1輪注漿。

圖2 探邊孔布置

2.5.3.2檢測與補強

首次加固完成后，根據(jù)上次探邊孔取芯情況，在巖溶發(fā)育位置外圍開始布置第2輪探邊孔，詳細(xì)記錄探邊孔取芯情況，完成第2輪探邊孔施工后，根據(jù)探邊孔揭露巖溶發(fā)育情況及首次注漿擴散充填效果，選取其中1～2個孔進行補強注漿加固。

按上述方法依次實施后續(xù)探邊孔與注漿加固施工，直至完成待處理范圍內(nèi)巖溶加固。

2.5.3.3過程優(yōu)化

1)巖溶加固注漿孔成孔過程中，通過在巖土接合面及袖閥管與鉆孔孔壁之間的環(huán)狀空間進行注漿封閉，同時在注漿頭上部1m處設(shè)置膨脹橡膠密封塞，保證漿液能有效流向需填充加固區(qū)，加固密實后可迅速起壓，大大提高有效范圍注漿加固工效。

2)注漿時長優(yōu)化 針對溶洞整體偏大特點，為提升注漿工效，可根據(jù)溶洞高度調(diào)整單次注漿時長。對于特大型溶洞，單次注漿加固時長延長至4～6h；對于中型溶洞，單次加固注漿時長延長至2～4h；對于小型溶洞，單次注漿加固時長為0.5～2h。為確保所注漿液達到初凝，注漿間隔時間6h。

3)水灰比及注漿壓力優(yōu)化 根據(jù)探邊孔揭露注漿填充效果及巖溶填充情況，適當(dāng)優(yōu)化注漿壓力及水灰比等參數(shù)。填充型溶洞水泥漿濃度適當(dāng)增大，壓力適當(dāng)增大；非填充溶洞，水泥漿濃度適當(dāng)減小，壓力適當(dāng)減小。擴散性較好時可保持注漿濃度不變；擴散性較差時，適當(dāng)減小水泥漿濃度。

4)在注漿管上(注漿孔孔口以上6m內(nèi))增加1個壓力監(jiān)測表，與原泵送端頭壓力監(jiān)測表共同精確控制泵送壓力及注漿壓力。

5)待巖溶加固的隧道區(qū)間總長550m，注漿后臺至注漿孔口線路較長，終端泵送至孔口壓力及水泥漿質(zhì)量均有所下降，在中間位置增設(shè)中轉(zhuǎn)攪拌裝置，通過攪拌及二次加壓泵送確保注漿壓力滿足要求。

6)對于巖溶水較發(fā)育的溶洞，可先處理周邊溶洞，適當(dāng)先行采用雙液注漿，確保周邊主要徑流通道基本封堵后再實施該溶洞的注漿加固，注漿加固過程中需預(yù)留1～2個排水孔，作為注漿填充擠壓巖溶水外流的通道。

2.5.3.4質(zhì)量檢測

探邊孔實施過程中即可檢測前期注漿加固效果，并根據(jù)加固情況適時補強。完成所有注漿加固28d后，通過取芯檢測注漿加固質(zhì)量，注漿加固體28d無側(cè)限抗壓強度≥0.15MPa。

2.5.3.5施工監(jiān)測

圍堰施工過程中及施工完成后均要進行監(jiān)測，主要包括水位觀測、拉桿鋼筋內(nèi)力監(jiān)測、圍堰結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(圍堰內(nèi)土方沉降、鋼板樁樁頂沉降及鋼板樁水平位移監(jiān)測)等，前期監(jiān)測頻率為1次/d，不同階段適當(dāng)調(diào)整，預(yù)警值需滿足規(guī)范要求。

3 巖溶加固效果

巖溶加固完成28d后進行取芯檢測，注漿加固體無側(cè)限抗壓強度均>0.15MPa；該區(qū)間盾構(gòu)機已于加固完成1個月后安全順利通過巖溶強發(fā)育區(qū)，盾構(gòu)穿越期間無明顯栽頭，姿態(tài)實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，同時該區(qū)間管片拼接無超限錯臺，成型管片姿態(tài)好，無滲漏水情況發(fā)生。

4 結(jié)語

1)對于在大水面上進行巖溶處理，優(yōu)先選擇搭設(shè)鋼圍堰+堰芯土為作業(yè)平臺，安全可靠、操作便利，加固過程綠色環(huán)保，同時加固周期短、質(zhì)量好。

2)對于巖溶強發(fā)育情況，單次注漿加固質(zhì)量可能難以滿足要求，需在實施過程中動態(tài)檢測加固薄弱點并補強，使加固質(zhì)量整體滿足要求。

3)預(yù)加固處理過程中，可采取控制壓力、設(shè)置膨脹橡膠密封塞、調(diào)整注漿時長及時間間隔等措施，確保加固漿液填充在有效的待加固范圍內(nèi)；加固過程中，適當(dāng)調(diào)整漿液濃度，確保加固效果最佳的同時優(yōu)化加固總時長。

4)巖溶發(fā)育不具有規(guī)律性，需根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察情況采取針對性的加固措施。