張志明ZHANG Zhi-ming

（川藏鐵路四川有限公司，成都610081）

0 引言

蒙西至華中地區(qū)鐵路煤運(yùn)通道工程（以下簡(jiǎn)稱為“蒙華鐵路”）是中國(guó)“十二五”規(guī)劃綱要中的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施。蒙華鐵路隧道穿越砂層、黃土、砂泥巖、板巖、花崗巖、灰?guī)r等多種地層以及富水?dāng)鄬?、巖溶、瓦斯、濕陷性黃土、高地應(yīng)力水平巖層等不良地質(zhì)，施工難度大、風(fēng)險(xiǎn)高，控制性工程多。蒙華公司在總結(jié)多年來(lái)鐵路隧道修建經(jīng)驗(yàn)和借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，遵循隧道工程建設(shè)內(nèi)在規(guī)律，結(jié)合蒙華鐵路重載技術(shù)要求和建設(shè)管理機(jī)制，通過理論創(chuàng)新、管理創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新機(jī)制，推動(dòng)隧道設(shè)計(jì)、施工管理和技術(shù)進(jìn)步，有效解決了隧道建設(shè)中一些突出的技術(shù)問題。工程安全、質(zhì)量、工期、投資得到合理有效控制。本文主要介紹蒙華鐵路巖溶隧道設(shè)計(jì)與施工管理經(jīng)驗(yàn)[1]，以期促進(jìn)隧道技術(shù)進(jìn)步。

1 工程概況

蒙華鐵路湘贛指揮部管段巖溶隧道共計(jì)14 座，總長(zhǎng)21.84km，主要分布于宜春至新余地區(qū)。隧道地質(zhì)以灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育，主要形態(tài)有巖溶洼地、溶溝、溶槽、溶洞。施工過程中開挖揭示溶洞多達(dá)57 個(gè)，溶洞主要位于隧道拱頂、拱腰、邊墻、隧底，溶洞類型主要為洞穴型溶腔、管道型溶腔、大型富水充填型溶腔、大型干溶洞等，個(gè)別隧道巖溶水極其發(fā)育。蒙華鐵路湘贛段巖溶統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 蒙華鐵路湘贛段巖溶統(tǒng)計(jì)表

2 巖溶隧道處理原則

隧道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小型巖溶洞穴的處理，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，在四方會(huì)議紀(jì)要中明確處理措施；巖溶管道、大型溶洞等地質(zhì)復(fù)雜地段應(yīng)由設(shè)計(jì)單位牽頭組織補(bǔ)充勘探[2]，施工單位協(xié)助完成，查明巖溶發(fā)育情況后，設(shè)計(jì)單位研究處理方案，召開專家評(píng)審會(huì)，根據(jù)專家意見完善方案，其處理措施在四方會(huì)議紀(jì)要中明確，并要求設(shè)計(jì)單位出變更設(shè)計(jì)圖。

3 巖溶隧道設(shè)計(jì)與施工管理創(chuàng)新要點(diǎn)

3.1 健全施工管理體系、完善現(xiàn)場(chǎng)管理制度

指揮部編制下發(fā)了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理細(xì)則》、《蒙西華中鐵路岳陽(yáng)至吉安段巖溶隧道隧底巖溶探測(cè)實(shí)施方案》及《蒙華公司湘贛指揮部巖溶處理管理辦法（試行）》，成立了以指揮長(zhǎng)為組長(zhǎng)的巖溶處理管理領(lǐng)導(dǎo)小組，建立了會(huì)勘確認(rèn)制度、監(jiān)理旁站制度、抽檢制度、專家咨詢制度。

3.2 建立健全組織機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管控

指揮部成立了以指揮長(zhǎng)為組長(zhǎng)，總工程師、分管質(zhì)量安全的副指揮長(zhǎng)為副組長(zhǎng)，工程技術(shù)部、質(zhì)量安全部、設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)人、監(jiān)理單位負(fù)責(zé)人、施工單位負(fù)責(zé)人為組員的巖溶處理管理領(lǐng)導(dǎo)小組。施工單位成立了巖溶施工領(lǐng)導(dǎo)小組，監(jiān)理單位成立了巖溶施工監(jiān)管領(lǐng)導(dǎo)小組，設(shè)計(jì)單位成立了巖溶施工配合領(lǐng)導(dǎo)小組，組織機(jī)構(gòu)和人員名單報(bào)指揮部工程部核備。

3.3 做實(shí)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測(cè)，真正指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工[3-4]

湘贛指揮部編制并下發(fā)了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質(zhì)預(yù)報(bào)管理細(xì)則》，明確了指揮部負(fù)責(zé)地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施細(xì)則的審批，并對(duì)地質(zhì)預(yù)報(bào)工作的實(shí)施情況進(jìn)行監(jiān)督和檢查。

3.4 發(fā)揮參建人員智慧、全面深入方案研究

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)揭示的巖溶，首先施工單位提出建議處理方案[5]，然后指揮部組織四方現(xiàn)場(chǎng)踏勘，設(shè)計(jì)單位進(jìn)一步勘察及研究處理方案，根據(jù)巖溶分類及復(fù)雜程度，分別通過四方會(huì)勘、專家評(píng)審會(huì)等形式分級(jí)進(jìn)行方案確定，群策群力，充分發(fā)揮參建人員集體智慧，必要時(shí)借助專家的力量。

3.5 加強(qiáng)方案交底培訓(xùn)、現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格執(zhí)行方案

施工前，編制巖溶處理專項(xiàng)施工方案，履行相關(guān)審批程序，組織施工人員進(jìn)行交底、培訓(xùn)，現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按批準(zhǔn)的方案及交底實(shí)施，監(jiān)理單位過程進(jìn)行旁站監(jiān)控。

3.6 施工過程動(dòng)態(tài)管理、異常情況及時(shí)反饋

充分利用信息化手段，采集必要的施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)過程跟蹤管理、動(dòng)態(tài)控制，地質(zhì)條件發(fā)生重大變化時(shí)，及時(shí)將情況反饋指揮部，重新組織評(píng)估和方案研究。

3.7 加強(qiáng)施工效果驗(yàn)證、保證工程施工質(zhì)量

巖溶處理完成后，由監(jiān)理單位組織采集鉆探或物探驗(yàn)證資料，開展效果評(píng)價(jià)，對(duì)注漿量大且地質(zhì)復(fù)雜段落的注漿效果，及時(shí)組織召開注漿效果評(píng)審會(huì)。

3.8 加強(qiáng)施工風(fēng)險(xiǎn)防范、確保現(xiàn)場(chǎng)施工安全

及時(shí)開展巖溶隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定風(fēng)險(xiǎn)防范措施，及時(shí)實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)防控，建立風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警機(jī)制，從方案決策、管理制度、風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、技術(shù)應(yīng)對(duì)、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避5 個(gè)方面進(jìn)行管理。

4 典型案例

4.1 洞穴型溶腔案例

①無(wú)充填或半充填型。

程家坊二號(hào)隧道出口開挖至DK1761+311 時(shí)，發(fā)現(xiàn)拱頂出現(xiàn)一處半填充型溶腔，溶洞大小為7m（環(huán)向長(zhǎng)）×5m（縱向長(zhǎng)）×9m（深度），呈倒漏斗型[6]。

施工中采取的主要措施：將Ⅲb 型復(fù)合式襯砌變更為Vc 型復(fù)合式襯砌，采用全環(huán)H180 格柵鋼架，拱部增設(shè)5m長(zhǎng)φ42 超前小導(dǎo)管。

②充填型洞穴。

程家坊一號(hào)隧道施工到DK1760+613 時(shí)，拱頂及邊墻出現(xiàn)一處填充型溶腔，充填物為粉質(zhì)黏土夾碎石，無(wú)水。經(jīng)探測(cè)，溶洞大小為環(huán)向長(zhǎng)8m×縱向長(zhǎng)1m×深度3m。

施工中采取的主要措施：加強(qiáng)變更為Vc 型復(fù)合式襯砌，拱部預(yù)留混凝土泵送管及Φ50 排水管，待初期支護(hù)穩(wěn)定后對(duì)背后進(jìn)行C20 混凝土及水泥漿保護(hù)層回填。DK1761+613 隧道溶洞照片及處治方案見圖1。

圖1 DK1761+613 隧道溶洞處治方案

4.2 管道型溶腔實(shí)例

北山一號(hào)進(jìn)口開挖至DK1761+940 時(shí)，發(fā)現(xiàn)一處直徑約2m 的不規(guī)則溶腔，通過探測(cè)，溶腔高度為拱頂以上約10m，隧底以下約2m；同時(shí)掌子面正前方小型溶槽發(fā)育，呈管道狀[7]。

施工中采取的主要措施：襯砌類型增強(qiáng)變更為Vc 復(fù)合式襯砌，拱部超前支護(hù)變更為Φ89 洞身長(zhǎng)管棚；拱頂初期支護(hù)背后灌注1～2m 厚C20 混凝土護(hù)拱，設(shè)置徑向錨桿，錨桿長(zhǎng)4m，間距1.5m×1.5m，梅花形布置；預(yù)留φ50 注漿管及排水管，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后回填1m 厚水泥漿保護(hù)層。在護(hù)拱背后設(shè)置2 根直徑φ400mm 打孔波紋管，隧底波紋管采用土工布包裹，四周用砂夾碎石回填，其余部份采用C20 混凝土回填。DK1761+940 隧道溶洞處治方案圖2。

圖2 DK1761+940 隧道溶洞處治方案

4.3 大型干溶腔實(shí)例

北山二號(hào)隧道進(jìn)口開挖至DK1762+816 時(shí)，在上臺(tái)階發(fā)現(xiàn)一大型溶洞，溶洞高約25m，距地表最小垂直距離約30m。溶洞長(zhǎng)60m，寬度約15m，隧道在DK1762+816～+822段橫穿溶洞。

施工中采取的主要措施：拱部超前支護(hù)變更為φ89洞身長(zhǎng)管棚；鋼架由H130 格柵鋼架變更為H150 格柵鋼架；斷面擴(kuò)大30cm。DK1762+816 溶洞處治方案見圖3。

圖3 DK1762+816 溶洞處治方案

4.4 大型富水充填型溶腔

①掌子面富水溶腔。

彭家?guī)X二號(hào)隧道DK1774+440～DK1774+470 段發(fā)育充填型溶洞，填充砂礫土，滲水較好，局部為溶洞空腔，巖溶水豐富。

施工中采取的主要措施：洞身采用5m 超前周邊注漿加固，超前支護(hù)采用Φ89 洞身管棚。襯砌類型采用Vc 型復(fù)合式襯砌，施工工法采用臺(tái)階法，在每級(jí)臺(tái)階鋼架接頭連接處增設(shè)一組鎖腳錨管，長(zhǎng)度5m。

②隧底富水溶腔。

隧道施工以來(lái)，北山二號(hào)隧道出口、彭家?guī)X二號(hào)隧道進(jìn)口均出現(xiàn)了不同程度的涌水、突水、突泥現(xiàn)象[8]，超前預(yù)報(bào)揭示隧底出存在多層串柱狀溶洞，且富水。

施工中主要采用的主要措施：Ф89 鋼管樁注漿加固，孔深須鉆至溶洞底板以下1m 以上。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)蒙華鐵路湘贛段巖溶隧道工程，隧道溶腔采用臺(tái)階法開挖，對(duì)不同類型的溶腔采用混凝土或注漿回填、超前注漿、超前管棚、預(yù)留排水管，加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)等方法，有效的解決了施工難點(diǎn)，為隧道施工積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。有以下幾點(diǎn)體會(huì)：

①溶地區(qū)的隧道溶洞如果處治不當(dāng)，會(huì)給隧道施工和運(yùn)營(yíng)帶來(lái)各種問題和危害，因此，在巖溶發(fā)育地區(qū)進(jìn)行隧道施工時(shí)，一定要進(jìn)行詳細(xì)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，做到有疑必探、先探后挖、不探不挖。

②施工過程中要做到快決策、快到位、快開挖、快支護(hù)、快封閉。

③風(fēng)險(xiǎn)控制要認(rèn)識(shí)到位、責(zé)任到位、監(jiān)控單位、獎(jiǎng)罰到位、落實(shí)到位，并提前做好穿越巖溶溶洞的應(yīng)急預(yù)案，及時(shí)進(jìn)行隧道溶洞加固處理，防止突泥和突水的發(fā)生。

④巖溶隧道施工一定要提前配置足夠的排水設(shè)施，盡可能避免涌水淹井，進(jìn)行注漿封堵施工時(shí)，嚴(yán)格按照注漿工藝要求，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

⑤加強(qiáng)巖溶隧道施工中的管理。建設(shè)指揮部在重大技術(shù)和施工方案的確定方面，以充分調(diào)研和聽取參建各方、有關(guān)專家意見為基礎(chǔ)，科學(xué)決策，充分發(fā)揮建設(shè)單位的主導(dǎo)和核心作用。