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        友誼隧道穿越鹽巖地層修建關(guān)鍵技術(shù)

        2022-08-11 03:03:56李鋒剛
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2022年14期
        關(guān)鍵詞:隧底巖段鹽巖

        李鋒剛

        (中鐵二局第二工程有限公司,成都 610000)

        1 工程概況

        1.1 鹽巖分布

        友誼隧道全長(zhǎng)9.67 km,設(shè)計(jì)為單線隧道。隧道老撾境內(nèi)起訖里程為DK0+000~DK2+425,全長(zhǎng)2 425 m,埋深50~243 m,在施工過(guò)程中遇到了鹽巖地層(縱面圖見(jiàn)圖1),長(zhǎng)約1 km,地層主要成分是鹽巖、泥巖和石膏(局部)。鹽巖呈條帶狀、塊狀、脈體狀、層狀等形態(tài)產(chǎn)出,局部鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%~80%,呈厚~巨厚層狀產(chǎn)出,為白色、棕紅、棕褐色,夾雜深灰色砂泥巖碎塊及泥質(zhì),質(zhì)地較硬。

        圖1 友誼隧道鹽巖段縱斷面

        1.2 鹽巖危害

        鹽巖地層主要成分為石鹽,夾部分泥灰質(zhì)、硬石膏角礫。石鹽巖屬氯鹽類鹽巖,具有低孔隙率、低滲透性、蠕變等特殊性質(zhì),易溶于水,鹽巖塊體侵蝕性試驗(yàn)得到環(huán)境條件為H2、Y3、L3(H2 為化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí);Y3 為鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí);L3 為氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)),極易產(chǎn)生腐蝕作用??傮w來(lái)說(shuō)鹽巖具有強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)溶解性、膨脹性。由于石鹽巖的特殊性,導(dǎo)致已施工段落出現(xiàn)襯砌開(kāi)裂、仰拱底鼓、隧底基底空腔、鋼筋銹蝕等問(wèn)題。

        2 鹽巖段特殊設(shè)計(jì)

        采用圓形結(jié)構(gòu)斷面;采用多重支護(hù)、多重防水、圍巖徑向注漿等措施,防止地下水滲入,在隧底進(jìn)行加深換填并設(shè)置阻水榫,抑制地下水縱向流動(dòng);采用耐腐蝕性混凝土、環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋,提高結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力[1],鹽巖段襯砌斷面圖如圖2 所示。

        圖2 鹽巖段襯砌斷面圖

        1)在初期支護(hù)與二襯之間增設(shè)隔水層結(jié)構(gòu),構(gòu)建初支、隔水層、二襯三重支護(hù)體系。初期支護(hù):C30 早高強(qiáng)噴射混凝土;隔水層:C35 聚合物混凝土;二次襯砌:C40(國(guó)內(nèi)段C50)耐腐蝕性抗?jié)B混凝土[抗?jié)B等級(jí)不小于P12;混凝土膠粒材料的抗蝕系數(shù)(齡期56 d)不得小于0.8,抗硫酸鹽結(jié)晶破壞等級(jí)(齡期56 d)不小于KS150,56 d 電通量應(yīng)小于1 000 C,氯離子擴(kuò)散系數(shù)(齡期56 d)應(yīng)不大于3×10-12m2/s]。

        2)在隔水層兩側(cè)分設(shè)EVA 防水板反粘式防水板,施工縫采用中埋式橡膠止水帶。隔水結(jié)構(gòu)與二襯施工縫錯(cuò)開(kāi)設(shè)置,縱向錯(cuò)開(kāi)距離不小于1 m,環(huán)向不小于2 m。

        3)地下水較發(fā)育地段對(duì)隧底采用長(zhǎng)5 m、φ42 mm 花鋼管注漿(防腐涂層),間距1 m×1 m,原則上采用普通水泥漿,當(dāng)可注性差且仍有漏水時(shí),現(xiàn)場(chǎng)可補(bǔ)注超細(xì)水泥漿,水灰比為0.3~0.5。拱墻初支表面有明顯漏水部位,采用局部徑向注漿堵水,孔深5 m,間距1 m×1 m,孔口管采用長(zhǎng)1 m、φ42 mm鋼花管,注漿參數(shù)與隧底注漿一致。對(duì)其余洞段含鹽量低于50%段落拱墻范圍及含鹽量高于50%段落全環(huán)范圍進(jìn)行初支背后回填注漿,采用長(zhǎng)0.5 m、φ42 mm 鋼管,拱墻間距1.5 m×1.5 m,隧底間距1.0 m×1.0 m,采用普通水泥漿。

        4)在鹽巖段每個(gè)50 m 設(shè)置一處阻水榫,另外,在鹽巖與非鹽巖接觸帶、地下水變化較大處、斜井與正洞交叉口等地段設(shè)置阻水榫,抑制地下水在鹽巖段的自由流動(dòng)。

        5)二襯鋼筋采用環(huán)氧樹(shù)脂鋼筋,避免鋼筋腐蝕。

        3 鹽巖段施工組織

        遵循“以開(kāi)挖為龍頭,后續(xù)工序平行作業(yè)”組織施工,19 道工序分開(kāi)挖支護(hù)區(qū)、注漿區(qū)、隧底結(jié)構(gòu)作業(yè)區(qū)、拱墻結(jié)構(gòu)作業(yè)區(qū)4 大區(qū)域,12 個(gè)作業(yè)區(qū)段組織流水作業(yè),作業(yè)區(qū)合計(jì)長(zhǎng)度約220 m。鹽巖段施工工序組織如圖3 所示。

        圖3 鹽巖段施工工序組織示意圖

        4 施工關(guān)鍵技術(shù)

        4.1 抗?jié)B耐腐蝕性混凝土制備

        4.1.1 混凝土配合比

        C30 噴射混凝土采用無(wú)堿速凝劑和復(fù)合摻和料技術(shù)。C35隔水層采用聚合物混凝土。C40 二次襯砌采用低水化熱、礦物摻合料、補(bǔ)償收縮技術(shù)。

        4.1.2 性能數(shù)據(jù)

        1)C30 噴射混凝土。摻入了增強(qiáng)料的C30 噴射混凝土更密實(shí)、混凝土回彈率更小、抗?jié)B性能更好;初凝時(shí)間快、早期強(qiáng)度更高,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)更有保障、總堿含量和三氧化硫含量更小。C30 噴射混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

        表1 C30 噴射混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

        2)C35 隔水層混凝土。聚合物乳液在水泥漿與集料間形成具有較高黏結(jié)力的膜層,進(jìn)而堵塞砂漿內(nèi)的孔隙,所以,聚合物C35 混凝土更密實(shí),抗?jié)B性能更好;聚合物C35 混凝土中的早期水化速度較低,產(chǎn)生的水化熱也較低,降低了溫度裂縫產(chǎn)生的可能性,后期強(qiáng)度和普通C35 強(qiáng)度基本一致。普通C35 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)(56 d)指標(biāo)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求,電通量數(shù)據(jù)也明顯劣于聚合物C35 混凝土。C35 隔水層混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表2。

        表2 C35 隔水層混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

        3)C40 二襯混凝土對(duì)比。由于使用低熱水泥和膨脹劑,混凝土水化熱得到降級(jí),減少了溫度裂縫的產(chǎn)生;后期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯,加入膨脹劑減少混凝土收縮,對(duì)抗?jié)B、氯離子擴(kuò)散、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標(biāo)有明顯的改善和提高。通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):普通C40 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)(56 d)指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)電通量數(shù)據(jù)也劣于低熱混凝土。C40 二襯混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表3。

        表3 C40 二襯混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

        4.2 圓形深仰拱多層結(jié)構(gòu)施工

        4.2.1 自行式移動(dòng)長(zhǎng)棧橋和全封閉模板

        為確保圓形深仰拱澆筑質(zhì)量,并實(shí)現(xiàn)隧底結(jié)構(gòu)多工序平行作業(yè),提高施工效率,研發(fā)65 m 長(zhǎng)自行式移動(dòng)長(zhǎng)棧橋,并配置兩套全封閉模板(1 套用于隔水層澆筑、1 套用于仰拱澆筑),模板上設(shè)進(jìn)料振搗窗。

        隧底隔水層和仰拱澆筑高度約4~5 m,澆筑過(guò)程中采取如下措施抗?。耗0迩岸耸褂美瓧U、后端配重,同時(shí)由巖面打設(shè)鋼筋安放斜撐;控制混凝土坍落度和澆筑速度,左右對(duì)稱澆筑。

        4.2.2 隧底施工工藝流程

        隧底結(jié)構(gòu)包括初支、注漿、一層防水、隔水層、二層防水、仰拱、填充等,部分段落還需施工阻水榫。

        4.3 綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)

        監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、初支背后水壓及結(jié)構(gòu)隔水效果監(jiān)測(cè)、巖鹽侵蝕發(fā)展過(guò)程監(jiān)測(cè)、溶蝕空洞監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)設(shè)備采用壓力傳感器、混凝土應(yīng)變計(jì)、鋼筋計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、地下水探頭、腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器、光纖測(cè)線等。監(jiān)測(cè)按長(zhǎng)期考慮,監(jiān)測(cè)周期暫定10 a,運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。

        5 結(jié)語(yǔ)

        友誼隧道鹽巖段含鹽量高達(dá)80%以上,成巖環(huán)境特殊且主要成分為石鹽、石膏,施工難度極大,國(guó)內(nèi)外罕見(jiàn)。根據(jù)研究和現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)初步得出以下結(jié)論:

        1)鹽巖具有強(qiáng)溶解、強(qiáng)腐蝕、膨脹性等工程特性,對(duì)工程危害極大。

        2)采取圓形斷面、多重支護(hù)、多重防水、隧底換填、阻水榫和富水地段注漿堵水等措施能夠有效降低隧底鹽巖病害,新施工段的襯砌結(jié)構(gòu)未發(fā)生開(kāi)裂和變形,確保了友誼隧道的施工及運(yùn)營(yíng)安全,取得了良好的效果。

        3)提高混凝土密實(shí)度、添加耐腐蝕劑、增加隔水層以及采用環(huán)氧樹(shù)脂涂層鋼筋等綜合防腐措施能夠提高結(jié)構(gòu)防腐蝕能力,降低因鹽巖的溶解、結(jié)晶膨脹、侵蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的危害。

        4)目前只對(duì)鹽巖地層隧道的修建技術(shù)進(jìn)行了研究和實(shí)踐,在鐵路運(yùn)營(yíng)期間鹽巖侵蝕環(huán)境作用下襯砌背后圍巖壓力的分布規(guī)律對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響問(wèn)題需要進(jìn)一步探討研究。

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