路美麗

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京市 102600)

0 引言

巖溶尤其是大型溶洞是隧道施工中對(duì)安全影響最大、最常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn),建設(shè)者們對(duì)巖溶處理的關(guān)注點(diǎn)也主要集中在隧道內(nèi)大型溶洞的處理方面,而對(duì)充填粉質(zhì)黏土且基巖面起伏較大的隧道巖溶處理關(guān)注較少。文章結(jié)合已開(kāi)通的安九高鐵某隧道洞口段基巖面起伏較大的巖溶基底處理實(shí)踐,對(duì)隧底不同區(qū)域、不同段落提出了C25混凝土換填、CFG樁復(fù)合地基加固和微型鋼管樁注漿加固的綜合處理方案。

1 工程概況

安九高鐵某隧道全長(zhǎng)805m,隧道設(shè)計(jì)時(shí)速350km,線(xiàn)間距5m,內(nèi)軌頂面以上凈空面積100m2,隧道最大埋深約48m?？睖y(cè)階段進(jìn)口段采用物探貫通,結(jié)合鉆探物探資料推測(cè)進(jìn)口段43m為石灰?guī)r地區(qū),發(fā)育巖溶,基底位于粉質(zhì)粘土地層,承載力σ0=150kPa。

施工開(kāi)挖后經(jīng)基底巖溶探測(cè),揭示巖溶分布范圍和粉質(zhì)粘土厚度均較原設(shè)計(jì)有較大變化,隧道基底基巖面起伏較大且?guī)r溶分布已進(jìn)入隧道設(shè)計(jì)的暗洞范圍?；鶐r面起伏較大給整個(gè)地基處理增加了難度,同時(shí)給埋深較淺、地層條件較差的隧道洞口暗洞段基底處理也帶來(lái)了較大的困難。

由此,針對(duì)巖溶分布的不同程度選擇針對(duì)性的基底處理方案對(duì)降低隧道施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工工期至關(guān)重要。

2 洞口段基底巖溶分布特征

本隧道洞口開(kāi)挖后,通過(guò)采取隧底地質(zhì)雷達(dá)普查、鉆探和開(kāi)挖(旋挖設(shè)備或釬探)核查等方法開(kāi)展了綜合勘察工作,先采用地質(zhì)雷達(dá)普查巖性分界情況,再布置鉆探或者釬探核查驗(yàn)證,查明了巖性分界情況、土石界線(xiàn)起伏變化的特性及石灰?guī)r表層溶蝕發(fā)育的特點(diǎn)。如圖1～圖2所示,本段基底巖溶分布具有以下特征:(1)隧底頁(yè)巖與石灰?guī)r交替呈條帶狀分布,且與線(xiàn)路小角度斜交,造成隧底巖性變化大且工程性質(zhì)差異較大;(2)石灰?guī)r表層溶蝕較發(fā)育,石灰?guī)r受溶蝕影響基巖面起伏較大,充填物為硬塑粉質(zhì)黏土,粉質(zhì)粘土中夾含較多石灰?guī)r碎塊,充填的粉質(zhì)粘土厚度從0到9m不等,粉質(zhì)黏土地基承載力低,為150kPa;(3)粉質(zhì)粘土縱向分布范圍較長(zhǎng),從明挖段延伸至暗挖段共計(jì)84m。其中明挖段長(zhǎng)52m,粉質(zhì)黏土厚度約4～8m;暗挖段長(zhǎng)32m,粉質(zhì)黏土厚度約0～9m,本段隧道最大埋深約8.5m,屬超淺埋暗挖段。

圖1 工程地質(zhì)縱斷面圖

圖2 工程地質(zhì)典型橫斷面圖

3 洞口段巖溶基底處理方案

3.1 常用的巖溶基底處理方案

依據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》[6]和類(lèi)似工程實(shí)例,巖溶地基內(nèi)充填硬塑粉質(zhì)黏土?xí)r,地基處理一般可采用換填墊層法、水泥粉煤灰碎石樁(即CFG樁)復(fù)合地基和微型鋼管樁注漿加固。

換填墊層法主要用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理,處理的深度一般控制在3m以?xún)?nèi)。CFG樁復(fù)合地基是由水泥、粉煤灰、碎石等混合料加水拌合在土中灌注形成豎向增強(qiáng)體的復(fù)合地基,具有地基承載力高、變形小、穩(wěn)定快、施工簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)[7-9],且工程造價(jià)低,經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯。微型鋼管樁具有[1-5]需要空間小、施工干擾小、施工速度快、造價(jià)較低、可滿(mǎn)足基底承載力和工后沉降要求等優(yōu)點(diǎn),根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[10]:微型鋼管樁加固后的地基,當(dāng)樁與承臺(tái)整體連接時(shí),可按樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì);樁與基礎(chǔ)不整體連接時(shí),可按復(fù)合地基設(shè)計(jì)。本隧道基底鋼管樁加固方案中鋼管樁與基礎(chǔ)不采用整體連接,考慮按復(fù)合地基設(shè)計(jì)。

血小板計(jì)數(shù)是出血、血栓疾病的重要診斷指標(biāo)。雖然關(guān)于兒童血小板參數(shù)參考范圍的報(bào)道已有很多,但一直一來(lái),我院檢驗(yàn)科都是以(100-300)×109/L作為血小板計(jì)數(shù)的參考范圍,但實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中卻發(fā)現(xiàn)一部分兒童血小板計(jì)數(shù)高于此范圍,而且普遍高于成人,臨床醫(yī)生對(duì)此也存有疑問(wèn)。因此,作者對(duì)我院同一臺(tái)儀器上健康體檢的兒童和成人的靜脈血血小板計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行分組調(diào)查分析,得出結(jié)論。現(xiàn)報(bào)告如下:

3.2 巖溶基底處理方案的選擇

在進(jìn)行巖溶隧道基底處理方案選擇時(shí),應(yīng)根據(jù)基底巖溶的分布特點(diǎn)和巖溶充填物的工程性質(zhì),在保證施工安全的前提下,兼顧經(jīng)濟(jì)性與可靠性,制定針對(duì)性的處理方案。

根據(jù)本隧道洞口段基底巖溶分布特征可以看到:充填物主要為硬塑粉質(zhì)黏土,地基承載力較低,不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;粉質(zhì)黏土分布深度不一,容易引起基底不均勻沉降和工后沉降超出設(shè)計(jì)要求;由此洞口段基底處理的目的主要是提高地基承載力和減少地基沉降量,以滿(mǎn)足高鐵隧道的運(yùn)營(yíng)安全。

考慮到本段巖溶基底粉質(zhì)黏土厚度從0到9m不等,且暗洞段和明洞段施工空間不同等因素,提出本隧道巖溶基底應(yīng)采取“分區(qū)分段”的處理原則,即區(qū)分隧道明挖段和暗挖段、區(qū)分粉質(zhì)黏土不同充填物厚度段落。根據(jù)以上原則,隧道進(jìn)口52m明挖段粉質(zhì)黏土厚度達(dá)4～8m且施工空間開(kāi)闊,可選擇CFG樁復(fù)合地基處理措施;隧道32m暗洞段粉質(zhì)黏土厚度達(dá)0～9m,考慮到洞內(nèi)施工空間狹小不具備采用CFG樁復(fù)合地基的施工機(jī)具施工的條件,且隧道埋深淺、地層條件差等因素,考慮粉質(zhì)黏土厚度小于1m段采用C25混凝土換填措施,大于1m段考慮微型鋼管樁注漿加固措施。

3.3 復(fù)合地基設(shè)計(jì)原則

本隧道巖溶基底處理的目的主要是提高地基承載力和減少地基沉降量,CFG樁復(fù)合地基加固處理方案和微型鋼管樁注漿加固方案均為復(fù)合地基,設(shè)計(jì)參數(shù)的確定應(yīng)依據(jù)復(fù)合地基承載力[7]和沉降計(jì)算[8,10]驗(yàn)證。

3.4 CFG樁加固設(shè)計(jì)

CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)參數(shù)有樁徑及樁間距、樁長(zhǎng)、樁頂頂帽、樁頂褥墊層及成樁工藝等。CFG樁一般采用長(zhǎng)螺旋鉆孔、管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁施工工藝,因本隧道基底基巖面起伏較大,充填的粉質(zhì)黏土厚度不均且?jiàn)A較多石灰?guī)r溶蝕殘留巖塊,長(zhǎng)螺旋鉆孔工藝較難實(shí)施,因此調(diào)整為采用旋挖鉆成孔工藝?；谝?guī)范要求并根據(jù)復(fù)合地基承載力和地基沉降公式檢算,得到如下設(shè)計(jì)參數(shù),如圖3和圖4所示。

圖3 CFG樁加固設(shè)計(jì)縱斷面圖

圖4 CFG樁施工現(xiàn)場(chǎng)

(1)樁徑及樁間距:結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)旋挖鉆機(jī)的類(lèi)型,樁徑選擇600mm。根據(jù)規(guī)范[10]規(guī)定,樁間距宜為3～6倍樁徑,即(3～6)×0.6=1.8～2.2m。設(shè)計(jì)取1.8m,按正方形布置。

(2)樁頂頂帽:CFG樁加固地段樁頂設(shè)1.0m×1.0m×0.3m正方形樁帽,樁帽頂面鋪設(shè)雙向鋼筋網(wǎng)片,鋼筋采用HPB300級(jí),直徑10mm,間距10cm,末端設(shè)180°彎鉤,鋼筋保護(hù)層厚度50mm,施工樁頂標(biāo)高宜高出設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高不少于0.5m,清土和截樁時(shí),不得造成樁頂標(biāo)高以下樁身斷裂和擾動(dòng)樁間土。

(3)樁頂褥墊層:CFG樁樁頂鋪0.5m碎石墊層,墊層內(nèi)鋪設(shè)一層高密度(HDPE)聚乙烯單向土工格柵或雙線(xiàn)經(jīng)編滌綸土工格柵,幅寬不小于6m,每側(cè)回折3m,其抗拉強(qiáng)度不小于200kN/m,延伸率不小于10%。

(4)樁長(zhǎng):考慮到本隧道明挖段基底粉質(zhì)黏土厚約4～8m,為滿(mǎn)足基底承載力和基底沉降要求,樁端進(jìn)入基巖層(灰?guī)r層)不小于0.5m。

(5)樁基檢測(cè):樁體質(zhì)量檢驗(yàn)應(yīng)在成樁28天后進(jìn)行,采用低應(yīng)變動(dòng)力試驗(yàn)檢測(cè)CFG樁樁身完整性,抽檢率為樁數(shù)的10%;承載力采用單樁載荷試驗(yàn),抽檢率為樁數(shù)的0.2%,且不少于3根。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè),CFG樁復(fù)合地基加固巖溶地基后承載力超過(guò)220kPa,滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.5 微型鋼管樁加固設(shè)計(jì)

微型鋼管樁加固設(shè)計(jì)參數(shù)有微型鋼管樁樁徑、樁間距、樁長(zhǎng)、注漿材料、注漿壓力和注漿量等。

(1)樁徑:結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)既有的Φ127mm鉆孔機(jī)械,注漿鋼管選用Φ108mm(壁厚6mm)的鋼管。

(2)樁間距:考慮到本暗挖段初支仰拱鋼架間距為0.5m,為便于施工和確保鋼管樁注漿效果,選擇鋼管樁間距為0.5m×0.5m,梅花形布置。

(3)樁長(zhǎng):經(jīng)復(fù)合地基承載力和地基沉降檢算及工程類(lèi)比,本設(shè)計(jì)鋼管樁嵌入基巖不小于1m。

(4)注漿材料:根據(jù)規(guī)范[10]規(guī)定:對(duì)軟弱地基土處理,可選用以水泥為主劑的漿液及水泥和水玻璃的雙液型混合漿液。結(jié)合本隧道基底無(wú)地下水流動(dòng)且對(duì)注漿材料的膠凝時(shí)間沒(méi)有特殊要求的情況選用水灰比為1:0.5～1:1的普通硅酸鹽水泥單液漿。

(5)注漿壓力:本隧道注漿加固處理的地層主要為粉質(zhì)黏土,注漿長(zhǎng)度較短,可采用全孔一次性注漿,結(jié)合注漿地層特征及注漿加固目的,確定注漿壓力為1.0～2.0MPa。注漿施工過(guò)程中,注漿壓力可結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地層情況和注漿深度動(dòng)態(tài)調(diào)整。

單孔設(shè)計(jì)注漿量:采用式(1)進(jìn)行計(jì)算:

Q=Anα(1+β)

(1)

式中:Q為總注漿量,單位m3;A為注漿范圍巖層體積,單位m3;n為圍巖空隙率,單位%;設(shè)計(jì)時(shí)暫按粉質(zhì)黏土取30%、W4地層取10%、W2地層取2%;α為漿液充填系數(shù),一般在0.7～0.9之間;β為注漿材料損耗系數(shù),0.1～0.2。

圖5～圖6為暗挖段鋼管樁注漿加固縱斷面和典型橫斷面。暗洞段因場(chǎng)地條件所限且隧道最大埋深約8.5m,屬超淺埋暗挖段。為確保暗挖段隧道基底處理期間的施工安全,有效控制初支結(jié)構(gòu)的收斂變形和拱頂沉降,應(yīng)在隧道初支封閉成環(huán)后再進(jìn)行地基處理,即隧道初支封閉成環(huán)后,回填土至仰拱填充面高度處平整后作為鉆孔施作平臺(tái)兼注漿止?jié){墻。

圖5 鋼管樁注漿加固設(shè)計(jì)縱斷面圖

圖6 鋼管樁注漿加固典型橫斷面

4 結(jié)論

(1)針對(duì)石灰?guī)r受溶蝕影響基巖面起伏較大、巖溶內(nèi)充填的粉質(zhì)黏土厚度分布不均及分布范圍較大的特點(diǎn),結(jié)合高鐵隧道洞口段的不同地形和不同結(jié)構(gòu)型式,提出了“分區(qū)分段”的綜合處理原則。

(2)工程實(shí)踐證明,CFG樁復(fù)合地基和微型鋼管樁可分別解決明挖段和暗挖段硬塑粉質(zhì)黏土填充的巖溶地基承載力和地基沉降問(wèn)題。

(3)因巖溶發(fā)育的復(fù)雜性,目前的勘察手段難以準(zhǔn)確查明巖溶的具體發(fā)育形態(tài)和規(guī)模,因此建設(shè)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合巖溶區(qū)的具體地質(zhì)情況,因地制宜,進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工,以保證隧道施工和運(yùn)營(yíng)安全。