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摘要：在喀斯特地質條件下，以新建黃織鐵路大山隧道的巖溶治理為例，介紹了該隧道施工過程中，采取管棚結合小導管、高壓注漿、樁基托粱結構、鋼筋混凝土板等技術措施順利地穿越了巖溶發育地段，為類似條件下隧道的施工，提供了可參考的案例。...

大山隧道巖溶治理淺談

張朝強

(貴州安順市普定中軸大道黃織鐵路工程指揮部，貴州安順562lOO)

1.工程及施工簡介

    黃桶至織金線站前工程為單線I級鐵路，其中大山隧道全長60m，起訖里程DK34+400～DK35+000，隧道范圍內出露為弱風化(W2)，灰巖(C3mp)、灰、深藏色，中一厚層狀，節理較發育．表層0～2 m強風化(W3)以下弱風化(W2)，巖溶較發育。受構造影響褶曲發育，巖層較為破碎；隧道施工選擇從出口進洞，開挖至DK34+805處時發現一溶洞。根據超前地質探測，隧道洞身全斷面處于溶洞范圍。溶洞在隧道拱部的跨度約為17m，在隧道底部的跨度約為9m，此處埋深為80m-溶嗣中充填物為軟塑狀黏土含孤石，并有滲水、不穩定、易坍塌。溶洞山頂處的原地面已出現塌穴。

2.巖溶處理方案

    2.1隧道巖溶段支護律系

    大山隧道DK34+787一DK34+807段原設計為Ⅱ級圍巖復合式襯砌，初期支護措施為拱墻設置厚5cm的C20噴射混凝土；隧道穿越垂直巷道式巖溶發育帶，針對溶洞發育的情況，顯然原設計支護參數不能保證處理該溶洞段時不留隱患及現場作業安全，經現場地質勘測及設計荷載檢算，決定DK34+787一DK34+807段隧道采取的結構支護體系為：

    (l)長度為24 m的Φ89長管棚結合拱部設置的Φ42小導管對圍巖體預加固，同時在巖溶范圍內采用Il8工字鋼制作拱墻鋼架進行加強支護；

    (2)隧道的拱部及邊墻系統錨桿采用自進式Φ25中空注漿錨桿(邁式注漿錨桿)，并對溶洞范圍內的圍巖體進行錨網噴防護；

    (3)拱墻鋼架的基礎位于溶洞范圍，DIK34+805一DIK34+790段隧道底部兩側邊墻，設置雙排Φ42注漿小導管，外插角50，縱向間距50cm，上下間距50cm，每根長4m，加固墻角，并在左右側邊墻底部縱向設置I18工字鋼，每側設4根．將拱墻工字鋼架的基座置于其上，鋼架端部與縱向設置Il8工字鋼進行焊接固定；

    (4)隧道拱墻的襯砌厚度在Ⅳ級淺埋復合式襯砌開挖斷面的基礎上加厚50cm，拱墻部分采取C30鋼筋混凝土加強型二次襯砌：

    (5)在溶洞內土體及空腔部分，利用沒置的注漿管棚、注漿小導管及自進式中空注漿錨桿，進行壓漿回填加固；

    (6)隧道襯砌的基礎位于溶洞范圍，溶洞充填物主要為軟塑狀黏土夾塊石，經現場動力觸探，承載力滿足不了設計的要求，溶洞下發育大約5—10m，經技術經濟比較，采取“樁基托粱+鋼筋混凝土板”跨越結構，然后在鋼筋混凝土板上施作隧道二次襯砌結構，溶洞段隧道結構支護體系如圖1。

    2.2具體處理情況

    2.2.1超前圍巖體預加固

    為保證隧道施工安全，確保成功穿越溶洞區域,決定采取長短管相結合進行超前圍巖體預加固。在隧道的拱部提前形成承載拱，在DK34+807施作C20混凝土處作長管棚導向墻．導向拱厚l.0m，長l.0m，由上臺階底面開始設置，水平鉆孔開孔為Φ102mm，采用熱扎無縫鋼花管，外徑89mm，壁厚6mm，長度24m，大管棚外插角1～3。環向間距50cm，每環“根，共設一環。DIK34+805一DIK34+790段拱部設置Φ42注漿鋼花管(小導管)，外插角45。環向間距50cm，1.8m一環，每根長4m，每環24根。

    (1)長管采用鉆進法施工，鉆機平臺利用鋼管腳手架措設，平臺滿鋪木板，根據孔服位置，分層加高鉆機，鉆機平臺搭設好以后進行鉆孔。鉆孔順序由高孔位向低孔位進行，可縮短移動鉆機與搭設平臺時間。長管采取跟管翼片式螺旋式鉆機帶動入孔，注漿材料采用l:1水泥漿液，注漿終壓力0.7—1.0MPa，采取一次升壓法進行孔內注漿。在終壓力時穩定20min，吸漿量無異常變化，即結束該孔注漿。如出現較大的跑漿，采取間隙注漿經分級升壓達到或接近終壓也可結束該孔注漿。注漿擴散半徑0.4—0.6m，注漿速度30—50L／min。

    (2)短管采取YT28刮風動鑿巖機鉆孔．插管時用氣動錘振入，注漿材料采用l:1水泥漿液，注漿終壓力0.45—0.8 MPa，采取一次升壓法進行孔內注漿，在終壓力時穩定如 min，吸漿量無異常變化，即結束該孔注漿。如出現較大的跑漿．采取間隙注漿經分級升壓達到或接近終壓也可結束該孔注漿。注漿擴散半徑0.2～0.3m．注漿速度20～30L／mm。

    對長短管注漿效果，可采取分析法、注(壓)永法試驗及開挖取樣等方法進行檢查。

    2.2.2高壓注漿法加固圍巖

    隧道的拱部鹽邊墻系統錨桿采用自進式Φ25中空注漿錨桿(邁式注漿錨桿)，間距l.0m x0.6m，梅花型布置，錨桿長度3.5m，拱墻設置Φ8鋼筋網，網格間距25cm x 25cm，C20噴射混凝土厚度20cm，對溶洞范圍內圍巖體進行錨網噴防護。

    (1)隧道開挖采取分都臺階法掘進，上臺階從兩側作業，預留核心土，開挖進尺0.6m。每次進尺后，立即噴射混凝土初噴封閉掌子面，井對上一榀工字鋼架加設橫撐，使上導坑封用成環。然后組織施工注漿錨桿，安設工字鋼架，進行復唼。落槽時，左右側分段開挖，預留核心土，及時施作注漿錨桿及鎖腳小導管，并順接墻部鋼架與墻角縱向工字鋼固定。

    (2)邁式注漿錨桿。利用、Ytl28型風動鑿巖機將錨桿鉆入設計位置，用快速注漿接頭將錨桿尾端注漿泵相連，啟動灰漿攪拌機，將水泥加入到攪拌機中進行加水攪拌。攪拌均勻后，輸入壓漿泵，壓漿時要保持壓漿高壓管順直。壓漿量根據壓漿泵壓力的大小或根據灰漿攪拌機的消耗速度確定。壓漿完畢后，立即安裝好止漿塞，再進行錨固，將拱形墊板套在錨桿外露部分，與地表或巖層密貼，在墊板外上好球形螺帽。注漿材料采用4:1水泥較稀漿液．注漿終壓力3—5 MPa，采取一次升壓法進行孔內注漿，在終壓力時穩定20 rain．吸漿量無異常變化，即結束該孔注漿。如出現較大的跑漿，采取間隙注漿經分級升壓達到或接近終壓也可結束該孔注漿。注漿有效擴散半徑0.6—0.7 m。

    (3)高壓注漿的效果。現場局部開孔取芯檢查，發現士石被擠壓緊密，水泥漿液呈脈狀、線狀、斜面狀，空洞處呈塊狀。證明通過邁式錨桿高壓注漿，使較稀漿液克服圍巖的初始應力和抗拉強度,將漿液壓^弱透水性的土夾石地層中，同時使圍巖原有的裂隙和空隙張開。在圍巖中形成局部高壓力區將周圍土體擠密，起到了對松散土夾石圍巖體重新牢固牯接在一起的“造巖”作用。

    2.2.3監控量測

    2.2.3.l監控量測的目的

    隧道現場監控量測是指在隧道施工過程中，對圍巖和支護、襯砌受力狀態的量測。現場監控量測是監視圍巖穩定，判斷支護、村砌結構設計是否合理，施工方法是否正確的一種手段；也是保證新奧法安全施工、提高經濟效益的重要條件；為工程變更提供科學依據。它貫穿隧道施工的壘過程。

    2.2.3.2 監控量測的項目和數據分析

    根據規范、設計和施工現場的實際情況，主要對該段的周邊收斂和拱頂下沉進行了現場監測，現以Ol(34十795斷面處的監測數據進行分析。

    (1)拱頂下沉。拱頂下沉量測測點，一般布置在拱中和兩側拱腰，每斷面布置三點。當遇到其它障礙時，可適當移動位置。采用水平儀、水準尺、掛鉤式鋼尺配合測量拱頂下沉，精度達1mm砌。詳見圖2。

    (2)周邊收斂。初期支護施做后，用風鉆鑿Φ40mm、深200一的孔，用1：1砂漿填滿再插入測點固定桿，盡量使測點固定方向在同一豎直斷面內，待砂漿凝固后即可進行量測工作。采用WPm一3型收斂計監測，量測精度0 1 mm。同樣可得到圖4所示的DK34+795斷面周邊收斂回歸分析曲線圖。

    通過對實測值和回歸分析曲線圖的分析，可以分階段指導隧道施工。

    2 2.4襯砌主體結構處理

    隧道襯砌的基礎位于溶洞范圍，溶洞充填物主要為軟塑狀黏土夾塊石。經現場動力觸探，本工程承載力滿足不了設計的要求，溶洞下發育大約5～10 m，經技術經濟比較，采取“樁基托粱+鋼筋混凝土板”跨越結構。托梁結構斷面為2.0 m xl.8 m(寬x高)，設置4根孔樁基礎支撐托粱，孔樁截面尺寸為1.5 m×1.75 m．樁長6 m。托粱兩端延伸作用于完整基巖長度2.5 m，上置鋼筋混凝土板，厚度為l.2 m，在鋼筋混凝土板上施作隧道二次襯砌。

    (1)樁基托粱結合鋼筋混凝土板。用l20工字鋼搭設棧橋，將樁基開挖的機具設備運送到位。孔樁基礎入巖石(W2)不得小于2 m，成孔后及時制作鋼筋澆筑樁身混凝土．待樁身棍凝土達到設計強度的75％時，將隧底溶洞內的充填物局部清除降低至托粱底下2 m，然后利用孔樁身上的預埋件搭設托架支撐模板澆筑托粱，最后分段澆筑鋼筋混凝土板。

    (2)二次村砌。鋪設隧道防水層，井在鋼筋混凝土板上施作隧底填充混凝土及矮邊墻后，襯砌鋼筋安裝完畢，將全斷面液壓模板襯砌臺車就位后。由拌和站集中拌制，輪式混凝土攪拌運輸車運送混凝土至現場，泵進混凝土，用附著式振搗器和插入式搗固器聯合搗固密實，分段完成該溶洞段隧道襯砌結構。

3.結束語

    大山隧遵出現的巖溶現象，通過上述施工方案和處理措施已安全、順利施工完畢，施工過程中遇到的各種問題可以得到如下啟迪。

    (1)隧道的超前地質預報工作是極其重要的。施工中應采取長期地質預報(TSP203地質超前預報系統、紅外測水等)、中期地質預報(采用30一50 m的超前鉆探等)，短期地質預報(加深炮眼等)相結合的手段，準確、及時地探明前方地質，根據掌握的地質數據，在溶洞未揭示前，采取有效的措施，進行圍巖預加固，可減少施工工期及費用的損失。

    (2)巖溶發育的區域施工隧道，穿越可溶性巖層，在隧道洞身不同位置遭遇溶洞是常見現象，處理起來的方法及措施也比較多，總的來說．在施工前，應加強地質勘測，查明溶洞的分布范圍、類型規模、發育程度、充填物及地下水情況，及時正確地制定施工方案。

參考文獻

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 溫紅娟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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