龍廈鐵路象山隧道巖溶段施工關鍵技術

徐少爭

(中鐵隧道集團一處有限公司，福建漳州 363107)

0 引言

近年來，隨著我國鐵路建設的大力發展，長大隧道越來越多，預防及治理巖溶、突水涌泥等地質災害成為隧道施工的主要技術難題。注漿是綜合治理隧道水害，提高破碎圍巖強度，防止隧道涌水、突水(泥)的有效手段。帷幕注漿技術由日本人依托青函隧道于20世紀70年代發明，其基本思路設定為隨著隧道開挖，將產生一定的松動范圍，在松動區外側一定范圍內進行注漿并形成一個止水帶，用該止水帶與水壓抗衡，使其達到對開挖輪廓線內圍巖加固、開挖輪廓線外圍巖堵水的效果。

本文就龍廈鐵路象山隧道F7斷層巖溶段施工中總結出來的一些方法和體會，進行簡單介紹。

1 工程及地質概況

象山隧道位于閩西龍巖、漳州境內，采用左右單洞單線，兩條隧道并行的方案，左線隧道全長15 898m，右線隧道全長15 917m。隧道最大埋深830 m，為龍廈鐵路上最長的隧道和最重要的控制性工程。其中DK24+080～DK24+250，YDK24+092～YDK24+304段為F7斷層影響最為嚴重的區段，此段為三迭系下統溪口組粉砂巖夾少量硅灰巖，弱～強風化，巖體整體破碎～極破碎，溶蝕較嚴重，溶隙、溶縫發育，節理裂隙發育，地下水較發育，受大氣降雨補給，并和地下暗河具有一定的水力聯系，暴雨季節，隧道涌水量會突然增大、水壓高、破壞力強。對隧道開挖安全和穩定影響較大，必須通過超前注漿加固施工進行改良。

2 注漿加固施工方案

2．1 方案的確定

象山隧道F7斷層高壓富水(帷幕注漿孔單孔水量達1 000 m3/h，水壓實測為1．5 MPa)，面臨巨大的安全風險和工期壓力，施工中堅持“以人為本”，把保證人的生命安全作為第一目標，施工中采取以堵為主、堵排結合的方針進行施工。在YDK24+158突水后，總結經驗教訓，將“注漿加固、交替推進”作為指導方針優化施工方案。

2．2 注漿加固

2．2．1 止漿墻的施作

止漿墻采用C25混凝土澆筑，厚度為3 m，施工時在該區間內鉆設徑向錨桿，錨桿長L=2．5 m，外露50 cm，環縱間距1 m，梅花形布置，用于錨固止漿墻;止漿墻澆筑完成后要養護36 h，經試驗達到一定強度后方可進行鉆孔作業。

2．2．2 超前水平地質探孔

為了保證帷幕注漿施工安全以及優化施工方案，采用MK-5型鉆機施作6個超前地質鉆探作業來探明掌子面前方的地質情況。

2．2．3 全斷面帷幕注漿

1)全斷面帷幕注漿工藝流程圖見圖1。

圖1 全斷面帷幕注漿工藝流程圖

2)孔口管安裝:在已施工好的止漿墻上采用穿桑豹鉆機鉆孔，采用φ140 mm開孔鉆頭鉆至3．0 m后開始安設孔口管及高壓閘閥。孔口管采用外徑127 mm、壁厚4 mm鋼管加工，單根長度3 m長，前端焊接法蘭盤，中部纏繞棉紗呈紡錘形。

3)注漿參數:超前預注漿采用前進式分段注漿工藝，分段長度為3 m～5 m，實際施工過程可根據地質情況進行適當調整。鉆孔注漿順序采用由外向內，由上向下間隔跳孔的原則，每次隔孔1個～2個(鉆孔布置圖詳見圖2，圖3)。

在注漿過程中，先注單液漿，若周邊不漏漿，則每個孔段先注一定量的單液漿，后注雙液漿，防止下一段鉆進漏漿。若周邊漏漿，則改注雙液漿，使漏漿處封堵后，再改注單液漿，以此循環調換。注漿參數與注漿配合比見表1，表2。

表1 注漿參數表

圖2 鉆孔布置圖

圖3 帷幕注漿縱斷面布置圖

表2 注漿配合比

注漿結束標準:在注漿過程中，當注到一定時間、一定量時，若壓力達到設計終壓時結束注漿。或注漿過程中，壓力逐漸上升，流量逐漸下降，當注漿壓力達到設計壓力并穩定10 min后，即可結束該孔注漿。

4)注漿效果檢查及評定。所有注漿孔都結束以后，應進行注漿效果檢查，注漿效果檢查采用分析法或探孔檢查法。a．分析法。P—Q—t曲線法:通過對注漿施工中所記錄的注漿壓力P、注漿速度Q進行P—t，Q—t曲線繪制，根據地質特征、注漿機制、設備性能、注漿參數等對P—Q—t曲線進行分析，從而對注漿效果進行評判。注漿施工中P—t曲線呈上升趨勢，Q—t曲線呈下降趨勢，注漿結束時，注漿壓力達到設計終壓，注漿速度達到設計速度(常取5 L/min～10 L/min)。漿液填充率反算:通過統計總注漿量，可采用下式反算出漿液填充率，根據漿液填充率評定注漿效果，即∑Q=Vnα(1+β)。其中，∑Q為總注漿量，m3;V為加固體體積，m3;n為地層孔隙率或裂隙度;α為漿液填充率;β為漿液損失率。當地層含水量不大時，漿液填充率須達到70%以上，地層富含水時，漿液填充率須達到80%以上。b．檢查孔法。選擇可能出現的薄弱環節進行鉆孔檢查，檢查孔數量按注漿孔總數的10%(不得少于5個)控制。檢查孔無裂隙充填物涌出，不塌孔，涌水量小于0．2 L/(min·m)。必要時檢查孔取芯，很難取得完整巖芯，但通過檢查孔的巖芯中漿液的固結體存在的多少，以及固結體的強度來判斷漿液的固結情況和注漿效果。

2．2．4 半斷面帷幕注漿

帷幕注漿施工中，開挖多采用臺階法施工，為了加快施工進度及便于精細化管理，故在后期施工中采用半斷面25 m超前預注漿，因施工方案與全斷面帷幕注漿大體相同，在此僅對鉆孔的布置做一簡單介紹。

根據象山隧道巖溶水壓高、水量大的特點，確定在注漿循環中單孔擴散半徑2 m，加固范圍為隧道開挖輪廓線外5 m，沿隧道開挖輪廓線布置兩圈注漿孔，外圈孔終孔位置為輪廓線外3．5 m，內圈孔終孔在1．67 m，同時為減少注漿加固的盲區，在加固循環長度15 m斷面處增加一個注漿終孔斷面;注漿孔終孔后，放入玻璃纖維錨桿加固穩定圍巖，具體的注漿設計見圖4，圖5。

圖4 注漿開孔圖（25m斷面）

圖5 注漿加固鉆孔剖面圖

在實際施工過程中出現水量較大或明顯異常的情況，及時采取周邊補孔設計，補孔2個作為補充注漿及效果檢查之用。

3 快挖快封技術

3．1 超前地質預報

每一循環開挖前，利用風鉆在開挖掌子面進行5 m長釬探孔，探孔采用φ50鉆頭鉆孔，探孔之前，應配備好對應孔徑的止漿塞，探孔必須逐個開孔，防止因多個探孔同時開孔出水之后難于封堵。

3．2 開挖方法

正洞開挖采用三臺階臨時仰拱法施工，上臺階開挖高度5．10m，中臺階開挖高度3．90 m，下臺階開挖高度3．92 m;各臺階循環進尺不得大于0．6 m，下臺階滯后上臺階9 m，下臺階兩側錯開2 m開挖支護，嚴禁對挖，防止兩側拱腳同時懸空而出現掉拱。全風化砂巖、溶洞發育地段預留核心土，采用人工配合挖機開挖，遇孤石采用松動爆破;圍巖完整地段不留核心土，采用爆破開挖，開挖過程中堅持“管超前、短進尺、弱爆破”的原則。

量測工作應緊跟施工，及時反饋信息，以調整支護參數，整個開挖過程中“專業化注漿隊伍”技術人員跟班對注漿效果進行全程跟蹤，注漿效果未達到設計要求，應停止掌子面施工。

3．3 支護參數及預防應急措施

3．3．1 超前支護

開挖前采用φ42 mm注漿小導管超前支護，提前對前方圍巖進行加固，確保施工安全。拱部150°范圍內布設小導管，小導管要從前一榀鋼架的腹板穿過，尾端要和鋼架搭接牢固，與鋼架形成受力整體。

3．3．2 初期支護

初期支護主要包括初噴混凝土+鋼拱架架立+打設系統錨桿+鋼筋網鋪設+縱向聯接筋+鎖腳錨桿和復噴射混凝土作業。

初噴混凝土:開挖后及時進行找頂清邦，排險后及時進行初噴5 cm厚C25混凝土快速封閉圍巖。鋼拱架架立:拱架間距0．6m/榀，采用HW200型鋼進行支護。圍巖及拱架加強:拱架架立后及時施作系統錨桿，縱向聯接筋、鋼筋網、鎖腳錨桿使之與鋼架聯結牢固。

復噴射混凝土:拱架連接牢固后，開始噴射C25混凝土，厚度為30 cm。

3．3．3 監控量測

對已開挖地段水平位移和拱頂下沉進行量測。同時對地表下沉進行量測。取得監測數據后，要及時進行整理、分析，發現異常及時反饋，以便及時調整施工參數和采取相應的應急措施。

3．3．4 防涌水措施

施工過程中局部出現承壓水滲(噴)出，立即補充注漿進行封堵;并在開挖掌子面后方(不超過50 m遠)備足各項應急搶險物資;用于緊急逃生的專用車輛提前到位，停放在安全距離外，一旦有異常現象，所有人員乘車立即撤出。

3．3．5 二次襯砌

本襯砌是依據承受1．5 MPa靜水壓力進行設計，根據開挖揭示圍巖情況及量測資料，必要時應及時施作。在每循環帷幕注漿段開挖結束后，及時施作防水層進行二次襯砌，施作時采用全斷面鋼模臺車確保結構穩定，襯砌厚度為110 cm的C40混凝土，具體支護尺寸如圖6所示。

圖6 支護尺寸圖

4 結論與探討

1)針對地下水的類型、賦存環境及水文地質條件制定切實可行的注漿堵水技術方案及驗收標準是確保長大隧道施工安全，降低水害風險，提高工效的有效措施。2)巖溶段開挖地質條件是極其復雜的，在施工中要根據所揭示的圍巖及時調整支護參數，必要時可針對性的進行補充注漿加固。3)軟弱圍巖的開挖強調一個“快”字，要求各工序必須銜接緊密，有效的展開立體防護體系，同時必須減少對圍巖的擾動，有效的利用機械，堅持“管超前、短進尺、弱爆破”的原則，確保開挖過程不坍不垮。4)結合龍廈鐵路象山特長隧道的地下水具有類型多、水文地質條件及賦存環境復雜、水量大、水壓高等特點所進行的全斷面帷幕注漿封堵技術以及在后期所進行的上半斷面信息化跟蹤注漿工法和快挖快封技術證明是切實可行的，在今后的類似工程中具有一定的實踐指導意義。

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