巖溶隧道塌方冒頂處理技術(shù)

張忠義ZHANG Zhong-yi

（中鐵二十局集團(tuán)第二工程有限公司，北京100097）

0 引言

巖溶是面臨的施工難題，巖溶對山嶺隧道的危害主要表現(xiàn)在：洞害、水害、洞穴充填物及坍塌、洞頂?shù)乇硭荨Ｔ趲r溶區(qū)山嶺隧道的施工過程中，采用合理的施工技術(shù)對隧道安全施工有著重要的作用。大獨(dú)山隧道溶洞冒頂處理技術(shù)論述了隧道溶洞冒頂?shù)奶幚碓O(shè)計(jì)、施工方法和技術(shù)措施。

1 工程概況

大獨(dú)山隧道全長11882m，最大埋深380m。大獨(dú)山隧道可溶巖長度為9063m，洞身斷層破碎帶發(fā)育，發(fā)育區(qū)域斷層7處，物探解譯斷層11處，可溶巖與非可溶巖接觸帶6處，下穿暗河1處，隧道最大涌水量為170000m3/d。隧道通過可溶巖段巖溶、巖溶水及斷層破碎帶極可能發(fā)生突水突泥現(xiàn)象、地表塌陷等現(xiàn)象。

2 塌方冒頂情況描述

2013年5月1日，大獨(dú)山隧道平導(dǎo)施工至PD1K854+257時(shí)，掌子面溶蝕破碎巖體局部擠出，并引起拱部軟弱圍巖滑溜，形成一高約10～15m，環(huán)向長約4m，縱向長約2m的空腔，地表出現(xiàn)塌陷。5月5日～6月8日當(dāng)?shù)亟涤贻^大，大量地表水涌入洞內(nèi)，掌子面圍巖軟化，呈塊狀及泥土狀，掌子面涌出泥土達(dá)1000方左右，將平導(dǎo)掩埋長約350m，地表陷坑進(jìn)一步擴(kuò)大，深度分別約為15m及30m，直徑20～45m不等。地表陷坑觀察，巖體擠壓揉皺嚴(yán)重，多呈碎塊及粉末狀。

3 塌方及冒頂發(fā)生原因分析

①巖溶及巖溶水發(fā)育是主因。此塌方段地質(zhì)為灰黃色薄～中層狀泥頁巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，溶蝕破碎嚴(yán)重，基巖裂隙水發(fā)育，地表溝水順節(jié)理裂隙下滲與平導(dǎo)洞內(nèi)連通，洞內(nèi)多呈股狀及淋雨?duì)盍鞒觯瑖鷰r呈飽水狀態(tài)，巖體遇水浸泡后軟化較快，部分泥化，圍巖穩(wěn)定性差。②持續(xù)降雨對隧道施工影響較大。由于隧道上方巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，地表水很容易滲入，尤其是出現(xiàn)地表裂縫后，地表水可以迅速滲到洞內(nèi)。又正處于雨季，連續(xù)的降雨增加洞頂荷載，使洞頂圍巖自穩(wěn)能力變差。

4 塌方冒頂處理

4.1 總體方案 按照先地表后洞內(nèi)的順序處理。在處理地表前用洞碴對掌子面進(jìn)行回填反壓以防止塌陷進(jìn)一步擴(kuò)大。先對塌陷區(qū)上游地表水進(jìn)行引排并將塌陷區(qū)內(nèi)的積水抽排干凈，在塌陷內(nèi)積水抽排后對塌陷穴進(jìn)行分層壓實(shí)回填并對回填體進(jìn)行注漿加固。洞內(nèi)清淤后對塌方腔內(nèi)松散土石及掌子面前方進(jìn)行周邊注漿補(bǔ)強(qiáng)加固。然后再采用不開挖工作室的跟管大管棚及預(yù)留核心土工法開挖等技術(shù)方案，同時(shí)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、監(jiān)控量測等措施確保安全順利通過。

4.2 地表處理 地表水臨時(shí)引排：在既有河溝上游100米處采用沙袋堆碼擋水墻，并埋設(shè)3根φ600PVC管，將沖溝水引至下游。塌腔處理：①先將塌腔內(nèi)積水抽排干凈后對塌腔填充物進(jìn)行整平，并對填充物進(jìn)行Ⅰ期鋼花管注漿加固，鋼花管采用φ75鋼管，鋼花管施工至拱頂以上4m。鋼花管采用60cm×60cm梅花型布置。大約長29.5m。注漿采用1:1水泥漿。②將附近的山包移挖做填，分層壓實(shí)回填至原有水溝頂面。回填后對開挖段邊坡進(jìn)行防護(hù)，并在塹頂修截水溝。邊坡防護(hù)采用噴錨網(wǎng)護(hù)坡。③陷坑回填至改移溝頂后，進(jìn)行Ⅱ期溝底注漿固結(jié)止水。注漿采用φ75鋼花管，鋼花管長9m。鋼花管采用60cm×60cm間距梅花型布置。注漿采用1:1水泥漿。④水溝鋪砌：由于上游匯水面積較大，有兩條溝的水匯集到此處，采用底寬3m，1:1邊坡，高1.5m的水溝。水溝先做一層10cm厚的噴射C25混凝土，然后鋪設(shè)一層防水板，然后采用30cm厚的漿砌片石鋪砌。待洞內(nèi)開挖通過后拆除臨時(shí)排水管道恢復(fù)地表水溝。

4.3 洞內(nèi)處理

4.3.1 注漿加固 PD1K854+247～+297段采用超前周邊注漿加固。①注漿參數(shù)：單孔有效擴(kuò)散半徑2m，孔底間距3.0m；注漿范圍為隧道開挖輪廓線外5m；注漿終壓為1.5～2.0MPa；注漿開孔直徑不小于108mm，終孔直徑不小于90mm；每循環(huán)注漿段落30m，每循環(huán)搭接5m。②注漿材料及配合比。注漿材料主要為水泥漿液，水泥水玻璃雙液漿主要在封孔或涌突水時(shí)用。水泥：32.5號普通硅酸鹽水泥；水玻璃：波美度 Be'=40；水泥漿水灰比＝0.8～1：1；水泥漿：水玻璃漿液=1：0.8。③超前周邊注漿施工。注漿采用前進(jìn)式分段注漿施工。在施工過程中總體上按照先外圈后內(nèi)圈、先淺孔后深孔、由外而內(nèi)的順序進(jìn)行施工，鉆孔開孔直徑不小于108mm，終孔直徑不小于90mm。第一循環(huán)鉆至12m進(jìn)行注漿作業(yè)，第二至四循環(huán)分別鉆進(jìn)為19mm、24.5m和30m，注漿一次。

4.3.2 加強(qiáng)超前支護(hù) PD1K854+257～+297段拱部設(shè)置2環(huán)25m大管棚加強(qiáng)支護(hù)，鋼管采用φ108鋼花管，管棚壁厚6mm，環(huán)向間距50cm，搭接5m，每環(huán)18根。采用水泥漿注漿，注漿壓力控制在1.0～2.0MPa。

大管棚施工技術(shù)要點(diǎn)：①不開挖管棚工作室。由于塌方冒頂級地質(zhì)情況較差，為確保施工安全，不開挖管棚施工的工作室，而是采用在臨近塌方冒頂掌子面的拱架內(nèi)側(cè)通過支架安裝管棚的導(dǎo)向管，導(dǎo)向管下設(shè)置拱架作為管棚套拱。②導(dǎo)向管安裝。測量放線定點(diǎn)后進(jìn)行導(dǎo)向管定位，安裝1m長導(dǎo)向管，導(dǎo)向管與鋼拱架焊成一體，保證導(dǎo)向管穩(wěn)固牢靠，并用全站儀準(zhǔn)確測量其角度及方向，確保與設(shè)計(jì)值一致。③套拱施工。在導(dǎo)向管下面安裝I16拱架作為套拱拱架，將I16套拱拱架焊接在初支的I16拱架上，在焊接處增加鎖腳錨桿，對PD1K854+257～PD1K854+258段進(jìn)行噴射混凝土施工，形成整體。④根管鉆施工。1）大管棚作業(yè)平臺及施工角度。根據(jù)大管棚角度，將通過鉆桿向后延伸在確保鉆機(jī)操作空間的前提下確定鉆機(jī)的位置、方向，利用方木搭設(shè)作業(yè)平臺。鉆機(jī)選用MK-5型鉆機(jī)，鉆孔直徑最大可達(dá)到130mm。注漿泵采用雙缸雙作用注漿泵，選用YZB-100/9液壓注漿泵，其排漿壓力可在0～9MPa調(diào)節(jié)。2）利用跟管鉆施工φ108管棚，管內(nèi)設(shè)鋼筋籠（4根φ18鋼筋）增加大管棚剛度，注漿漿液采用水泥凈漿，注漿壓力控制在1.0～2.0Mpa。

4.3.3 錨噴支護(hù)加強(qiáng) PD1K854+257～+297段采用Ⅰ16型鋼鋼架錨噴封閉成環(huán)，間距50cm，每榀鋼架拱角設(shè)置2根Φ42鎖腳小導(dǎo)管，單根長3m。

4.3.4 預(yù)留核心土工法開挖 因塌方回填體較高并且自穩(wěn)能力較差，塌方跨度較大。PD1K854+257～+297段采取預(yù)留核心土工法開挖，將開挖斷面變小，在開挖過程中支撐拱架盡早封閉成環(huán)。開挖時(shí)每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～0.6m之間，錨噴支護(hù)做到隨挖隨支。塌方段通過后再根據(jù)掌子面圍巖情況確定開挖工法。

4.4 施工安全注意事項(xiàng) ①加強(qiáng)監(jiān)控量測。②未塌方地段加固時(shí)不破壞原有支護(hù)結(jié)構(gòu)。③做好地表沉陷處的安全防護(hù)，專人看守，杜絕非施工人員進(jìn)入塌陷區(qū)域。④開挖嚴(yán)格按照預(yù)留核心土工法進(jìn)行。

5 實(shí)施效果

大獨(dú)山隧道平導(dǎo)塌方冒頂處理歷經(jīng)90天完成了塌方段的開挖及錨噴支護(hù)，整個(gè)施工過程安全順利，最大拱頂下沉量為85mm。

6 結(jié)語

本文介紹的喀斯特地質(zhì)條件下高速鐵路的塌方冒頂處理技術(shù)對于今后地質(zhì)復(fù)雜條件下的鐵路隧道建設(shè)具有一定的指導(dǎo)和參考意義。

[1]孫連偉.通過隧道塌方冒頂段施工技術(shù)[J].隧道建設(shè)，2009，29（3）：229-341.

[2]何成滔，王小林，肖鵬飛.淺埋偏壓段隧道塌方綜合處理技術(shù)[J].鐵道建筑，2010（11）：54-56.

[3]楊杰.新建包西鐵路東山二號隧道塌方工程地質(zhì)特征分析[J].鐵道建筑，2011（1）：24-26.