淺埋巖溶隧道下穿河流段施工技術

宋朋超，孫星亮（石家莊鐵道大學，河北 石家莊　050043）

淺埋巖溶隧道下穿河流段施工技術

宋朋超，孫星亮
（石家莊鐵道大學，河北 石家莊050043）

丫口寨隧道處于溶蝕洼地，埋深淺，圍巖差，在下穿明河過程中易導致隧道上方土體變形量過大，影響隧道施工。針對該施工難點并結合當地實際情況，提出了河道臨時改移、河道底施作防水毯與洞內采用銑挖法施工、隧道左右兩側施作旋噴樁墻+洞內超前帷幕注漿、地表注漿加固+洞內全斷面超前注漿4種方法。通過綜合比選最終確定采用上游修建擋水圍堰+洞內超前帷幕注漿+銑挖法施工+監控量測的方法，實施效果良好。

巖溶隧道；明河；淺埋；施工方案

1　工程概況

丫口寨隧道位于安順西—關嶺站區間，為設計時速350 km客運專線雙線隧道。隧道進口里程D2K845 +478，出口里程D2K849+975，全長4 497 m。隧道進口緊鄰克地壩陵河特大橋昆明端橋臺、出口接路基，隧道最大埋深約328 m。

丫口寨隧道通過區為巖溶地帶，上部為第四系全新統坡洪積層黏土、松軟土、坡殘積層黏土；下伏基巖為三疊系中統關嶺組三段白云巖、白云質灰巖；三疊系中統關嶺組二段灰巖、泥質白云巖、白云巖夾泥巖；三疊系下統永寧鎮組二段白云巖、白云質灰巖、灰巖夾泥灰巖、泥巖夾砂巖、灰巖。總體來說，圍巖大多是碳酸鹽等可溶性巖石，承載能力差。

隧道洞身分別穿過F1斷層、燕子巖斷層、丁頭山背斜及麻龍宮斷層。D2K845+885—D2K845+295段隧道埋深較淺，最小埋深約22 m，且下穿河流。河寬約15～20 m，深1.5～3 m，主要為上游高寨水庫放水至下游灌溉用，常年有水，水量較大［1］，見圖1。

2　下穿河流段施工風險

1）圍巖差，埋深淺。隧址區圍巖等級一般為Ⅴ級，巖性較差，隧道下穿河流段的最小埋深約為11 m，由《鐵路隧道設計規范》（TB 10003—2005）規定可知，丫口寨隧道為淺埋隧道，施工時易發生隧道拱頂沉降和過大水平收斂，也易引起拱頂沉陷、露頂等工程事故。

圖1　地表明河

2）河流下滲。從工程實踐中可以看出，水對隧道施工的影響巨大，尤其是對巖溶隧道。圍巖遇水發生化學反應，使巖體強度降低，不利于隧道的施工。

3）巖溶。對丫口寨隧道影響嚴重的溶蝕形式主要為溶洞和暗河［2-3］。在施工過程中容易引起突水突泥，影響正常隧道施工，威脅施工人員的安全。

4）工程爆破可能危及當地房屋安全。隧址區村民房屋大部分抗震等級不高，爆破開挖時產生的震動易引起房屋傾斜，甚至倒塌。

3　施工方案

為保證施工進度和施工人員安全，綜合考慮各種因素的影響，提出了4種施工方案。

3.1河道臨時改移

根據國內外相關隧道的施工經驗，河道臨時改移是一種普遍的做法。此次溝槽設計的長度為200 m，寬度為10 m，材料采用M10漿砌片石。

施工過程：

1）根據當地水文地質資料，了解河流的基本情況，如河流旱澇的時間。應避開汛期，選擇在旱季進行施工，減少施工量，加快施工進度。

2）根據現場實際情況，測量放線；施工機械人員按照設計線進行開挖，必要時也可以進行人工開挖。開挖隧道時，避免河流堵塞，應根據實際情況，調整開挖河道的深度。

3）隧道成功下穿河流后，把改移河流重新恢復。在河流改移回原位置之前，先對原河道進行加固，采用C20混凝土鋪砌，鋪砌厚度50 cm，鋪砌長度沿河流長100 m，寬度約為16 m。改良后的河道斷面見圖2。

3.2河道底施作防水毯與洞內采用銑挖法施工

防水毯（GCL）是一種新型土工合成材料。膨潤土防水毯前身為膨潤土防水板，從20世紀60年代開始在地下工程防水領域中得到廣泛應用［4］。防水毯由經過級配的天然膨潤土顆粒和相應的外加劑混合均勻而成，經特殊的工藝及設備，把膨潤土顆粒固定在兩層土工布之間，制成膨潤土防滲毯，能適應混凝土結構伸縮變形，且具有簡便宜修補、防水效果持久等優點。因此該隧道開挖也可采取此措施進行防護。

銑挖法是將銑挖機安裝在液壓挖掘機上，主要應用于隧道開挖以及洞室輪廓的修正、橫洞開挖等，具有低震動、低噪音、適用范圍廣、可精確控制施工、安全性好、靈活性好等優點［5］。在對現場進行考察與調研過程中，考慮到當地居民的要求和施工對房屋的影響，可以考慮采用此施工方法。

具體施工過程：

1）先在隧道上方河流處修建一定范圍的擋水圍堰，為鋪防水毯作準備。

2）利用機械在圍堰內進行抽水，清除河底淤泥，并鋪設防水毯。

3）洞內利用銑挖機對隧道進行開挖，同時注意及時出渣和及時排水。

4）拆除圍堰，再循環施工，直到隧道順利通過河流。

3.3隧道兩側施作旋噴樁墻與洞內超前帷幕注漿

此方案考慮到河底巖層中水的滲流對隧道的影響和施工空間的限制，同時也為了減小施工對環境的影響，選擇了先施工隧道兩側旋噴樁，形成止水墻，再利用超前注漿小導管，對隧道周邊圍巖（主要是隧道上部與下部）進行注漿加固，最終在隧道周邊形成止水帷幕。

施工過程：

1）根據現場實際情況測量放線，確定隧道施工范圍。

2）根據施工設計要求，利用相關機械在距離隧道兩側1.5 m處布孔施工豎向旋噴樁，旋噴樁直徑為600 mm，間隔400 mm，樁長30 m（結構底板下1 m），豎向旋噴樁之間進行錯縫咬合，形成防水墻。利用防水墻的滲流系數遠小于原裝土來防止地下水的滲流，達到止水目的［6］。

3）在隧洞內，鉆孔以隧道軸線為中心呈傘狀分布。鉆孔過程中應嚴格控制孔位、傾角及方位角，在注漿加固破碎圍巖的同時，也可以起到止水的作用（加固圈寬度：左右約1.5 m，上下約2.5 m），見圖3。旋噴樁墻和超前帷幕注漿最終效果見圖4。

圖3　洞內超前注漿

圖4　旋噴樁墻與超前帷幕注漿最終效果

3.4地表注漿加固+洞內全斷面超前注漿

此方法的原理：通過對軟弱巖層進行注漿，來達到加固軟弱圍巖、防止河水下滲的目的。

主要施工過程：

1）修建圍堰并抽水、清除淤泥，在隧道上方地表一定范圍鉆孔并注漿；同時也在隧道兩側5 m范圍內進行注漿。

2）隧道內，利用超前注漿小導管進行全斷面超前注漿，上下臺階交界處與隧道底部設排水孔，及時排出洞內的水和注漿所產生的水。

4　方案對比

1）河道臨時改移。該方案適用于中等或小型河流，河寬一般不超過 16 m，造價較低，流量不超過1 800 m3/h，工期一般為2個月。但因隧道施工需要拆除相關房屋，相關施工費用較高，前期整治時間長，無防止水流下滲相關措施，前期對圍巖的擾動較大。

2）河道底施作防水毯與洞內采用銑挖法施工。該方案適用于河流較寬的大型河流，河寬一般不小于16 m；工期一般為2～3個月，能有效控制河流向下滲水，防滲效果好。但對河流周邊水的防滲效果弱，造價也較高；對河床平整度要求較高。

3）隧道左右兩側施作旋噴樁墻 +洞內超前帷幕注漿。該方案適用于軟弱圍巖如土質、砂質、泥質地層，工期為2～3個月；可以有效防止河水下滲；可加固地層，改善圍巖條件。但施工成本較高；對施工技術要求也較高；地層改良的效果受深度的影響；施工難度也較大。

4）地表注漿加固 +洞內全斷面超前注漿。適用于地勢較平坦和易于鉆孔、注漿的區域；可加固地層，改善圍巖；可有效控制河水下滲。但施工費用較高；工期較長，一般為3～4個月；施工技術復雜，對施工人員技術要求較高；對施工場地和運輸條件有一定的要求。

考慮現場的實際情況、施工條件等因素的影響，研究決定采用的方案為上游修建圍堰+洞內超前帷幕注漿+銑挖法施工+監控量測。

主要施工流程：

1）修建擋水圍堰。首先在河流的上游修建圍堰，并安裝抽水泵，通過長300 m，直徑40 cm的排水管道抽水，然后對河床進行整治，如注漿加固、鋪設防水墊層，最后拆除擋水圍堰，恢復河道。

2）洞內超前帷幕注漿堵水。隧道洞內利用導管進行超前帷幕注漿，加固四周圍巖。在下臺階設置排水孔，及時排水，嚴格按照設計進行施工，確保施工安全。注漿孔和排水孔布置見圖5。

圖5　注漿孔與排水孔布置（單位：cm）

3）采用銑挖法施工。因爆破施工后會對所在地區樓房產生不利影響，并且爆破也會擾動圍巖，不利于施工安全。而利用銑挖機開挖在滿足正常施工的同時，可以減弱對圍巖的擾動。

施工方法為三臺階法，按照“新奧法”施工原理進行加固與支護［7］。上臺階開挖時，因需要預留核心土，所以先用銑挖機挖除核心土附近的巖石，由下向上、由中間向四周開挖。下臺階施工時，先開挖右側0.6 m，再開挖左側0.6 m，以防止圍巖變形量過大。開挖過程中應及時出渣，保證交通順暢。如果遇到難以挖除的土體，不應該用機械強制開挖，而應該機械與人配合開挖，嚴禁超挖。

4）加強圍巖變形監控量測。在隧道施工過程中對隧道圍巖動態監測，根據量測結果，調整設計支護參數或施工方法，以期達到穩定的目的［8］。根據丫口寨隧道的斷面形狀、圍巖情況、開挖方法等因素，布置5個測點，即拱頂1個測點，上臺階與下臺階各2個測點。隧道實測變形曲線見圖6。可見，隧道頂部變形最大，約為26 mm，隨著時間的增加，隧道頂部下沉速率逐漸變小，在42 d左右其變形趨于穩定。此方法有效控制了圍巖的變形，提高了圍巖的自承能力，可確保施工的正常進行。

圖6　隧道實測變形曲線

5　結語

針對丫口寨隧道實際存在的問題，如巖溶地質、淺埋、圍巖差等，對4種施工方案進行了比選，最終采用上游修建圍堰+洞內采用超前帷幕注漿+銑挖法施工+監控量測的方法施工，并取得了良好的效果。

［1］邢邵川.富水巖溶隧道施工技術研究［D］.北京：北京交通大學，2014.

［2］馬云飛.有壓巖溶大斷面隧道安全性分析［D］.石家莊：石家莊鐵道大學，2014.

［3］馮衛星.鐵道隧道設計［M］.成都：西南交通大學出版社，1998.

［4］蔡瑋，孫文龍，聶偉，等.北京地鐵10號線明挖區間防水毯施工方法［J］.鐵道標準設計，2008（12）：184-188.

［5］韓常領，張為民，趙永國.銑挖法在軟巖隧道開挖中的應用［J］.中外公路，2008，29（4）：377-379.

［6］錢萬周.深層攪拌止水帷幕在軟土地層施工中的應用［J］.山西建筑，2008，34（25）：115-116.

［7］朱永全，宋玉香.隧道工程［M］.北京：中國鐵道出版社，2007.

［8］密士文，龔書林.隧道監控量測的數據處理及分析［J］.中國西部科技，2010，9（1）：32-50.

（責任審編葛全紅）

Construction Technology of Shallow-buried Karst Tunnel Driving Under River

SONG Pengchao，SUN Xingliang
（Shijiazhuang Tiedao University，Shijiazhuang Hebei 050043，China）

Yakouzai tunnel is a karst tunnel under a running river，a shallow-buried depth and poor surroundings causing large deformation at the tunnel top during the excavation process.Four construction programs were proposed based on the construction difficulties and local situation，including temporary river route change，waterproof carpet in river bottom and milling excavation in tunnel，jet grouting pile and advanced curtain of grouting hole in tunnel，surface grouting reinforcement and grouting inside the hole.A comprehensive construction program was proposed，composed of an innovative construction of retaining cofferdam，advanced curtain grouting，milling excavation and monitoring of construction.Its effect was good.

Karst tunnel；Running river；Shallow-buried；Construction program

U455.4

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.20

1003-1995（2016）08-0083-04

2016-03-22；

2016-05-24

宋朋超（1990— ），男，碩士研究生。