淺談武靖高速洞頭山隧道巖溶處治方案

【摘要】巖溶是可溶性巖層（如石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r等）受具有溶解能力（含CO2）的水的長期作用而產(chǎn)生的，由于溶蝕的形成、位置、塌陷作用的不同，巖溶體形態(tài)、大小也不同。以洞頭山隧道在施工中所遇巖溶處治方案為例，介紹在該類溶巖處治過程中的一些施工方法，供類似隧道巖溶處治參考。

【關(guān)鍵詞】公路隧道；巖溶；處治方案

1、工程概況

1.1工程概述

武靖高速洞頭山隧道位于邵陽市城步縣丹口鎮(zhèn)至長鋪?zhàn)渔?zhèn)為分離式隧道，隧道呈曲線型展布，隧道總體軸線方向約309°；左線隧道起訖樁號(hào)ZK37+270～ZK38+620，總長1350m，隧道最大埋深約247m，位于ZK37+740。右線隧道起訖樁號(hào)YK37+285～YK38+600，總長1315m，隧道最大埋深約243m，位于YK37+720處。隧道形式為離式，凈空（寬×高）均為10.25×5m，采用電光照明，機(jī)械通風(fēng)。隧道洞門形式進(jìn)口均為端墻式，出口均為削竹式。

1.2 巖溶的基本特征

2016年5月17日洞頭山隧道右洞出口掌子面向進(jìn)口方向開挖至YK38+001，右線隧道剩余86貫通，在施工超前探孔時(shí)發(fā)生涌水現(xiàn)象，初始涌水含大量泥質(zhì)填充物，初始涌水量約1500m3/d。現(xiàn)場采取了相關(guān)應(yīng)急措施后，在上臺(tái)階掌子面中部施工三個(gè)泄水孔進(jìn)行排水，排水三天后，掌子面涌水量減小至400m3/d。

通過對(duì)掌子面超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地表水系調(diào)查、洞內(nèi)45～50m超前小平鉆孔等地質(zhì)資料確定：YK37+915～YK38+001段主巖溶發(fā)育段，灰?guī)r帶寬約75米，與隧道交角約60o，區(qū)段內(nèi)巖溶溶腔發(fā)育，在YK37+920～YK37+945段、YK37+960～YK37+990段形成兩大主要溶腔，溶腔內(nèi)富含巖溶水為進(jìn)、出口掌子面涌水的主要原因。

2、巖溶段總體施工方案

2.1總體處置方案

采用長管棚對(duì)拱部土體進(jìn)注漿加固，管棚內(nèi)置4根Φ20鋼筋籠，形成較大剛度的棚架固結(jié)支護(hù)體系，保證下方開挖施工的安全?？紤]本段拱部以上均為巖溶空腔填充體，目前能探測到的厚度已超7m厚，管棚的注漿加固范圍有限，主要起大剛度棚架作用。當(dāng)拱部填充體厚度較大時(shí)，恐難以滿足支護(hù)剛度要求，同時(shí)邊墻無管棚部位也需進(jìn)行超前加固，避免邊墻部位產(chǎn)生涌水涌泥。為保證施工和后期結(jié)構(gòu)安全，彌補(bǔ)管棚加固范圍較小的不足， 采用4.5m長Φ42mm小導(dǎo)管進(jìn)行全斷面徑向注漿加固（仰拱部位可根據(jù)實(shí)際開挖后地質(zhì)條件現(xiàn)場確定是否進(jìn)行注漿加固）。具體步序如下：

⑴洞內(nèi)管棚套拱施工，套拱內(nèi)設(shè)置4榀I20b工字鋼架。

⑵洞內(nèi)管棚施工及注漿。

⑶掌子面突水突泥預(yù)注漿

⑷施工超前小導(dǎo)管。

⑸開挖掘進(jìn)。

2.2管棚施工（跟管鉆）

2.2.1大管棚設(shè)計(jì)要求

1.導(dǎo)管規(guī)格：采用Φ108mm，壁厚6mm的熱軋無縫鋼管，節(jié)長3m、6m；

2.管距：環(huán)向間距中至中40cm；

3.外插角：鋼管軸線與襯砌外緣線5°～6°；

4.注漿材料：水泥P.O42.5，水泥漿水灰比：0.5：1，水泥漿液與水玻璃1：0.25；注漿壓力：0.5～1mpa，終壓2mpa；水玻璃濃度：35波美度，水玻璃模數(shù)：2.4。

5.鋼管施工誤差：徑向不大于20cm；

6.長度：管棚平均入土長度為28m；

7.鋼花管上鉆注漿孔，孔徑10mm，孔間距30cm×30cm，呈梅花型布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段350cm；

8.鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長度15cm，隧道縱向同一斷面處得接頭數(shù)量不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少錯(cuò)開1m；

9.套拱基底承載力大于0.3mpa；

2.2.2施工準(zhǔn)備

2.2.2.1技術(shù)準(zhǔn)備

測量組根據(jù)隧道施工圖紙和有關(guān)勘測資料，對(duì)交付使用的隧道軸線樁、平面控制三角網(wǎng)基點(diǎn)樁及高程控制的水準(zhǔn)基樁等，進(jìn)行詳細(xì)的測量檢測和核對(duì)，將測量成果報(bào)送監(jiān)理工程師。

進(jìn)行洞頂沉降觀測點(diǎn)，基點(diǎn)布設(shè)，并取得第一組數(shù)據(jù)。

工程技術(shù)部組織技術(shù)人員熟悉施工圖紙、明白設(shè)計(jì)意圖，編制隧道施工方案，對(duì)作業(yè)班組進(jìn)行技術(shù)交底。

2.2.2.2試驗(yàn)準(zhǔn)備

C25混凝土配合比在施工前由試驗(yàn)室試配完畢，并經(jīng)監(jiān)理工程師審批。混凝土所用原材進(jìn)場后進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)進(jìn)場的鋼筋進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。確保材料全部合格。

由于套拱基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求基底地基承載力為>0.3MPa，當(dāng)套拱基礎(chǔ)底部整平壓實(shí)后，通知試驗(yàn)室做地基承載力試驗(yàn)，當(dāng)?shù)鼗休d力數(shù)值大于0.3MPa時(shí)，且監(jiān)理工程師認(rèn)可后即可進(jìn)行下一道工序施工；如果地基承載小于0.3MPa，立即反饋技術(shù)部，經(jīng)技術(shù)部同設(shè)計(jì)溝通后確定處理方案后進(jìn)行處理，確保套拱基礎(chǔ)的承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2.3物資準(zhǔn)備

套拱混凝土在拌和站集中拌合，施工前提前聯(lián)系拌和站，確保套拱施工所需的各種強(qiáng)度的混凝土原材備料充足，能夠滿足施工需要。管棚注漿漿液（水泥漿水灰比：0.5：1）在現(xiàn)場根據(jù)試驗(yàn)室提供的配合比進(jìn)行拌制。

套拱鋼筋及模板支撐鋼拱架在鋼筋加工場統(tǒng)一加工，確保施工前能夠?qū)⑻坠笆┕に枰匿摻?、鋼拱架加工成型?/p>

2.2.3施工方案

2.2.3.1 施工順序

施工準(zhǔn)備→測量放樣→套拱基礎(chǔ)澆筑→套拱澆筑→搭設(shè)工作平臺(tái)→鉆孔、清孔、驗(yàn)孔→報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收→安裝管棚→注漿→封孔。

2.2.4施工工藝

2.2.4.1測量放樣

由測量組將套拱位置放出，采用紅油漆標(biāo)記；將套拱基礎(chǔ)開挖線放出、并撒上白灰線標(biāo)記。

2.2.4.2套拱施工

2.2.4.2.1施工套拱基礎(chǔ)、安裝套拱底模、綁扎鋼筋、安裝導(dǎo)向管、安裝堵頭板

套拱基礎(chǔ)施工完成后，安裝套拱底模。

套拱底模采用弧形I18工字鋼做底模支持，工字鋼每榀間距為60cm，工字鋼之間用Ф20鋼筋縱向焊接連接以保證底模的整體性，縱向連接鋼筋環(huán)向間距為1.0m。

⑴套拱基礎(chǔ)施工完畢后，在基礎(chǔ)邊墻內(nèi)側(cè)順邊墻基礎(chǔ)底面使用混凝土進(jìn)行硬化。

⑵在2米套拱段架設(shè)整榀工字鋼（間距為60cm），架立的工字鋼底端與預(yù)埋的工字鋼焊接牢固。工字鋼之間采用25的螺紋鋼縱向連接。

⑶待工字鋼搭設(shè)加固好以后，將厚/寬（5cm/30cm）的木板通過鋼筋固定在工字鋼上作為底模；

⑷底模安裝完之后根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙由測量組對(duì)Φ127導(dǎo)向鋼管進(jìn)行定位測量。導(dǎo)向鋼管位置及角度確定后，用Φ12鋼筋焊接固定牢固。導(dǎo)向管兩端頭用泡沫制成的塞子將管口塞住防止混凝土流入管中。

⑸套拱鋼筋綁扎完成后，在套拱鋼架上焊接法向80cm長的Ф22的架立鋼筋，架立鋼筋環(huán)向間距為90cm，縱向間距為100cm。沿套拱外邊緣線外側(cè)5cm位置設(shè)置Ф22的外模外箍筋，外箍筋順線性和架立鋼筋焊接固定。外模采用厚×寬=3×30cm的木板拼裝組合而成，外模模板采用鉛絲同外箍筋綁扎固定。以保證套拱混凝土厚度，外模隨套拱混凝土施工，由下至上逐段安裝每次安裝3個(gè)塊段。

2.2.4.2.2澆筑套拱混凝土

套拱混凝土的澆筑采用地泵送入模，在套拱長邊每隔3m設(shè)一個(gè)澆筑入口，每澆筑50cm采用插入式振搗棒振搗一次，振搗密實(shí)的標(biāo)準(zhǔn)為：混凝土不在下沉，混凝土不出現(xiàn)氣泡。左、右對(duì)稱澆筑，澆筑過程中保證左、右側(cè)混凝土的高差不能超過60cm。

2.2.5大管棚施工

2.2.5.1鉆孔及安裝

鉆孔從兩側(cè)拱腳開始由下而上間隔鉆孔，首次只鉆奇數(shù)孔，當(dāng)奇數(shù)孔注漿完成后，再跟偶數(shù)孔，以檢驗(yàn)奇數(shù)孔的注漿質(zhì)量。

管在專用的管床上加工好絲扣，管節(jié)長度為3.0m和6.0m二種，導(dǎo)管四周鉆設(shè)孔徑15mm注漿孔（靠孔口3.5m處的棚管不鉆孔），孔間距30cm。奇數(shù)號(hào)孔采用注漿鋼花管，鋼花管由熱軋無縫鋼管加工而成，即在鋼花管壁上設(shè)置12mm直徑的注漿孔，呈梅花形布置，孔間距為30×30cm。

管棚施工中，用棚管代替鉆桿，其最前端加裝導(dǎo)向鉆頭，后續(xù)棚管之間采用絲扣進(jìn)行連接，利用水平定向鉆機(jī)將棚管依次打人土體中。在鉆進(jìn)過程中，依據(jù)導(dǎo)向鉆頭內(nèi)置的定位傳感器傳出的角度信號(hào)，對(duì)鉆進(jìn)角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使棚管按設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。管棚鉆設(shè)中，管壁和土體摩擦力隨著鉆孔深度增加而增加，為了減少摩擦力，在鉆孔中，同時(shí)往孔內(nèi)加壓注潤滑劑。當(dāng)棚管打進(jìn)至設(shè)計(jì)深度后，撤回定位傳感器，隨后立即向管內(nèi)注漿。

加工大樣圖見鋼花管加工大樣圖。

接長鋼管應(yīng)滿足受力要求，相鄰鋼管的接頭應(yīng)前后錯(cuò)開。同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%，相鄰鋼管接頭至少錯(cuò)開1m。

2.2.5.2注漿

完成所用奇數(shù)孔鋼管的下管后，在管端頭焊接止?jié){閥，并用砂漿將導(dǎo)向管與管棚間的縫隙填塞住，并預(yù)留排氣孔，待砂漿凝固后準(zhǔn)備注漿。

連接注漿管路后，利用注漿泵先壓水檢查管路是否漏水，設(shè)備狀態(tài)是否正常，而后再做壓水試驗(yàn)。以檢查設(shè)備的完好性。

漿液及凝膠時(shí)間控制：注漿前先進(jìn)行注漿現(xiàn)場試驗(yàn)，以調(diào)整注漿參數(shù)，注漿壓力取初壓0.5Mpa，終壓2.0MPa。

注漿要先注單號(hào)孔，雙號(hào)孔作為觀察孔，以觀察單號(hào)孔的注漿效果。

2.2.6施工質(zhì)量要求

2.2.6.1鉆孔前，精確測定孔的平面位置、傾角、外插角，并對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)。

2.2.6.2鉆孔外插角5°～6°以為宜，工點(diǎn)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作調(diào)整。鉆孔仰角的確定應(yīng)視鉆孔深度及鉆桿強(qiáng)度而定，一般控制在5°～6°。施工中應(yīng)嚴(yán)格控制鉆機(jī)下沉量及左右偏移量。

2.2.6.3嚴(yán)格控制鉆孔平面位置，管棚不得侵入隧道開挖線內(nèi)，相鄰的鋼管不得相撞和立交。

2.2.6.4經(jīng)常量測孔的斜度，發(fā)現(xiàn)誤差超限及時(shí)糾正，至終孔仍超限者應(yīng)封孔，原位重鉆。

2.2.6.5掌握好開鉆與正常鉆進(jìn)的壓力和速度，防止斷桿。

2.2.6.6孔徑比管棚鋼管直徑大15～30mm，鉆孔順序由高孔位向低孔位進(jìn)行。先鉆奇數(shù)孔，后鉆偶數(shù)孔。

2.2.6.7接頭應(yīng)采用厚壁管箍，上滿絲扣，絲扣長度為15cm。接頭應(yīng)在隧道橫斷面上錯(cuò)開。

2.2.6.8管棚施工前的工作面封閉，噴射混凝土厚度要滿足要求，其誤差小于5cm。孔內(nèi)止?jié){施工難度較大，選擇責(zé)任心強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)豐富的專人負(fù)責(zé)施作。

2.2.6.9管棚施工精度要求極高，不僅應(yīng)測量放樣標(biāo)注孔位，其允許誤差小于1.0cm；就位后的鉆機(jī)應(yīng)以鉆桿前后端的坐標(biāo)測定，前后端三維坐標(biāo)點(diǎn)測定誤差應(yīng)小于0.5cm，并對(duì)每個(gè)孔進(jìn)行編號(hào)。

2.2.6.10管棚鉆進(jìn)過程中密切注意鉆進(jìn)時(shí)的巖層情況并作好詳細(xì)記錄為進(jìn)洞提供初步地質(zhì)情況。

結(jié)語：

巖溶處治根據(jù)所揭露巖溶發(fā)育規(guī)模及隧道位置關(guān)系、地下水情況后期進(jìn)行有針對(duì)性動(dòng)態(tài)處治。施工過程中密切注意觀察掌子面及拱頂滲水情況，對(duì)后方已支護(hù)段進(jìn)行跟蹤監(jiān)控量測。對(duì)巖溶區(qū)已建成隧道，在運(yùn)營過程中可能出現(xiàn)的一些病害，需形成一套完善的處理技術(shù)，并建立一個(gè)后評(píng)價(jià)體系對(duì)其耐久性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)：

[1]（JTG D70-2004）《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[2]（JTG F60-2009）《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》.

[3]（GB50108-2008）《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》.

[4]（GB50086-2001）《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》.

[5]（JTG B04-2010）《公路環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[6]（JTJ 064-98）《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》.

[7]（JTG C30-2002）《公路工程水文勘測設(shè)計(jì)規(guī)范》.

[8]（JTG F80-2004）《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》.

[9]中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，洞頭山隧道施工圖.