注漿法處理南嶺鐵路隧道陷坑

摘 要：本文結合南嶺鐵路隧道地表陷坑整治處理工程實例，全面介紹了采用沿隧道中心線陷坑帷幕鉆孔注漿和沿河道鉆孔注漿技術整治鐵路隧道陷坑的應用。系統性的對鐵路隧道陷坑形成的原因和機理進行了分析，提出了鉆孔注漿技術整治鐵路隧道陷坑的原則和方法。為今后的病害處理提供了參考。

關鍵詞：鐵路隧道；鉆孔注漿；陷坑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.078

1 工程概況

該鐵路隧道位于湖南低山丘陵區，地面高程180～520m，地面高低起伏變化不大，隧道埋深一般，最淺處距離拱頂約28～34m。

該隧道位于京廣線湖南段南部，鐵路經過區域為一復式背斜，背斜的兩翼由測水段砂頁巖組成，背斜的核部主是為白云質灰巖和巖關組下段灰巖。因為處于騎嶺和蓋山兩個剛性巖塊之間，巖石相互作用力會合，使褶皺擠壓變得更為猛烈；區內發育的新中原系NNE向壓性斷裂和燕山期NWW向張性斷裂及構造復合等影響的控制系統。因受龐大的地質構造作用影響，巖層風化破裂，節理裂隙發育；可溶巖巖溶較發育，地表巖溶凹地遍及全區。尤其在復式背斜軸部，褶曲、斷裂發育密集，巖溶極為發育，加之表水嚴重下滲，表水與地下水連通密切，地下水流量較大，潛蝕作用劇烈，沿溶槽、溶溝、溶隙中產生了嚴重的涌砂、突水、涌泥現象，導致地面塌陷、井泉枯竭。

2014年，南嶺隧道病害發展更為嚴重，由第三方單位對該段進行無損檢測，檢測后發現隧道周邊共有8處陷坑，陷坑分布情況如圖1所示，陷坑具體情況見表1所示。

2 病害形成原因分析

2.1 隧道建設時涌水涌泥

該隧道設計年代早，受到時技術條件的限制，對該處地質條件調查不夠詳細導致設計階段時對巖溶地段處理不充分，同時施工時又對對巖溶危害認識不足。以上原因造成隧道病害嚴重，威脅行車安全。自隧道上世紀建成投入運營以來，多次出現影響列車安全平穩運行的事件，嚴重影響了京廣鐵路通道的暢通。經過現場調查，該原因導致目前隧道產生的主要病害有以下幾種情況：

（1）滲漏水嚴重，隧道局部地段襯砌破損，滲漏水情況嚴重。由于該隧道山體內溶洞貫通，貫通的溶洞使得隧道襯砌壓力變大，從而促使了裂縫的發生頻率和發展速度。局部水壓較大的地段甚至出現射水現象，尤其在當時施工時襯砌支護不良和后期養護維護較差的地段表現的更為嚴重，有個別處所甚至沖倒了洞室邊墻。經過現場調查統計，隧道滲漏水環向縫共計219條，累計長度4807m；隧道襯砌表面裂縫77條，累計長度250m；點、面狀滲、滴、漏水180處。

（2）經過現場對隧道襯砌無損檢測發現，局部地段隧道的襯砌厚度不足，局部地段強度不夠，部分地段隧道襯砌背后存在空洞、松散回填物及富水等病害情況。

（3）軌下基礎破壞導致翻漿冒泥甚至涌水涌泥。由于隧道涌水嚴重，隧道底部長期處于浸泡狀態，軌道強度和穩定性大大降低，列車通過時軌道上下跳動導致產生翻漿冒泥，軌枕空吊。現在列車通過的運行速度不斷提高，此現象更加明顯。在列車經過時產生上下跳動，將碎石與砂子排空，吊空最嚴重達0.13m，威脅行車安全。根據衡陽工務段1992年～2002年統計資料K1927+810處（138號避車洞迂回導坑出口，以下簡稱既有迂回導坑出口）最大流量為1411m3/h，最大含砂率為1.23%，1996年以后既有迂回導坑出口流量、含砂率和總砂量明顯增加。據統計，隧道基床沖空、斷裂等病害累計長度達3148m。

（4）中心水溝涌水涌泥導致泥沙淤積排水不暢。道床產生翻漿冒泥后，泥漿、砂漿流入隧道中心排水溝，由于水溝清理不及時，導致排水溝淤塞，嚴重影響了中心水溝的正常使用。

2.2 隧道運營后

隧道運營后，上文所述的涌水、涌沙現象沒有得到有效且及時的綜合整治，中心水溝清理不到位，道床處于浸泡狀態，翻漿冒泥嚴重。地表陷坑沒有及時回填封堵，導致該地段的滲漏水現象一直比較嚴重。雖然運用過程中也進行過鉆孔注漿堵水，但因檢測數據不準確，注漿范圍較小，施工工藝欠缺，效果不明顯，導致病害不斷擴展惡化。

3 主要設計原則

（1）沿隧道中心線兩側注漿。注漿鉆孔底標高距拱頂3.0m；Φ108鋼管下至孔底，鋼管底部注漿充填高度設計不少于10m，設漏漿鉆孔從而控制注漿充填高度，特別控制好注漿壓力在0.3-0.5 MPa。

（2）沿下連溪河道（陷坑主要發生地點）兩側注漿。注漿鉆孔控制參數與沿隧道中心線兩側充填注漿孔相同，注漿鋼管作為支撐連溪河道支墩基礎。

（3）支撐加固既有河道（局部地段）。設100cm*65cm鋼筋混凝土支墩，與既有河道鋼筋河道基礎相連。

4 處理措施

4.1 鉆孔注漿充填

鉆孔注漿充填地下水通道適用于隧道埋深相對較淺、巖溶和陷坑發育且隧道滲漏水嚴重地段注漿止水，包括沿隧道兩側段K1927+935～K1927+990和下連溪段段沿河道100米雙側。方案見圖2。

注漿采用鉆孔注漿方式，注漿充填從隧道頂部3m以上到地面范圍所有空洞，堵塞通向隧道的巖溶通道，減少排入隧道的泥沙流量，降低地下水流速。具體措施如下：

（1）鉆孔布置。沿隧道中心線方向，檢查孔距隧道中線左右兩側各為2.5和7.5m，全長約55m；沿下連溪段，沿河道兩側各兩排間距0.5m梅花樁，延長米約100m。（具體見圖2）

（2）鉆孔平均深度約為35m。

（3）鉆孔直徑Φ120mm，注漿采用Φ108×6mm無縫鋼管。

（4）鋼管連接及孔口保護。為防止注漿孔壁坍塌和漿液上串流失，地表注漿孔口采用Φ120×6mm單層鋼套管護壁，為保護孔口并起導向作用，套管延伸時采用壁厚為Φ120×7.5mm的鋼管箍連接。

（5）鉆孔及注漿順序。鉆孔及注漿均為從北京方向到廣州方向，孔內自下而上分層壓注。

（6）注漿材料。根據探測分析結論，對大的巖溶空洞灌注細石混凝土，小的巖溶空洞灌注水泥砂漿，巖溶裂隙灌注水泥漿。細石混凝土和水泥砂漿均添加膨脹劑，以增加水泥的和易性和填充的密實性，水泥漿的水灰比為1：0.8～1：1.5。

（7）注漿前使用注漿泵壓清水進行壓水試驗，然后沖洗巖石裂隙中的泥沙及充填物。壓水時間應根據空洞大小來確定，一般情況下壓水的時間為10～20分鐘，空洞越大，壓水時間可縮短，復注前一般壓水時間為20～30分鐘。根據壓水試驗資料測得的最大壓力時的泵流量和注漿段高度計算單位鉆孔吸水量，據此確定漿液的初始濃度、各段的注漿壓力資料等可作為鑒定注漿效果的依據之一。

（8）注漿壓力應控制在0.3 MPa（初壓）～0.5MPa（終壓）。

（9）注漿結束標準。一般情況下，每次注漿時應控制好注漿流量和注漿壓力，做到壓力由小到大，流量由大到小，當實際注漿壓力達到設計終壓時，待其穩定20～30分鐘即可結束注漿；當遇到大裂隙，應調整漿液濃度，經過調整漿液濃度仍為達不到終壓標準，但又接近設計時的注漿量時應暫停注漿，等養護1晝夜后再重新注漿。

4.2 地表陷坑及河道加固支撐處理

根據陷穴出現的不同情況，實施不同的方法，以維持地表的生態環境。陷穴底部有基巖出露，采用漿砌片石或塊石填平坑底出露的石筍后用鋼筋混凝土蓋板封閉，并鋪設一層土工布，然后回填土石和0.5m厚粘土，其上植草；一般陷穴地段先鋪設土工布然后再后回填土。

已出現的8個陷坑均位于連溪河及隧道中心線兩側附近，對隧道危害極大，需采用注漿回填，可結合鉆孔注漿處理。施工順序為先灌注細石混凝土充填底部巖溶通道，再回填漿砌片石，鋼筋混凝土座板封閉后，鋪設一層土工布，表層回填1-1.5m粘土，回填的粘土面標高應高出地面0.4m左右。

沿河道兩側建設1m*0.65m鋼筋混凝土注漿封閉層及加固原鋼筋混凝土河道。地表陷坑處理共8處。見圖3所示。

5 處理成效

按此方法對南嶺隧道進行陷坑及河道回填加固處理后，成效顯著，2、3、4、7號陷坑得到了明顯的控制，其它陷坑發展也得到了一定的控制，發展變化速度明顯降低。該處的生態環境尤其是水土保持得到了明顯的提升，隧道滲漏水量也明顯減少。基床得以穩定，軌枕空吊消除，翻漿冒泥不再出現，線路平順度明顯提升。

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作者簡介：曾錕（1984-），男，陜西漢中人，本科，講師，研究方向：鐵路選線、鐵路線路病害分析與整治、工務管理等領域。