鐵路隧道內(nèi)遇超大溶洞施工技術

醋新斌

摘要：鐵路隧道施工過程中，由于地質(zhì)的隱蔽性特點，有些地質(zhì)情況有不可預判的，特別是遇到大型甚至是超大型溶巖地質(zhì)，設計及施工的復雜性、合理性顯得尤為重要。在實踐中往往在保證主體結構的穩(wěn)定性為前提的基礎上加以疏排暗河水為主。針對本案遂渝鐵路增建二線YDK110+845～+890段段大型溶巖地質(zhì)處理施工，介紹了溶洞大廳的臨時防護、隧底清理、暗河疏通，樁基托梁施工、溶洞底回填處理、隧道上部襯砌施工、外部擋水墻工程及橫向排水通道工程等。該施工方法方便快捷、質(zhì)量可靠、造價相對便宜、應用范圍廣、安全風險小，同時又保證了主體結構的穩(wěn)定性，對類似工程施工，具有一定的借鑒意義。

Abstract： During the construction of railway tunnels， due to the concealment of geology， some geological conditions are unpredictable， especially in the case of large or even super large lava geology， the complexity and rationality of design and construction are particularly important. In practice， it is often based on the premise of ensuring the stability of the main structure to discharge the dark river water. In view of the large-scale lava processing of the YDK110+845～+890 section of the Second Line of Suiyu railway， the temporary protection of the cave hall， the cleaning of the tunnel bottom， the dredging of the river， the construction of the pile foundation， the backfilling of the cave bottom， and the tunnel upper part lining construction， external retaining wall engineering and lateral drainage channel engineering were introduced. The construction method is convenient， fast， reliable， relatively inexpensive， and has a wide application range and low safety risks. At the same time， it ensures the stability of the main structure and has certain reference significance for similar engineering construction.

關鍵詞：鐵路隧道;超大溶洞;施工技術

Key words： railway tunnel;super large cave;construction technology

中圖分類號：U459.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0094-05

1 ?工程概況

遂渝鐵路二線新建荊竹嶺隧道位于合川車站與北碚北車站之間，位于既有線右側約30m，全長4365m，最大埋深約360m，設計采用人字坡，其中出口段采用1970m利用既有平導擴挖。該隧道為客貨共線，旅客列車設計行車速度200km/h。根據(jù)既有隧道平導揭示在距出口2050m處發(fā)育一大型溶洞，位于線路下方7～8m，并存在地下暗河，本隧道最大涌水量為35200m3/d，為滿足排水需要，于隧道右側30m設置泄水洞一座長2140m。其中隧中跨暗河段設計擬用樁基托梁加底板型式的鋼筋砼襯砌、溶廳加固方法通過。

2 ?現(xiàn)場施工情況

項目施工至暗河段，經(jīng)現(xiàn)場核實，巖溶、暗河影響范圍為YDK110+845～+890段。現(xiàn)場揭示巖溶形態(tài)為：巖溶在線路左右側形成巖溶大廳，通過隧道部分底部已被沖碴填埋。巖溶大廳左右寬約45m，溶洞最長處達30m，最底處僅為0.8m（暗河出口處）。最狹窄地段人不能通過。溶洞呈橢圓形，上部為空洞，下部堆積碎石土、塊石土加黏土;在溶洞周壁尚見石灰華，為淺黃、淺黃褐色，為塊狀、柱狀、錐狀及蝶狀，常形成石鐘乳、石筍、石柱，多為半透明方解石組成，部分為梳狀構造，為水化學沉積，厚0～2m。

洞內(nèi)周壁均有黃色或灰褐色軟塑～流塑狀黃色黏土附在表面，厚1～3m，從黃泥黏土分布整個溶洞洞壁推斷，洪水期可能淹沒整個溶洞。根據(jù)既有線竣工資料，暗河底部棄碴下設一涵管，直徑約1.0m，埋深約6～7m，與中線交角約110°，涵管已被泥土淤塞，排水功能已失效。

3 ?設計方案

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)實際情況，巖溶整治需按“先防護，后清淤，再施作主體工程”的原則實施。設計具體方案為先進行溶洞大廳防護、再以樁基托梁加底板型式的鋼筋砼襯砌通過溶洞段，結構斷面見圖1。

4 ?施工技術

4.1 施工工序安排

①對巖溶大廳采取臨時防護措施，為巖溶整治提供安全的操作空間;②將隧底表層人工填筑土及強風化層清理后，對暗河進行疏通，確保地下徑流系統(tǒng)排水通暢;③實施樁基工程，施工中注意防護及排水，確保施工安全;④對溶洞底采取混凝土回填措施進行改造，避免地下水沖刷樁基礎;⑤待樁基達到工程要求后，施作托梁及上部襯砌主體工程;⑥施作襯砌外部擋水墻工程及橫向排水通道工程。

4.2 溶洞大廳防護

首先需要對巖溶大廳周邊施作錨網(wǎng)噴防護措施，避免巖溶大廳頂部可能出現(xiàn)的大范圍掉塊情況，為巖溶處理提供安全的工作空間。采用濕噴技術，噴C20混凝土，厚10cm，錨桿采用？準22砂漿錨桿，每根長4m，按間距1.2m×1.2m交錯布置，鋼筋網(wǎng)采用？準8鋼筋，網(wǎng)格間距25cm×25cm。施工作業(yè)平臺按照巖廳的高度施作臨時臺架。然后于巖溶大廳頂部設臨時防護棚架措施，減少局部掉塊影響，進一步確保工程下部實施安全。臨近隧道開挖輪廓線的巖壁施作初期支護，做到支護不侵限，特別注意鎖腳錨桿的施工質(zhì)量。

4.3 溶洞清理

先進行隧底夾層溶洞頂板清理，溶洞頂板為人工填筑土和強風化白云巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r，需要進行清除，為暗河底部棄碴清理提供操作空間，同時避免后期由于巖體軟化掉落暗河，堵塞排水通道。再次清理由于施工時造成的暗河底部堵塞及暗河的長期浸泡淤泥。特別是河道內(nèi)的堆積碎石土、塊石土夾黏土及既有線施工時埋設的涵管，底部清理至基巖裸露。

在清理相關工作時，采用小型機械配合人工進行，并對上游暗河水位及流速進行監(jiān)測，以便確認通道清理程度和施工行洪安全。

4.4 樁基施工

結構通過暗河段為40m，分4跨通過，設置樁基10根，樁身截面均為2m×2m。縱梁間設橫聯(lián)相接，橫聯(lián)截面為1.5m×1.5m。為保證承載強度，樁身必須嵌入W2地層深度不小于1.5m。具體結構見圖2及表1-表3。

樁基施工中做好鎖口及護壁工程，并配備抽水設備，將樁底部水及時抽排。由于樁身部分范圍處于暗河排水外露段，樁基混凝土澆筑時應采取可靠的立模措施。施工采用人工挖孔并澆筑完成了1號～4號、8號～10號樁，其中5號～7號樁開挖至樁底約7～8m時樁底出現(xiàn)大量涌水，采用抽排設施后仍無法降低水位，開挖工作無法開展。本著結合結構形式保持不變，征得設計同意，對上述3根樁基改用機械鉆孔開挖，為配合開挖方式，樁基截面修改為直徑為2m的圓形截面，并調(diào)整樁基鋼筋布置形式，樁身混凝土按水下灌注施工。

施工過程中加強了對地下暗河的監(jiān)測，對水面高程、流速及渾濁度進行記錄，正常情況下兩天一次，連續(xù)降雨期間一天一次，暴雨期間一天兩次，或出現(xiàn)地下水位急劇上升或地下水變污時，立即停止施工，并加強抽排水能力，將上游水排至下游范圍外，直接接入下游有效排泄通道。

5號～7號樁基開挖完成后，樁頂以下0.5m范圍擴大成2m×2m的方形截面，以便為后期的掖梁工程施作提供條件。連接方式如附圖3、圖4所示。

樁基工程完成后，對暗河范圍周邊土石進行清理，清理時避免對樁基外露部分造成傷害，靠近樁體時采用人工清理。

清理工程完成后，對暗河水位進行確認，判斷過水量大小，當滿足臨時抽排水設備能力后，在暗河的上游端，樁基托梁范圍外3m處修筑臨時攔水壩，為后期溶洞底回填工程提供操作空間。攔水壩厚0.5m，高1.5m，其中0.5m置于地面以下。攔水壩上流來水可通過抽水設備排至下游通暢的排水通道中。具體現(xiàn)場布置如圖5所示。

4.5 溶洞底回填工程

為降低樁基懸臂段長度，保證樁基結構安全，隧道范圍及兩側1m范圍內(nèi)溶洞底采用M10漿砌片石回填，上游回填至低于暗河口水位1m的高度。回填面按5%的下坡考慮，見圖6所示。

回填工程完成后，為避免雨季暗河水對樁基礎的沖刷影響，對樁周邊0.5m范圍采取C20耐蝕砼回填，回填高度至溶洞底以上2m范圍，為增加穩(wěn)定性，回填時周邊開挖成臺階狀再進行施工。施工過程示意如圖7、圖8、圖9所示。

4.6 托梁及隧道襯砌及支護措施

樁基工程及回填工程完成后可以施作縱梁及上部橫梁工程，按照設計尺寸鋼筋布置圖，以鋼模澆注完成。并封閉鋼筋混凝土底板。待樁基托梁達到工程要求后，施作上部襯砌主體工程。按隧道開挖凈空進行初期支護，采用？準42小導管超前支護并注漿，每環(huán)24根，每根長3.5m，縱向間距2.4m，輔以拱墻格柵鋼拱架加強支護，鋼架間距0.8m，并及時封閉施工鋼筋網(wǎng)片噴錨混凝土。二次襯砌混凝土采用臺車模筑成型，按正常段路施工工藝施工完成。樁基托梁兩端襯砌底部露空部分采用C25耐腐蝕砼回填密實。邊墻底以上未受溶洞影響范圍襯砌與圍巖露空部分采用與襯砌同級砼回填密實。

4.7 排水通道及擋水墻設置

YDK110+855～+870段受溶洞發(fā)育影響，根據(jù)地質(zhì)資料，推測洪水期間地下水可能淹沒整個溶洞，為有效的排出地下水，線路右側設置排水通道，排水通道與新建泄水洞在端頭形成夾角45度相連貫通，使水路暢通。洪水期間地下水流量可能出現(xiàn)短暫暴增，通水通道不能滿足瞬時排泄能力，在迎水面（線路右側）襯砌外設置擋水墻，降低瞬時來水對襯砌的沖刷影響。擋水墻嵌入周邊圍巖，外露部分立模成型。為保證擋水墻的穩(wěn)定性，擋水墻周邊設置了？準22的連接錨桿。

5 ?施工期間的安全應急措施

①設置專職安全員，并加強施工組織協(xié)調(diào)，與生產(chǎn)組織高度中心保證聯(lián)絡通暢。

②在暗河下游清理過程中，可能出現(xiàn)由于暴雨導致地下水位急劇上升，清理工作未完成前抽水設備可能無法把水抽排至下游堵塞范圍外，故施工前應配置臨時木制排水槽，木槽長度應滿足將水引排至最近與泄水洞出口貫通。抽排水過程中加強抽排水及生產(chǎn)管理，并配備足夠的抽水設備，保證電力供應，及時將水排出。

③由于鉆孔樁施工是在棄碴回填面上進行，施工前做好鉆機的固定措施，減少對鉆機穩(wěn)定性的影響，避免造成鉆孔偏心。

④配務臨時防護鋼板，以便后期清理隧道范圍內(nèi)暗河通道時對樁基周邊進行防護，確保樁基結構安全。

⑤施作溶洞底漿砌片石回填工程前，配備一定的砂袋及工字鋼，設于下游端，形成有效的防護壁壘，避免施工人員滑落下游溶洞的可能。

6 ?方案效果分析

采用樁基托梁形成通過大型溶洞，結合并行施工的泄水洞工程有效解決了暗河的行洪安全，并且保證了隧道主體結構統(tǒng)一性。同時該隧道為既有運營線旁增設隧道，通過一系列的施工措施，也保證了既有運營線路的行車安全和行洪安全。有效縮短了工期，成本也較少。本隧道通過大型溶洞綜合施工處理方案施工工藝簡捷，操作方便，進度快。施工安全、質(zhì)量得到保證，贏得了業(yè)主的認同和贊揚，產(chǎn)生了較大的聲譽效應和經(jīng)濟效益，可為今后類似工程的施工提供參考和借鑒。

參考文獻：

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[2]TZ322-2010，鐵路橋梁鉆孔樁施工技術指南[S].

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