高鐵隧道基底巖溶段仰拱拆換及加固處治施工技術

肖旺軍 （中鐵十六局第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

奉節隧道是鄭萬高速鐵路重慶段一座長大隧道，隧道進口里程DK721+150，出口里程 DK734+622.55，全長13472.55m，開挖斷面尺寸為14.98m（寬）×12.66m（高），設計標準為350km/h雙線鐵路隧道。該隧道穿越地區屬構造剝蝕～溶蝕中山～丘陵地貌，地形受構造控制，山高坡陡，山巒起伏，溝壑縱橫，嶺谷之間高差懸殊，地表上覆第四系全新統卵石土、碎石土、粉質粘土等，下伏基巖為三疊系中統巴東組一段的泥灰巖、白云巖夾泥巖，受區域性的朱衣背斜影響，巖體構造破碎現象嚴重，巖溶弱發育，地下水以裂隙。

DK721+458～DK721+486 段 位 于隧道進口，設計襯砌類型為Ⅴc型復合式襯砌，施工至DK721+465隧底位置揭示圍巖巖性以泥質灰巖、灰巖、泥灰巖等為主，通過動力觸探試驗確認此段地基承載力無法滿足設計要求。

2 施工揭示溶洞發育情況

2.1 巖溶段探測情況

DK721+458～DK721+486 段 上 臺階掌子面開挖前，采用地質雷達法、地震波反射法等探測方式，未發現溶洞等不良地質情況；隧底施工DK721+465仰拱時，隧底開挖后發現地質較差，采用動力觸探法進行地基承載力檢測，檢測結果發現此段地基承載力無法滿足設計要求，結合現場實際決定對DK721+460～DK721+480段區域進行鉆孔探測，每6m一個斷面分別對左右線線路中線進行地質鉆孔，按照2條縱斷面、4條橫斷面進行控制，共鉆孔8個，每孔鉆孔探測深度26m。

依據地質鉆孔實際揭示情況反映DK721+458～DK721+482段隧底為軟塑狀粘土全充填型溶洞，巖溶發育重點影響隧道線路左線及左邊墻，縱向發育里程為DK721+460～DK721+480；橫向發育寬度至隧道右線外側2m附近，鉆探揭示巖溶范圍最深為7m，上寬下窄，呈漏斗狀；DK721+482～DK721+486段為溶蝕破碎帶，隧底溶蝕現象明顯，主要以碎塊石為主，其成分主要為泥灰巖、間夾泥質灰巖及頁巖。見圖1巖溶區域平面分布圖。

2.2 周邊巖溶探測情況

圖1 巖溶區域范圍圖

采用SIR-4000型地質雷達，分別在隧底中間、距左右邊墻2m位置各布設1條測線，共3條縱向測線對DK721+486～DK721+676段進行探測，結合隧底開挖后地質情況反映此段為泥巖，節理裂隙發育，巖體破碎，隧底無溶洞發育跡象。

3 隧底溶洞處理方案

采用物探+地質鉆探確定溶洞形態，確定對DK721+458～DK721+486段已完成仰拱初支鋼架進行拆換，更換為大拱腳形式加強支護；DK721+458～DK721+482隧底巖溶段采用鉆孔樁+縱向暗梁+底板結構設計；DK721+480～DK721+486 段隧底溶蝕破碎帶范圍采用φ42小導管注漿加固處理，然后施作仰拱襯砌，確保后續無砟軌道沉降要求。

4 隧底溶洞處理方案

4.1 仰拱初支拆換技術

4.1.1 施工工藝流程

測量放樣出樁基位置并做好標識→鑿除已施作仰拱→跳槽拆除仰拱初支鋼架→清除隧底土石方至預設高程→更換大拱腳加強型鋼架并及時噴混凝土支護→回填宕渣至預設高度。

4.1.2 具體施工技術

①對 DK721+458～DK721+462 段進行測量放樣，提前對樁基位置進行放樣，確定樁基位置，提前進行高程測量，確定加強鋼架安裝深度。

②利用破碎錘對DK721+458～DK721+462段已施作的仰拱及仰拱填充進行鑿除，鑿除時須一次鑿除到位，并清理干凈。

③仰拱鋼架采用跳槽拆除，鋼架縱向間距為0.6m一榀，每次拆除1榀，間距不小于3m。

④拆除鋼架后清理基底至要求高程，進行C25噴射混凝土初噴，初噴厚度4cm，然后邊墻位置掛設φ8鋼筋網，按設計要求打設砂漿錨桿。

⑤安裝大拱腳加強型鋼架，縱向間距為0.6m，鋼架安裝完成及時打設4.5m長φ42鎖腳錨管進行鋼架加固，拱墻鋼架采用直徑22mmHRB400鋼筋連接，按環向間距1m設置并采用焊接固定，隧底樁基位置兩側增加縱向I22型鋼鋼架加強連接，以保證鋼架整體連接穩定。大拱腳加強鋼架支護形式見圖2。

圖2 大拱腳加強鋼架支護形式

⑥復噴C25噴混凝土至設計厚度29cm后，及時進行回填宕渣至預設高度，準備下一步樁基施工。

4.2 巖溶段隧底樁基托梁技術

根據DK721+458～DK721+486段巖溶發育情況，綜合考慮施工成本、施工經驗、工期安排、洞內交叉作業影響及后續無砟軌道沉降要求等因素，確定DK721+458～DK721+482段采用沖擊鉆灌注樁+縱向暗梁底板結構，具體措施如下。

DK721+458～DK721+482段采用直徑1.25m鉆孔樁，樁長16m～20m，樁縱向間距6m，橫向間距5.5m，左側邊墻布置4根，右側邊墻布置2根，隧道中線位置布置4根，共10根，鉆孔施工中保證樁底進入溶洞下方基巖不小于13m，樁頂鋼筋伸入暗梁0.8m；縱向暗梁設置3道，分別設置于兩側邊墻底部及中央水溝底部，每道縱向暗梁截面尺寸1.5m×1.5m，長度為24m。樁基平面布置圖見圖3。

圖3 樁基平面布置圖

4.2.1 施工工藝流程

①樁基施工流程：場地平整→樁位測量放樣→樁基就位→鋼護筒埋設→泥漿制備→成孔→清孔→成孔檢測→鋼筋籠安裝→二次清孔→灌注水下混凝土→樁基完整性檢測。

②暗梁及底板施工流程：清理樁間土石方并鑿除樁頭→施工調平層→綁扎暗梁鋼筋→安裝加固模板→混凝土澆筑→清理梁間土石方→施工調平層→綁扎底板鋼筋→安裝端頭模板→混凝土澆筑。

4.2.2 樁基施工

受作業空間限制，采用CK1500型沖擊式鉆機，外形尺寸為7m×2m×7m，沖擊錘最大重量4t，鋼護筒直徑1.5m，利用已施工中央水溝作為泥漿池；樁基主筋采用 24根直徑20mmHRB400鋼筋通長布置，鋼筋籠分節加工，安裝時按照接頭連接要求進行，樁基采用導管灌注，強度等級C40；樁基施工分幅逐樁進行，鉆孔樁施工過程嚴格按照相關要求進行，過程按要求留置渣樣及影像資料，保證一側交通通暢，避免影響洞內正常施工。

4.2.3 縱向暗梁及底板施工

①樁基混凝土強度達到要求后進行樁基完整性檢測，合格后破除樁頭。

②清除縱向暗梁樁間渣土，根據測量高程進行整平，施作20cm厚混凝土找平層。

③根據暗梁結構尺寸進行鋼筋綁扎，主要鋼筋接頭采用機械連接，同一連接區段長度為35d，且不小于500mm，有接頭的受力鋼筋截面面積不得大于鋼筋總截面面積的50%。

④鋼筋安裝完成驗收合格后，進行模板安裝，模板采用1.5m×1.5m鋼模板。

⑤模板加固完成驗收合格后，采用C40混凝土澆筑。

⑥暗梁施工完成后，分幅進行底板施工，底板施工工藝與暗梁工藝相同。

4.3 溶蝕破碎帶注漿加固技術

4.3.1 施工工藝流程

清理隧底渣土→風鉆開孔→埋設小導管→注水泥漿。

4.3.2 注漿加固施工

采用4.5m長φ42超前小導管，注漿孔按矩形布置，環縱間距1.5m×1.5m，注漿采用水泥漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級32.5級及以上，水灰比 1:1，注漿壓力按0.5～1.0MPa控制。

4.4 監控量測

在仰拱及仰拱填充拆除完，對溶洞段落隧道初支凈空量測進行監測。隧道凈空變化測點位于拱頂、左右拱腰、左右邊墻共5處。監測斷面間距按5m一道布設，監測頻率：1次/1d，仰拱施工后1次/7d。

5 施工注意事項

5.1 施工組織安排

①DK721+450～DK721+462段仰拱及仰拱填充鑿除期間、DK721+458～DK721+482段初支鋼架拆換期間采用簡易棧橋配合施工，根據施工情況及時調整棧橋位置，保持洞內車輛正常通行，避免影響洞內正常施工。

②DK721+458～DK721+482段初支鋼架拆換處理完成后，左側進行樁基施工，對右側進行回填，保證洞內車輛通行；左側樁基及暗梁施工完成后，再進行回填，同時進行右側樁基施工；一側施工時，另一側保持車輛正常通行，以避免影響洞內正常施工。

5.2 施工注意事項

①仰拱拆換時，加強監控量測數據收集及變化分析。

②進入基巖后每鉆進0.5～1.0m清孔取樣一次，以備終孔驗收。

③采用導管配合澆筑樁基時，導管底部距混凝土面的埋置深度宜為2～6m，應經常測量孔內混凝土面的位置及時調整導管埋深。

④暗梁或底板施工完成后及時進行覆蓋土工布灑水養護

⑤注漿配合比應根據現場實際施工情況進行調整，漿液充填應飽滿。

6 結語

奉節隧道DK721+458～DK721+486段隧底充填型溶洞處治在鄭萬高鐵重慶段隧道溶洞處理方面具有一定的代表性，通過對仰拱鋼架拆換、樁基托梁、注漿加固等技術的運用，順利完成溶洞段隧底處治施工。經過3個月量測數據的分析，結論顯示沉降已基本處于穩定，滿足無砟軌道施工要求。同時處治過程中配套使用的設備及合理的工序轉換，保證了洞內其他作業面正常施工，有效保證了隧道工期，對類似工程具有一定的參考價值。