充填黏土型巖溶隧道隧底加固技術研究

李海濤

(中國建筑第八工程局有限公司 上海市 200112)

0 引言

交通設施建設中溶洞困擾著國內(nèi)外學者和工程人員。巖溶問題通常伴隨著巖溶水、巖溶裂隙和巖溶洞穴等問題[1]，如果處置不當，引起的后果輕則施工進度緩慢、人力物力浪費，重則對施工人員生命安全造成威脅，所以積極開展關于巖溶地區(qū)隧道施工的安全技術研究與施工要點分析，對于工程的安全建設具有重大意義[2]。

目前國內(nèi)外許多學者，也都結(jié)合工程實際對巖溶問題進行分析，馬鳳山等[3]結(jié)合金川二礦區(qū)開采實際，采用數(shù)值模擬軟件對充填礦山開采時的受力特征，得出在開采過程中山體會出現(xiàn)整體變形，并確定了破壞失穩(wěn)的危險區(qū)域；張小剛等[4]采用數(shù)值模擬及現(xiàn)場試驗相結(jié)合的方法，對深井軟巖巷道的穩(wěn)定性及支護方案進行了研究，提出了“錨網(wǎng)+噴射混凝土+鋼支架支護”的復合支護技術，經(jīng)現(xiàn)場驗證，采用該復合支護方案能夠有效控制軟弱破碎圍巖巷道的變形破壞；王睿等[5]通過對礦山的地質(zhì)特征進行分析，提出了一種在該地質(zhì)條件下的施工技術，并給出了相應的非線性計算方法；柳軍修等[6]基于FLAC3D提供的本構(gòu)模型二次開發(fā)平臺，并通過上海結(jié)構(gòu)性黏土K0固結(jié)三軸不排水剪切試驗模擬驗證該模型的合理性，還在此基礎上分析黏土結(jié)構(gòu)性和膠結(jié)吸力對地表沉降的影響；還有部分學者通過有限元軟件對溶洞充填物的強度和變形性質(zhì)進行了分析[7-8]。

結(jié)合上述結(jié)論發(fā)現(xiàn)，不同工程的溶洞加固方法也不盡相同，故對于不同的工程采用相同的加固方法會存在一定的偶然性，從而給工程施工帶來隱患。因此，有必要對隧道的充填溶洞加固技術進行研究，給出合適的加固方案。

1 工程概況

1.1 工程簡介

安六高速大用隧道地處貴州省六枝～黃桶區(qū)間，屬于雙線鐵路隧道，左、右線間距約4.6 m，最大埋深約130 m。地形起伏較大，平緩地帶植被較少，土體穩(wěn)定性一般。

1.2 溶洞發(fā)育特征

大用隧道出口DK38+260～+345段隧道底部溶洞發(fā)育，隧道穿越一大型溶洞，隧道的內(nèi)軌頂面標高為1333.4～1332.6 m，進口端DK38+293～DK38+304段有部分灌注樁下的溶洞發(fā)育較深，給施工帶來諸多困難；隧頂以上20～25 m為充填軟黏土的溶洞，再向上25 m至地表處為空溶腔；隧道右側(cè)邊墻至溶洞邊緣寬約38m，左側(cè)邊墻至溶洞邊緣寬約27 m。隧道下方充填物為黃褐色及黑色軟塑狀黏土，充填厚度約20～30 m，隧道上方充填物以灰黃色、黃色黏土夾塊石為主，土質(zhì)松散，充填厚度約20 m。兩種地層的分界線標高約1300 m。

隧底補勘芯樣巖石強度大部分在35.9～63.7 MPa之間，最高可達106.8 MPa。雨季隧道內(nèi)涌水量較大。具體情況如圖1所示。

圖1 溶洞形態(tài)圖

2 隧底巖溶整治技術特點

2.1 袖閥管注漿加固

首先采用鋼制袖閥管對隧底進行加固，袖閥管應向下延伸至底部溶洞下方至少1 m處，其目的是為了對隧底的串珠狀溶洞進行加固，防止施工期和運營期的上部荷載對隧底溶洞的擾動，形成二次破壞。袖閥管具體布置圖如圖2所示。

圖2 袖閥管平面布置示意圖

2.2 旋噴樁加固

袖閥管施工完成達到設計強度之后，需再使用Φ500mm旋噴樁對隧道穿越的大型充填溶洞進行加固，加固范圍是DK38+290～DK38+330，旋噴樁由隧底鋪砌底面或已開挖樁體孔底進行旋噴加固，加固深度應到達第一層溶洞底以下50 cm基巖內(nèi)或嵌入袖閥管加固區(qū)50 cm，其目的是保證隧道在全充填溶洞內(nèi)的穩(wěn)定性，防止因隧道下部失穩(wěn)帶來的人員危險和隧道破壞。旋噴樁具體布置圖如圖3所示。

圖3 旋噴樁平面布置示意圖

3 施工工藝及操作要點

3.1 施工工藝流程

袖閥管注漿加固施工工藝流程圖如圖4(a)所示，旋噴樁加固施工工藝流程如圖4(b)所示。

圖4 施工工藝流程圖

3.2 袖閥管注漿加固

根據(jù)鉆探結(jié)果確定溶洞的范圍，對隧道下方的溶洞進行加固，采用袖閥管對隧道穿越的大型充填溶洞與下方串珠狀溶洞進行加固。袖閥管呈1.0m×1.0m間距布置、梅花型布置，袖閥管深入串珠狀溶洞底部基巖不小于1.0m。

3.2.1袖閥管注漿工藝

(1) 鉆孔直徑為Φ146mm，鉆孔垂直度誤差小于1%。

(2) 采用Φ76mm×6mm鋼制袖閥管，袖閥管>采用鋼管特質(zhì)加工，管口應加蓋或其他方式保護，管底封閉。在每圈射漿孔兩側(cè)各置一個管箍，采用Φ6mm鋼筋加工，與袖閥管連接處采用焊接連接。

(3) 袖閥管注漿采用探灌結(jié)合的施工方法，即施工中利用鋼制袖閥樁鉆孔進一步探明溶洞位置及其邊界等，當發(fā)現(xiàn)與本設計不一致時應及時提出，以便處理，確保安全；施工過程中應時時關注注漿壓力，當壓力過大時，應調(diào)整注漿工藝，間歇注漿，并及時報告相關單位，以便處理。

(4) 袖閥管應盡量安裝在孔中央，下管到位后，在管體與鉆孔壁間灌注套殼料。

(5) 同一排注漿孔應采用間隔跳躍式注漿，注漿完成后應采用水泥漿堵口。

3.2.2設計參數(shù)

根據(jù)注漿部位的不同，應當進行現(xiàn)場實驗對注漿壓力進行動態(tài)調(diào)整。

3.2.3施工順序

奇偶跳開，跳槽間隔施作，跳孔進行，特別應注意先進行兩側(cè)注漿，在進行中部注漿，以最大限度限制漿液流失。其中外側(cè)孔應低壓、緩凝壓注水泥漿。

3.3 旋噴樁加固

(1) 旋噴樁直徑500mm，間距1.0m×1.0m、交錯布置。

(2) 旋噴樁從隧底鋪砌面或已開挖樁體孔底開始旋噴加固，加固深度應嵌入隧底第一層溶洞底以下基巖50 cm或嵌入袖閥管加固區(qū)50 cm。

(3) 樁底1.0 m范圍內(nèi)需至少反復旋噴一次，以防止樁底與基巖面間銜接不到位。當旋噴樁遇到塊石或者需要穿過基巖時，先采用Φ89地質(zhì)鉆孔開孔至設計深度再進行旋噴加固，當遇到軟塑狀黏土夾少量角礫時可直接貫入噴射管進行旋噴加固。旋噴樁平均樁徑d=500 mm，樁體抗壓強度不小于3.0MPa。

(4)旋噴樁中應加入氯化鈣(CaCl2)早強劑，摻入量為水泥用量的0.1%。其目的是為了使旋噴樁施工后能安全且迅速地起到支護和承載作用。

(5) 旋噴樁施工前，應施作廢漿池，避免旋噴樁施工廢漿污染隧道內(nèi)作業(yè)環(huán)境。

(6) 施工中應利用旋噴樁鉆孔進一步探明溶洞狀態(tài)及填充物性質(zhì)，若與本圖不一致時應及時提出，以便處理，確保安全。

(7)高壓噴射注漿過程中，由于壓力較大且?guī)r層間的強度存在差異，容易發(fā)生串漿的情況，從而影響鄰孔質(zhì)量，故施工過程中應跳打一孔，一般兩孔間距大于2 m。

4 質(zhì)量控制

4.1 袖閥管施工質(zhì)量控制

(1)加固施工完成14d后，應對袖閥管的施工質(zhì)量進行檢測，檢測應符合以下要求：

①檢測取芯率大于70%。

②抽檢數(shù)量不小于總孔數(shù)的5%。

③在不同位置鉆孔取芯試驗。

(2)鉆孔巖芯連續(xù)性較好，巖芯內(nèi)基本無縫隙。

(3)為方便實施也可采用根據(jù)試驗段確定的透水率絕對值，不宜大于47。

4.2 旋噴樁質(zhì)量控制

(1)注漿壓力不得小于25 MPa，并且根據(jù)現(xiàn)場試驗確定參數(shù)進行旋噴，其漿液流量一般不小于30 L/min，提升速度一般控制在0.1～0.25 m/min。

(2)旋噴過程中及旋噴施工完畢后，隧底冒出漿液務必采用人工清除，以免破壞旋噴樁。

(3)施工中嚴格按“先揭示，再判斷，后處理，及時防護、襯砌”的施工過程進行，嚴禁盲目開挖回填。

(4)現(xiàn)場施工過程應逐段進行，加強監(jiān)測，必要時加設支撐，一旦出現(xiàn)異常，應立即停止施工。

5 結(jié)語

(1)對類似發(fā)育的溶洞，先采用袖閥管對大型充填溶洞下方的串珠狀溶洞進行加固，后使用旋噴樁對隧道整體進行加固；

(2)通過監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，該工法的應用保證了施工質(zhì)量和施工進度，施工全過程處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)。

但該工法在施工進度、節(jié)約投資等方面還有提升空間。