宜万铁路云雾山隧道溶洞段综合施工技术

2014-04-14姜国庆JIANGGuoqing

价值工程 2014年16期

姜国庆 JIANG Guo-qing

（中国中铁航空港建设集团有限公司深圳分公司，深圳 518057）

（China Railway Airport Construcction Group Co.，Ltd.Shenzhen Branch，Shenzhen 518057，China）

1 工程概况

宜万铁路26标云雾山隧道Ⅰ线总长6640m、Ⅱ线总长668米。隧道位于湖北省恩施市白果坝与屯堡乡交界地带[1]，Ⅱ线隧道位于Ⅰ线隧道左侧30m。全隧道自进口到出口为连续上坡，纵坡分别为1.0‰、6.0‰、14.9‰，隧道埋深800m，是宜万铁路最大埋深。

隧道从寒武系地层穿过，只在背斜北翼有少量奥陶系岩层。其中背斜核部从上到下依次分布着寒武中统光竹岭组、寒武系中统高台+茅坪组、寒武系下统石龙洞组、寒武下统天河板组。岩体是灰岩、白云岩、溶崩角砾岩、水云母页岩、粉砂岩等。

图1 云雾山隧道纵剖面图

隧道穿过的地层属溶蚀洼地、岩溶漏斗和落水洞遍布的碳酸盐岩溶地层。片儿区内主要发育白果坝暗河系统、大小鱼泉地下河系统、恶水溪管道流系统和洞湾管道流系统。区内地下水补给来源是背斜上游地下岩溶水顺高程沿构造裂隙溶蚀通道补给以及大气降雨补给。大气降雨汇集在地表，通过不同深度漏斗群垂直补给不同标高的水平流动带和深部循环带[2-4]。

隧道溶腔发育特点如下：①分布密度大，隧道正洞所揭示出的岩溶共12处，平均1.81处/km（见图1）；②溶洞规模较大，Ⅰ线岩溶不良地质段DK245+577～+625长48m，Ⅱ线岩溶不良地质段ⅡDK245+523～+654长131m；③溶腔内水压大，水压在0.43～0.84，最大瞬间水压1.2MPa；④溶腔中有中细砂、淤泥、淤泥无块石等杂物填充。

图2 “DK245+525”区段溶腔形态示意图

图3 高压水及溶洞内充填的泥沙

2 溶洞区超前地质预报探测技术的应用

针对地质状况复杂多变的隧道，超前地质预报采用地质法—物探法—钻孔法相结合的综合地质预报模式。基于已搜集整理的地质勘测资料，补充勘察两隧道主要区段的地质状况，对隧道施工段的水文地理条件进行综合分析，并初步判定水源极其通道的地质情况。基于地表勘测数据，对掌子面前方和坑道周边的地质异常体进行物探，继而水平钻孔验证物探结果，以期科学预测开挖面前方及周边的地质状况[5]。

2.1 地质勘查工程前期的专项地质工作，除了很好的指导隧道施工地质分级外，从客观上查明隧道通过的地层分布、构造及范围较大的不良地质体的空间位置，进一步摸清地下水源的分布、活动规律及其通道情况，为隧道的超前地质预报提供指导。图4为利用大地电磁测探云雾山隧道的剖面图。

图4 云雾山隧道大地电磁测探剖面图

2.2 TSP203超前探测 TSP203超前探测方法是按照爆破范围将爆破点依次排布在掌子面后方边墙上，参考微差弱爆破原理逐个爆破，使爆破所产生的地震波信号在隧道围岩内传播，如遇到变性岩体，会接收到部分返回的微波信号。界面两侧岩体构造差别越大，所返回的信号变化越大。返回的微波信号经专用软件进行处理，即可对围岩特性和洞穴所在方位进行准确预测。

图5 现场TSP203探测操作

2.3 掌子面超前探孔超前钻孔仍是目前最为直观的超前物探方法，通过钻孔台车钻进过程中钻速、冲洗液、岩屑和岩粉的变化综合分析研判开挖面前方较短距离（40～50m）内的地质特点，为提高其预报的准确度，尤其是取芯探孔，可以直接研判隧道前方的地质情况。

图6 现场超前钻孔探测

2.4 红外探水一般岩体红外辐射场强度会随着地下水的活动而剧烈变化，红外探水仪接收岩体的红外辐射强度信号后，根据强度的变化对隐伏在掌子面前方以及洞壁周边的含水体进行准确预测。基于地质探测数据，趋近不良地质构造及其异常体时，通过便携式红外线探水仪探测掌子面的含水构造，探测频率20m～30m/次。如某些施工段渗水严重，也可通过红外探水仪准确获知隐伏在隧道四周的含水体，降低施工风险。

图7 现场红外线探水

3 隧道溶洞区综合施工技术应用分析

3.1 注浆加固技术针对大型填充型无水溶腔，施工方案中采用帷幕注浆[6]。在掌子面布设5个注浆试验孔，具体布设方式见图8，预设计孔深24m，并应满足入岩深度不小于5m，孔径110mm，外插角5～8°。注浆材料为水灰比0.6：1～1：1的水泥单液浆和水泥水玻璃双液浆。注浆压力2.0～6.0MPa，前进式注浆，分段长度 3～5m，注浆速度 5L～110L/min，扩散半径2.0m左右。

图8 超前探孔、注浆试验孔及检查孔布置图

通过对此溶腔的处理，超前帷幕注浆加固施工技术在填充型溶腔处理中得到很好的应用，是安全通过填充型无水溶腔的关键技术。

3.2 增设迂回导坑施作隧道进出口时发现有突水突泥的溶腔，而出口处必须采用风险较大的14.9‰的反坡施工。为确保安全施工，须在Ⅰ线隧道右侧增设迂回导坑先行贯通，范围为DK245+535～+671。迂回导坑的贯通，彻底解除了云雾山隧道出口突水淹井的风险，并且对DK245+525～+617溶腔群形态有了更明确的掌握。

图9 迂回导坑示意图

3.3 爆破放水对于高压富水溶腔，采用爆破放水释能减压的方法处理。爆破采用全断面楔形掏槽，炮孔满装炸药、非电毫秒雷管微差爆破方式。具体施工流程如下：搭设钻孔平台→测量员布孔→钻孔→按钻爆图检查钻孔→装药→检查装药→堵塞→检查堵塞效果→撤平台→布电雷管起爆线并将其引入Ⅰ线隧道→洞内（Ⅰ线、Ⅱ线）和洞外泄水路线清场检查→爆破员乘座爆破专用车在起爆点就位准备起爆破→清场合格并上报泄水指挥中心→下达起爆命令→起爆→爆破员迅速乘车撤向安全地带。

溶腔爆破放水成功后，泄水路径长3.24km，平均流速为3.59m/s，瞬时最大流量为28452m3/h。突出物含泥沙，局部夹块石，直径最大1.8m。

图10 爆破后溶腔形态

图11 掌子面淤泥

3.4 溶腔支护措施采用网喷C20混凝土进行初期支护。钢筋网片Φ8，网格间距20cm×20cm；通过I18、I20工字钢架对钢架进行加固。有的施工段溶洞和岩溶裂隙发育，应该每隔0.5米设一钢架；有的施工段有破碎围岩分布，应该每隔1米设一钢架；有的施工段分布有完整灰岩，可在局部每隔1米设一钢架；有的施工段富含流沙和粘性土，应该加固初期支护。可通过6米超前小导管进行预支护，工字钢架之间的距离应该适当缩短，钢筋网片层数须适当增加，将1m的钢架纵向连接钢筋调整为30cm；将无缝钢管（Φ108mm）和小导管（Φ42mm）布设于钢架外层作棚管。另外，空腔部位须留设混凝土泵送管，拱部空洞回填C25混凝土超拱顶3～5m，边墙外空洞回填C25混凝土在进行下循环得施工。有的施工段溶腔发育至隧底，可按照“换填+钢管桩注浆加固+空腔回填”的方法进行处理，继而对仰拱、填充、底板进行施作。在处理过程中，用C25混凝土换填，用Φ108，间距50×50cm的钢花管作钢管桩。用C35钢筋混凝土施作仰拱和地板，用C25混凝土填充。对溶腔未发育到隧底的地段，隧道底部采用正常仰拱、填充通过。