某客运专线隧道岩溶处理方案技术经济比较

邵国霞，苏 谦

(1.西南交通大学土木工程学院，成都 610031;2.西南交通大学高速铁路线路工程教育部重点实验室，成都 610031;3.西南交通大学峨眉校区土木工程系，四川峨眉 614202)

近年来，随着我国高速铁路建设项目的不断发展，在我国西部和西南山区，正在开展施工的隧道工程不断增加。这些隧道所处地区地质条件复杂、岩溶溶蚀发育［1-2］。在岩溶发育地区修建隧道过程中，如何保证工程安全顺利实施，探求技术可行、经济合理［3-7］的岩溶处理方案是设计和施工技术人员必须研究和解决的重大课题。

结合正在修建的某客运专线隧道岩溶处理实践，对隧底岩溶3种处理方案进行技术经济的比较，并进行优化决策，以期能为类似隧道的岩溶处理方案优选提供借鉴。

1 工程概况

某客运专线隧道进口里程D3K462+507，出口里程D3K468+518，全长6 360.244 mm。全隧穿越可溶岩地段，洞身埋深差异较大，最大埋深约370 m，过沟浅埋段仅20余m。主要研究某隧道D3K462+885～D3K463+252穿越填充溶洞段，其平面布置见图1。

隧道开挖揭示岩溶后，该处岩溶为古暗河通道，与线路呈16°相交，与隧道相交里程为 D3K462+950～D3K463+190段。

D3K462+885～+949段掌子面围岩主要为灰岩，掌子面节理发育严重，破碎。掌子面灰岩中发育许多裂隙条带，充填棕黄色黏土，局部把岩体切割成块状，容易掉块，局部有少量水渗出，围岩自稳能力差。这段多处出现溶洞，填充物为黄色黏土或红褐色软塑黏土，洞高3～8 m。

图1 某隧道D3K462+885～D3K463+252段穿越岩溶段平面示意

D3K462+949～D3K463+252段围岩为古暗河通道充填物。充填物为黏土夹卵石、块石。隧道拱顶和边墙外的暗河通道充填物均大于5 m。仰拱底暗河通道充填物深10～26 m。局部拱顶见灰岩块石，围岩自稳性差。易掉块和坍塌。多处形成有塌陷的空腔［1］。

2 岩溶处理方案

溶洞揭示后，根据溶洞规模、工程水文地质条件，对本隧道D3K462+885～D3K463+252穿越古暗河段岩溶处理段进行了方案研究，考虑实施性提出隧道充填物深度大于3 m地段分别对桩基托梁方案、旋喷桩方案、微型桩方案3种隧道岩溶处理方案进行了研究。

2.1 桩基托梁方案

本方案的提出是基于古暗河通道岩溶填充物流失的不确定性，为防止岩溶充填物流失影响隧道结构的安全，拟提出隧道采取桩基托梁跨越的方式通过岩溶影响段。

2.1.1 方案概况

本方案沿线路纵向边墙底采用1.8 m×1.8 m托梁，垂直与线路方向每隔5 m采用2 m×2 m横梁托起上部衬砌结构，横梁下采用1.6 m×1.6 m桩基支撑，由于岩溶充填物为软塑状，摩擦桩无法满足设计要求，故桩基采用嵌岩端承桩，桩长度6～28 m。衬砌采用加强衬砌。

2.1.2 方案施工工艺

桩基定位→锁口护壁浇筑→搭设提升平台→人工挖孔→孔内碴土吊运→护壁立模混凝土浇筑→护壁整修→安装钢筋笼→浇筑桩身混凝土→桩基检测→开挖托梁土石方→凿除锁口护壁→立托梁模板→托梁钢筋绑扎→托梁混凝土浇筑［4］。

2.2 旋喷桩方案

高压旋喷桩是采用钻机先钻至预定深度后，由钻杆一端安装的特别喷嘴，把水泥浆液高压喷出，以喷射流切划搅动土体，同时钻杆边旋转边提升，使土粒与水泥浆混合凝固，从而形成一个均匀的圆柱状水泥土固结体，以达到加固地基和止水防渗的目的［5-6］。

2.2.1 方案概况

本方案隧底采用φ500双重管高压旋喷桩加固，桩间距0.95 m×0.95 m，等边三角形布置。考虑到旋喷桩施工方便及施工速度，衬砌仰拱设计成底板形式，衬砌底板采用1 m厚钢筋混凝土，拱墙采用相应围岩级别加强衬砌。

2.2.2 施工工艺

布置桩点→钻机就位调整→钻孔→接管→插管→试喷→高压喷射注浆→拔管→喷射结束→设备清洗［5-6］。

2.3 微型桩方案

微型桩是一种较小口径的钻孔灌注桩，由1根或1组位于钻孔中心的起承重或抗剪作用的钢筋或其他钢制构件及填充其间孔隙的水泥浆或水泥砂浆组成，桩体由压力灌注的水泥(砂)浆或小石子混凝土与加筋材料所组成。根椐不同的用途，微型桩的加筋材料可以是钢筋(束)、钢管或其他型钢［7－8］。

2.3.1 方案概况

本方案隧底采用φ400微型桩加固，使用勘察钻机成孔，桩间距1.0 m×1.0 m，等边三角形布置。根据基底岩溶情况，桩长分别为6～28 m。微型桩桩底嵌入基岩面下不小于1.0 m。衬砌底板采用1 m厚钢筋混凝土，拱墙采用相应围岩级别加强衬砌。

2.3.2 施工工艺

场地平整→工艺试桩→清除地面及空中障碍→测量放线→钻机成孔→放入钢筋笼→灌注细石混凝土→质量检测。

3 岩溶处理方案技术经济比较

3.1 岩溶处理方案技术比较

3.1.1 桩基托梁方案特点

(1)结构强度高，基底沉降问题基本不用考虑。

(2)施工过程中人员安全风险大。洞内空间及机械振动控制有限，在洞内软塑状的岩溶填充物中施作桩基目前最好的方式是人工挖孔进行灌注。本段岩溶处理人工挖孔桩最大桩长可达到28 m，由于填充物为软塑，挖桩过程中塌孔、洞顶坍塌的风险高，施工人员安全风险大。

(3)施工风险较高。在软塑状的岩溶填充物中横梁和桩基施工引起初期支护变形的可能性大，从而引起的施工风险较高。

3.1.2 旋喷桩方案特点

(1)施工速度较快。

(2)施工安全存在隐患。隧底加固段沿线路方向长度约200 m，旋喷桩施工过程中基底表面泥化现象严重，易引起已施作初期支护下沉开裂。

(3)工后沉降控制难。由于隧底软塑状压缩层厚度厚且不均匀，从而会引起旋喷桩复合地基沉降大且不均匀，此种状况很难严格满足高速铁路的沉降控制要求。

3.1.3 微型桩方案特点

本方案具有施工速度较快，施工干扰小，工后沉降小等优点。微型桩施工期间可采取多台钻机同时作业加快施工进度;微型桩施工便捷及安全，施工机具简单，施工机械小，隧道内的施工干扰小;微型桩适用性较强、微型桩结构对环境影响小;微型桩本身桩体强度高、压缩变形小，加固的地基产生的工后沉降能满足规范要求。

桩基托梁方案、旋喷桩方案和微型桩方案的技术比较分析见表1。

表1 桩基托梁方案、旋喷桩方案和微型桩方案技术比较

该隧道因为岩溶问题已经延误了很长工期，因此需要施工速度快的处理方案以减少对总工期的影响;该客运专线为无砟轨道，对工后沉降要求很高;对于施工单位，需要本单位易于施工的方案;客运专线行车速度快，旅客的安全摆在首位，因此对工程的质量要求很高。

根据以上的3个处理方案的特点和该工程的具体情况可以看出微型桩方案更适合本项目的具体情况，因此，从技术上分析应选择微型桩方案。

3.2 岩溶处理方案经济比较

根据岩溶处理3个设计方案的工程量、现行定额及材料价格，运用铁路投资控制系统软件计算出各处理方案的单项概算(其中包括人工费、材料费、机械费、运杂费、施工措施费、间接费、税金)，见表2。

表2 桩基托梁方案、旋喷桩方案和微型桩方案经济比较

从以上经济比较可知，桩基托梁方案造价最高，微型桩方案造价最低。根据在经济上选择造价最低方案的原则，应选取微型桩方案，其平面布置见图2。

图2 微型桩地基处理平面布置示意

4 结论

通过桩基托梁方案、旋喷桩方案、微型桩方案技术与经济的比较结果可以看到，微型桩方案具有施工速度较快、施工干扰小、工后沉降小、造价低等优点，从技术经济比较分析上来看是最优方案，比较适用于本段隧底岩溶处理。该微型桩方案已通过专家评审，并应用于该隧道的岩溶处理。

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