粘土填充型岩溶隧道病害处理施工技术——以黔张常铁路晏家堡二号隧道为例

李兴明

(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700)

粘土填充型岩溶隧道病害处理施工技术
——以黔张常铁路晏家堡二号隧道为例

李兴明

(中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700)

岩溶地质，特别是复杂岩溶问题是国内外隧道施工地质界施工技术难题。以黔张常铁路晏家堡二号隧道溶洞处理技术为基础，阐述粘土填充型岩溶处理方案，晏家堡二号隧道岩溶处理技术在实践中得到有效验证，效果明显，处理得当，处理完毕后通过监控量测数据反映结构已稳定，未出现变形，可为类似岩溶隧道施工提供借鉴。

岩溶；隧道；施工技术

1.概述

岩溶地质病害潜在的危害性极大，具有复杂性、多变性、不确定性、预报准确率较低等特点。施工过程中发生突泥突水，造成人员伤亡、施工设备损坏，严重危害作业人员人身安全、影响工期、增加工程投资的工程实例较多，运营期间因岩溶问题造成行车中断的事情也屡见不鲜。为安全、快速通过岩溶段，减少特殊地质对工期的影响，需要我们根据不同的地质条件采取不同的施工技术有效快速去处理岩溶问题。

2.工程概况

黔张常铁路走行于武陵山区腹地，区域内可溶岩广布，岩溶及岩溶水是对沿线隧道影响最大、最为突出的工程地质问题。晏家堡二号隧道位于湖南省龙山县猛必乡与永顺县万民乡交界处，为越岭隧道。地面高程460—1160米，相对高差400-600米，隧道全长7081米，进口段6869米为双线隧道，出口段212米为三线车站隧道。进口段944米为可溶岩段，其余为非可溶岩。隧道采用1座斜井(603米)、1处平导(315米)辅助正洞施工。隧道局部地段可能出现高压溶腔水、突水、突泥现象。自进洞以来，地质情况一直不好，溶洞充填物占多数地段，间或出现一些小规模的溶洞，因此一直采用三台阶临时横撑开挖工法施工 ，采用I20型钢钢架进行初期支护，超前支护采用了注浆小导管，在洞口30m还采用了大管棚和径向注浆加固措施。我单位和设计单位铁一院共同研究，根据填充物的形态规模、可塑性以及与隧道的位置关系，针对粘土填充型溶洞的特点，在施工中不断改进总结出了比较成熟的施工经验。

3.晏家堡二号隧道超前地质预报方法

本隧道主要地质问题是岩溶、岩溶充填物及岩溶水，我们采取了监控量测、TSP303超前地质预报、GPR地质雷达、地质素描等措施综合分析，并采用超前水平探孔和加深炮孔进行验证，根据探测结果推断溶洞的规模、形态、填充情况，采取“动态设计、动态施工”的原则，合理、有效的处理岩溶病害。晏家堡二号隧道粘土填充型溶洞的形态、发育情况主要依靠超前水平钻孔和加深炮孔探测出来，为现场施工方案的制定奠定了坚实的基础。

4.粘土填充型岩溶隧道处理方案

晏家堡二号隧道出口正洞上台阶掌子面施工至里程DK152+258时，通过超前水平钻机(开山牌潜孔钻机KG930B)对前方30米范围进行超前炮孔探测时，在线路左侧拱腰处发现一黄色粘土型填充物溶洞，当即决定立即停止掌子面掘进，进行超前地质预报，探明溶洞发育规律。根据探测结果判断填充物为硬塑粘土，溶洞宽约10m，洞顶往上延伸约4m，呈不规则形状，往进口方向发展约25m。我单位上报业主后，业主组织四方参建单位现场会审，暂定按照V级围岩支护参数继续施工，并加强锁脚锚管及系统锚杆的施工质量。掌子面开挖至里程DK152+241时，现场值班人员发现掌子面后方DK152+250～+260段线路左侧上台阶和中台阶连接位置出现纵向裂纹，裂纹呈间断式斜向分布；DK152+255～+260段线路左侧拱腰局部有间断环向裂纹。监控量测组对变形开裂段进行跟踪量测，量测数据反应，自2015年5月25日23:50至5月26日21:00，DK152+250线路左侧拱腰量测点收敛71mm，DK152+255线路左侧拱腰量测点收敛43mm。随后，测量班加大量测频率，每隔4个小时测量一次，至5月27日早晨9:00，DK152+250线路左侧拱腰量测点累计收敛达101mm，DK152+255线路左侧拱腰量测点累计收敛达64mm。现场采取了临时加固措施，在原有横撑的基础上又增加了临时斜撑，并对裂缝位置进行喷射混凝土封闭。6月1日、6月4日，分别经参建四方单位会审，确定溶洞填充段初支加固处理方案。

图1 DK152+255断面溶洞推断形态

4.1溶洞填充段初支加固处理方案

4.1.1增设Φ42锁脚锚管加固措施

在DK152+255开始线路左侧上中台阶拱脚及拱部岩石与岩土分界左侧岩石方向1m处，每榀钢架增设1组Φ42锁脚锚管，长度4m，与钢架连接牢固，上中台阶处锁脚锚管与水平夹角30°，拱顶处锁脚锚管为径向，锁脚锚管施工采用砂浆锚杆注浆工艺并灌注M20水泥砂浆，配制M20水泥砂浆时采用中细沙，粒径不应大于2.5mm；砂胶比宜为1:1～1:2(重量比)，水胶比宜为0.38～0.45。灌浆中途不应停止，直至孔口有浆液溢出，若无浆液溢出应进行补注。

4.1.2采用Φ89锁脚锚管加固

在DK152+262～+236上、中、下台阶为溶洞填充物段增设Φ89锁脚锚管，凡钢架接头处位于溶洞填充物附近，每榀增设Φ89锚管，嵌入基岩不小于4米，采用M20水泥砂浆锚固与钢架紧密连接。采用锚杆施工工艺，水平向下30°至45°，上、中、下台阶，共6组12根，打设注浆孔，根部2米以下施作。上、中台阶在原设计每2榀钢架设1榀临时横撑的基础上，调整为每榀钢架均设临时横撑，并喷射C25混凝土封闭，厚20cm。下台阶DK152+264～+236段设临时横撑,并喷射C25混凝土封闭，厚20cm。中台阶溶洞充填部位增设I20a型钢斜撑，并对DK152+250处悬空钢架进行支撑加固，并进行C25喷混凝土封闭。

4.1.3 拱腰Φ89径向锚管加固措施

在DK152+262～+241段位于溶洞填充物附近的钢架，在上台阶拱脚以上2m每榀增设一组两根Φ89锚管，嵌入基岩不小于4m，锁脚锚管必须按照砂浆锚杆施工工艺施工。锁脚锚管应采用M20水泥砂浆灌浆锚固，采用Φ22“L”型钢筋与钢架连接，锁脚锚管与水平线夹角向上45°，注浆时中途不应停止，直至孔口有浆液溢出，若无浆液溢出应进行补注。锚管根部2m以下设注浆孔,孔间距25*25cm,梅花型布置,孔直径6mm。

4.1.4 采取Φ42径向注浆小导管加固措施

DK152+262～+236段线路左侧每榀钢架两侧设Φ42径向注浆小导管，长5m，设置三排，分别位于拱脚以上1m，拱脚以下1.5m，下台阶基底以上2m，注水泥-水玻璃双液浆。径向注浆小导管可作为锁脚锚管保留，并采用Φ22“L”型钢筋与钢架紧密连接。

4.2 隧底岩溶加固处理方案

4.2.1 采用Φ89钢管桩加固措施

DK152+276～+261段溶洞主要位于隧道底部，且仰拱以下岩盘厚度大于2m，且无充填的空洞较多，采用M10水泥砂浆回填后用Φ89钢管桩复注水泥浆加固。 4.2.2 采用Φ194钢管桩加固措施

图2 钢管桩加固隧底示意图

DK152+261～+255基底溶洞主要位于边墙附近，仰拱以下岩盘厚度小或无岩盘，全填充，空洞少，采用Φ194钢管桩注水泥浆加固方案。

4.2.3 基底垫层加固措施

DK152+261～+255段钢管桩注浆施工完成后，仰拱开挖时，割除仰拱范围的桩，桩顶设不小于50cm厚C20钢筋混凝土垫层，垫层内设双层钢筋网片，钢筋采用Φ16螺纹钢，间距20cm*20cm，架立筋采用Φ20螺纹钢，间距60cm*60cm，梅花型布置，桩深入垫层20cm。

4.2.4 钢管桩加固效果验证

采取钻芯取样验证钢管桩注浆效果，因取芯速度较慢，为确保施工安全步距，及时施作仰拱，采取“仰拱先行，预留取芯孔”的方案。

DK152+276～+261段仰拱基底基岩厚度在两米以上，施工仰拱初支、仰拱及填充时在溶洞注浆范围预留钻芯孔；DK152+261～+255基底溶洞主要位于边墙附近，施工50cm厚C20钢筋混凝土垫层时在需要钻芯位置预埋Φ160mmPVC管，施工仰拱初支、仰拱及填充时将预留钻芯孔的PVC管引到填充面高度。

DK152+261～+255段线路左侧纵向每3m预留一排检查孔，每排设置2孔进行钻芯取样，1孔位于初期支护墙脚向线路侧0.6m，与竖向夹角为15°，另一孔与第一孔距离为2.5m，竖直向下；DK152+276～+261段纵向每3m预留1排检查孔，每排设置2孔进行钻芯取样，施工中根据溶洞位置布置检查孔，要求检查孔横向间距不小于2m。通过仰拱预留PVC管钻孔深入基岩不小于1m，检查溶洞填充是否密实，钻芯的密实度不小于90%，否则通过钻孔进行补充注浆。

2015年8月24日，该填充型溶洞段最后一节仰拱施工结束，随后进行取芯验证加固效果，结果反映满足设计要求，一次性验收通过。

5.结语

晏家堡二号隧道出口正洞粘土填充型溶洞处理结束后，通过围岩监控量测数据反应，对已经完成初期支护的地段均已稳定，未再次发生变形；岩溶段仰拱施工完成后，通过沉降观测数据反应，一个月内仰拱未发生沉降。说明该填充型溶洞施工技术有效可行，给其他标段类似岩溶问题提供有力的参考依据，也为黔张常铁路顺利开通奠定了基础。

[1]岩溶隧道风险影响因素及评估[J]. 吴治生,张杰.铁道工程学报. 2011(10)23-25.

[2]武广铁路客运专线尖峰顶隧道复杂岩溶段施工技术[J]. 伍帆,袁定安.铁道标准设计. 2010(01)45-47.

ConstructionTechnologyofDiseaseTreatmentofClayFilledKarstTunnel—Takeing the Yanjiabao No.2 Tunnel of Zhang-Chang Railway in Guizhou as an Example

LI Xing-ming
(Tunnel Engineering Corporation of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd., Chongqing 400700, China)

Karst geology, especially complex karst problems, is a difficult problem in the geological construction field of tunnel construction both at home and abroad. Based on Guizhou Zhang-Chang Railway Yanjiabao No.2 Tunnel karst cave processing technology, this paper elaborates clay filling type karst treatment scheme, Yanjiabao No.2 tunnel karst processing techniques have been validated in practice, and the effect is obvious, properly handled, after processed by the monitoring and measurement data shows the structure is stable, no deformation, can provide references for similar tunnel construction in karst.

karst; tunnel; construction technology

U455.4

A

1671-3974(2017)04-0067-03

2017-07-23

李兴明(1983- )，男，大学，中铁十八局集团隧道工程有限公司工程师，研究方向：隧道开挖支护等施工领域。