岩溶区域联络通道冻结孔施工难题及对策

2020-06-20王翔

山西建筑 2020年13期

关键词：炭质成孔溶洞

王翔

(北京中煤矿山工程有限公司，北京 100013)

1 工程概况

1.1 施工工况

广州地铁八号线某区间隧道设置一处联络通道兼废水泵房，因其所处位置地质条件复杂，采用冻结法加固+矿山法暗挖的施工方法。

1.2 区间地质

该区间勘察场地范围内地形平坦，无崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，主要不良地质作用为岩溶、土洞。根据地勘资料表明该区间隧道位于软土地基沉降以及岩溶地区地面沉降和塌陷风险区，此外区间段揭露的基岩为二叠系炭质灰岩地层，揭露有溶洞、土洞。联络通道位于二叠系炭质灰岩分布区，断面处于强风化炭质泥岩之中，岩体呈半岩半土状，围岩稳定性较差。由于碎屑岩风化的不均匀性和局部裂隙发育的特点，以及炭质灰岩发育岩溶的可能性，导致局部隧道可能出现涌水量加大的风险。

联络通道兼废水泵房所处地层从上而下主要为：<7C-1>强风化炭质灰岩、<9C-1>微风化炭质灰岩，联络通道底板以上地层存在一定波动，联络通道底板以下均为<9C-1>微风化炭质灰岩、岩层完整性好，联络通道拱顶附近存在溶洞，如图1所示。

1.3 冻结孔设计施工

冻结孔施工作为联络通道冻结施工的关键环节，成孔质量影响后续冻结效果[1]。该联络通道采用全包式冻结设计(见图2)，设计冻结孔68个，联络通道拱顶布设三横排冻结孔D1,D2,D15,侧墙布设两竖排冻结孔D3～D12，集水井兜底布设四排冻结孔D13,D14,D16,D17。

2 冻结孔施工难题

2.1 试验孔施工

为了验证地勘资料的准确性，首先，通过试验孔施工探索普遍适用的冻结孔施工工艺。试验孔施工仅探明钻孔路径地层以及地层出水情况，并不下放冻结管成孔，试验孔采用取芯钻进的形式进行施工。施工选择各区域具有代表性的孔位进行施工，该联络通道选择顶部D1排孔位、中部透孔D5～D6以及底部D13,D14进行施工。

在实际试验孔施工过程中，探明联络通道以D1排为代表的联络通道拱顶区域水量较小，岩层属中风化；以D5～D6为代表的联络通道中部及侧墙地层出水量较大，施工过程中硬岩和溶洞互层；以D13,D14为代表的联络通道底部废水泵房区域，水量大，水压大，实测约0.28 MPa，岩层微风化，强度高，硬岩单轴抗压强度可达70 MPa。地层溶洞与岩层交错、地层分化严重；岩层强度高、溶洞范围广且软弱存在空腔；联络通道区域自上而下涌水量变化明显，呈增大趋势。

2.2 冻结孔施工难题

根据试验孔施工，得知冻结加固区域地层岩石强度高、溶洞分布广泛、岩溶区渗透系数大，地层不利因素对冻结孔施工提出更高要求。钻孔施工需穿越中微风化炭质灰岩、溶洞土洞交错复合的地层，较差的地层条件导致钻孔施工面临诸多问题：

1)由于冻结孔需穿越岩层，冻结孔施工进度慢、管材损耗大，单一施工工艺无法满足复杂地层成孔要求；

2)岩溶区地层涌水量大，钻孔施工风险高，有潜在的地下水倒灌隧道风险；

3)溶洞土洞和炭质灰岩交互，钻孔路径软硬不均，且差异大，成孔质量难以保证。

3 冻结孔施工对策

3.1 施工思路

针对钻孔穿岩施工慢、地层涌水量大的情况，首先对地层溶洞进行预处理[2]，系统注浆处理地层，进行双液浆充填，地层处理之后采用潜孔锤跟管工艺提高穿岩效率并且留在地层中的套管可防止塌孔，最后下放冻结管测斜打压成孔。总体设计：钢管片或混凝土管片上安装φ168×5孔口管，安装放喷装置球阀后利用潜孔锤破岩跟进φ127×6套管。施工过程中若地层涌水量突增，当即退钻进行双液浆充填处理封孔，待地层双液浆凝固后复钻。待施工至设计深度后，将高压偏心潜孔锤头收回退出φ127套管，最后在套管内下放φ89×8冻结管，密封孔口成孔。

施工过程中根据地层溶洞岩层分布情况，灵活选择套管和潜孔锤施工，通过不同的钻具组合形式满足特殊地层施工[3]，其中跟管钻进的套管穿越溶洞止水，套管内施工潜孔锤破岩成孔最后下冻结管测斜。