友谊隧道穿越盐岩地层修建关键技术

李锋刚

（中铁二局第二工程有限公司，成都 610000）

1 工程概况

1.1 盐岩分布

友谊隧道全长9.67 km，设计为单线隧道。隧道老挝境内起讫里程为DK0+000～DK2+425，全长2 425 m，埋深50～243 m，在施工过程中遇到了盐岩地层（纵面图见图1），长约1 km，地层主要成分是盐岩、泥岩和石膏（局部）。盐岩呈条带状、块状、脉体状、层状等形态产出，局部盐岩质量分数为50%～80%，呈厚～巨厚层状产出，为白色、棕红、棕褐色，夹杂深灰色砂泥岩碎块及泥质，质地较硬。

图1 友谊隧道盐岩段纵断面

1.2 盐岩危害

盐岩地层主要成分为石盐，夹部分泥灰质、硬石膏角砾。石盐岩属氯盐类盐岩，具有低孔隙率、低渗透性、蠕变等特殊性质，易溶于水，盐岩块体侵蚀性试验得到环境条件为H2、Y3、L3（H2 为化学侵蚀环境的作用等级；Y3 为盐类结晶破坏环境的作用等级；L3 为氯盐环境的作用等级），极易产生腐蚀作用。总体来说盐岩具有强腐蚀性、强溶解性、膨胀性。由于石盐岩的特殊性，导致已施工段落出现衬砌开裂、仰拱底鼓、隧底基底空腔、钢筋锈蚀等问题。

2 盐岩段特殊设计

采用圆形结构断面；采用多重支护、多重防水、围岩径向注浆等措施，防止地下水渗入，在隧底进行加深换填并设置阻水榫，抑制地下水纵向流动；采用耐腐蚀性混凝土、环氧树脂钢筋，提高结构抗腐蚀能力[1]，盐岩段衬砌断面图如图2 所示。

图2 盐岩段衬砌断面图

1）在初期支护与二衬之间增设隔水层结构，构建初支、隔水层、二衬三重支护体系。初期支护：C30 早高强喷射混凝土；隔水层：C35 聚合物混凝土；二次衬砌：C40（国内段C50）耐腐蚀性抗渗混凝土[抗渗等级不小于P12；混凝土胶粒材料的抗蚀系数（龄期56 d）不得小于0.8，抗硫酸盐结晶破坏等级（龄期56 d）不小于KS150，56 d 电通量应小于1 000 C，氯离子扩散系数（龄期56 d）应不大于3×10-12m2/s]。

2）在隔水层两侧分设EVA 防水板反粘式防水板，施工缝采用中埋式橡胶止水带。隔水结构与二衬施工缝错开设置，纵向错开距离不小于1 m，环向不小于2 m。

3）地下水较发育地段对隧底采用长5 m、φ42 mm 花钢管注浆（防腐涂层），间距1 m×1 m，原则上采用普通水泥浆，当可注性差且仍有漏水时，现场可补注超细水泥浆，水灰比为0.3～0.5。拱墙初支表面有明显漏水部位，采用局部径向注浆堵水，孔深5 m，间距1 m×1 m，孔口管采用长1 m、φ42 mm钢花管，注浆参数与隧底注浆一致。对其余洞段含盐量低于50%段落拱墙范围及含盐量高于50%段落全环范围进行初支背后回填注浆，采用长0.5 m、φ42 mm 钢管，拱墙间距1.5 m×1.5 m，隧底间距1.0 m×1.0 m，采用普通水泥浆。

4）在盐岩段每个50 m 设置一处阻水榫，另外，在盐岩与非盐岩接触带、地下水变化较大处、斜井与正洞交叉口等地段设置阻水榫，抑制地下水在盐岩段的自由流动。

5）二衬钢筋采用环氧树脂钢筋，避免钢筋腐蚀。

3 盐岩段施工组织

遵循“以开挖为龙头，后续工序平行作业”组织施工，19 道工序分开挖支护区、注浆区、隧底结构作业区、拱墙结构作业区4 大区域，12 个作业区段组织流水作业，作业区合计长度约220 m。盐岩段施工工序组织如图3 所示。

图3 盐岩段施工工序组织示意图

4 施工关键技术

4.1 抗渗耐腐蚀性混凝土制备

4.1.1 混凝土配合比

C30 喷射混凝土采用无碱速凝剂和复合掺和料技术。C35隔水层采用聚合物混凝土。C40 二次衬砌采用低水化热、矿物掺合料、补偿收缩技术。

4.1.2 性能数据

1）C30 喷射混凝土。掺入了增强料的C30 喷射混凝土更密实、混凝土回弹率更小、抗渗性能更好；初凝时间快、早期强度更高，后期强度增长更有保障、总碱含量和三氧化硫含量更小。C30 喷射混凝土技术指标对比见表1。

表1 C30 喷射混凝土技术指标对比表

2）C35 隔水层混凝土。聚合物乳液在水泥浆与集料间形成具有较高黏结力的膜层，进而堵塞砂浆内的孔隙，所以，聚合物C35 混凝土更密实，抗渗性能更好；聚合物C35 混凝土中的早期水化速度较低，产生的水化热也较低，降低了温度裂缝产生的可能性，后期强度和普通C35 强度基本一致。普通C35 混凝土氯离子扩散系数（56 d）指标远低于设计要求，电通量数据也明显劣于聚合物C35 混凝土。C35 隔水层混凝土技术指标对比见表2。

表2 C35 隔水层混凝土技术指标对比表

3）C40 二衬混凝土对比。由于使用低热水泥和膨胀剂，混凝土水化热得到降级，减少了温度裂缝的产生；后期强度增长明显，加入膨胀剂减少混凝土收缩，对抗渗、氯离子扩散、抗硫酸盐侵蚀等耐久性指标有明显的改善和提高。通过对比数据发现：普通C40 混凝土氯离子扩散系数（56 d）指标达不到设计要求，同时电通量数据也劣于低热混凝土。C40 二衬混凝土技术指标对比见表3。

表3 C40 二衬混凝土技术指标对比表

4.2 圆形深仰拱多层结构施工

4.2.1 自行式移动长栈桥和全封闭模板

为确保圆形深仰拱浇筑质量，并实现隧底结构多工序平行作业，提高施工效率，研发65 m 长自行式移动长栈桥，并配置两套全封闭模板（1 套用于隔水层浇筑、1 套用于仰拱浇筑），模板上设进料振捣窗。

隧底隔水层和仰拱浇筑高度约4～5 m，浇筑过程中采取如下措施抗浮：模板前端使用拉杆、后端配重，同时由岩面打设钢筋安放斜撑；控制混凝土坍落度和浇筑速度，左右对称浇筑。

4.2.2 隧底施工工艺流程

隧底结构包括初支、注浆、一层防水、隔水层、二层防水、仰拱、填充等，部分段落还需施工阻水榫。

4.3 综合监测技术

监测内容主要包括结构应力监测、初支背后水压及结构隔水效果监测、岩盐侵蚀发展过程监测、溶蚀空洞监测。监测设备采用压力传感器、混凝土应变计、钢筋计、孔隙水压力计、地下水探头、腐蚀监测传感器、光纤测线等。监测按长期考虑，监测周期暂定10 a，运营期监测数据采集均由计算机自动采集。

5 结语

友谊隧道盐岩段含盐量高达80%以上，成岩环境特殊且主要成分为石盐、石膏，施工难度极大，国内外罕见。根据研究和现场总结初步得出以下结论：

1）盐岩具有强溶解、强腐蚀、膨胀性等工程特性，对工程危害极大。

2）采取圆形断面、多重支护、多重防水、隧底换填、阻水榫和富水地段注浆堵水等措施能够有效降低隧底盐岩病害，新施工段的衬砌结构未发生开裂和变形，确保了友谊隧道的施工及运营安全，取得了良好的效果。

3）提高混凝土密实度、添加耐腐蚀剂、增加隔水层以及采用环氧树脂涂层钢筋等综合防腐措施能够提高结构防腐蚀能力，降低因盐岩的溶解、结晶膨胀、侵蚀对钢筋混凝土结构的危害。

4）目前只对盐岩地层隧道的修建技术进行了研究和实践，在铁路运营期间盐岩侵蚀环境作用下衬砌背后围岩压力的分布规律对隧道结构的影响问题需要进一步探讨研究。