曹林衛(wèi)，姜波

（中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，重慶 401121）

0 引言

我國(guó)巖溶地貌分布廣泛，修建鐵路隧道不可避免地會(huì)與巖溶地層遭遇。在巖溶地層中修建隧道經(jīng)常會(huì)遇到高壓富水溶洞，如果處治不當(dāng)，將會(huì)發(fā)生突水突泥、塌方等地質(zhì)災(zāi)害，因此對(duì)高壓富水溶洞進(jìn)行超前預(yù)加固至關(guān)重要。

張民慶等[1]在對(duì)齊岳山隧道高水壓涌水地段進(jìn)行處治中，采用了循環(huán)注漿堵水技術(shù)。張梅等[2]在對(duì)野三關(guān)隧道 “602” 高壓富水溶腔進(jìn)行處治中，采用了高位泄水降壓技術(shù)、注漿技術(shù)和管棚預(yù)支護(hù)技術(shù)，保證了隧道溶洞段的施工安全。杜永昌[3]針對(duì)大支坪隧道 “990” 高壓富水溶腔，綜合采取預(yù)鉆孔排水減壓、帷幕注漿預(yù)加固隧道周邊圍巖以及高位支洞排水等措施，成功地處理了溶洞區(qū)突水災(zāi)害問題。劉招偉等[4]在圓梁山隧道毛壩向斜高壓富水區(qū)，采用多種注漿方法和手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)圍巖和充填物的加固和阻水。由此可見，注漿是防治突水的重要施工技術(shù)[5]。渝懷鐵路Ⅱ線新圓梁山隧道穿越巖溶地質(zhì)條件復(fù)雜，突水突泥等災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大，其中2#溶洞的處治是隧道施工的重點(diǎn)[6]。

鑒于此，以新圓梁山隧道為工程依托，在分析2#溶洞特點(diǎn)與注漿難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，開展超前帷幕注漿方案設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)驗(yàn)證了超前帷幕注漿加固的效果。研究成果對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

新圓梁山隧道由既有圓梁山隧道平導(dǎo)擴(kuò)挖修建，全長(zhǎng)11172m，最大埋深774m。新圓梁山隧道位于既有線右側(cè)30m處，設(shè)計(jì)為人字坡，底板標(biāo)高低于既有線1.5m。新圓梁山隧道穿越地層條件與既有線隧道相似。

1.1 2#溶洞概況

新圓梁山隧道2#溶洞位于YDK340+337～YDK340+397，溶洞距進(jìn)口3060m，距地表約579m，探測(cè)到的溶洞長(zhǎng)度為122m，設(shè)計(jì)抗水壓力3MPa。隧道位于毛壩向斜YDK339+102～YDK341+302段舟型富水區(qū)核部。溶蝕裂隙發(fā)育廣泛，為具寬大構(gòu)造-溶蝕裂隙特征的深埋充填溶洞。溶洞內(nèi)充滿黃褐、褐紅色黏質(zhì)粉細(xì)砂與粉質(zhì)黏土。填充物與溶解的灰?guī)r以及巖塊交叉分布，自穩(wěn)性差。溶洞與上部巖溶水體或地下暗河相連。一線施工期間洞內(nèi)水壓：正洞3.013MPa，平導(dǎo)2.016MPa?？傊?，2#溶洞具有規(guī)模大、水量大、水壓高的特點(diǎn)，因此，施工處治難度大[7]。2#溶洞示意圖如圖1所示。

圖1 新圓梁山隧道2#溶洞平面發(fā)育示意圖

為降低風(fēng)險(xiǎn)，保證施工安全，從安全使用性、地質(zhì)適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)、工期、既有工程經(jīng)驗(yàn)等方面對(duì)多種超前預(yù)支護(hù)方案進(jìn)行綜合對(duì)比分析，確定采用帷幕注漿法對(duì)2#溶洞進(jìn)行預(yù)加固。

1.2 帷幕注漿施工重難點(diǎn)分析

根據(jù)隧道所處地理位置以及開挖揭示的工程地質(zhì)和水文情況，隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)及重點(diǎn)如下：

（1）工程地質(zhì)復(fù)雜，巖溶管道與充填介質(zhì)軟硬不均，且溶洞充填介質(zhì)主要為含水黏質(zhì)粉細(xì)砂與粉質(zhì)黏土，不易成孔，這種地層的鉆孔效率被嚴(yán)重制約。如何提高孔位的鉆探效率是該項(xiàng)目能否快速完成注漿加固的根本保證。

（2）溶洞充填體以粉細(xì)砂為主，漿液固結(jié)后呈切割土體的網(wǎng)脈狀，不能完全浸潤(rùn)土體，注漿體的固結(jié)形態(tài)、擴(kuò)散范圍不能精確預(yù)控，整體強(qiáng)度差異大或提高有限。如何對(duì)注漿過程進(jìn)行嚴(yán)格把控，從而提高注漿質(zhì)量是關(guān)鍵。

（3）溶洞充填體頂部涵蓋范圍廣、含水率大，開挖施工擾動(dòng)易對(duì)注漿后的止水加固圈造成影響，使土體發(fā)生液化反應(yīng)，成流塑狀，可能產(chǎn)生突泥、突水、頂部掉泥現(xiàn)象，難以形成自然拱。如何在施工過程中盡可能降低對(duì)土體的擾動(dòng)是保證安全開挖的重點(diǎn)。

綜上所述，如何提高鉆孔效率、注漿質(zhì)量，降低開挖對(duì)土體的擾動(dòng)是注漿施工的重難點(diǎn)。

2 隧道穿越2#溶洞超前帷幕注漿方案設(shè)計(jì)

根據(jù)2#溶洞的空間分布特征及施工重難點(diǎn)，確定在YDK340+330～YDK340+405段施作全斷面帷幕注漿，同時(shí)采用大管棚進(jìn)行超前支護(hù)。采用大管棚支護(hù)并進(jìn)行管棚注漿加固，能夠在提高帷幕注漿效果的同時(shí)，對(duì)隧道頂部溶洞內(nèi)的粉細(xì)砂等充填體進(jìn)行加固，形成連續(xù)密閉的管棚喇叭桶形支護(hù)結(jié)構(gòu)，避免隧道拱部的坍塌、掉泥等災(zāi)害，保證隧道安全開挖。通過施作止?jié){墻并采用分段前進(jìn)式注漿方式，可以有效防止塌孔和成孔困難。此外，在超前帷幕注漿施工前進(jìn)行注漿試驗(yàn)，獲取注漿量、漿液配合比、凝結(jié)時(shí)間、注漿終壓等參數(shù)。在帷幕注漿施工中，除采用常規(guī)注漿材料外，還采用了硫鋁酸鹽水泥、超細(xì)水泥等特種注漿材料。特種注漿材料早期強(qiáng)度高、快硬，具有良好的可注性、分散性和浸潤(rùn)性，能夠有效注入地層并形成脈狀網(wǎng)格膠結(jié)體結(jié)構(gòu)，可以防止坍塌，且注漿效果可預(yù)控，能顯著提高注漿質(zhì)量。

2.1 施工條件準(zhǔn)備

隧道進(jìn)行超前帷幕注漿前需施作止?jié){墻，并對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化處理。

止?jié){墻施作時(shí)，先開挖止?jié){墻基礎(chǔ)。在基底及周邊打設(shè)兩排連接筋。連接筋采用直徑Φ22、長(zhǎng)度2m的螺紋鋼。鋼筋間距為0.5m，排距為1.5m。采用強(qiáng)度等級(jí)為C25的混凝土立模澆筑止?jié){墻。為便于現(xiàn)場(chǎng)施工，止?jié){墻分4次進(jìn)行澆筑，厚度為2m。

帷幕注漿前，在止?jié){墻前方10m施作鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)，如圖2所示。平臺(tái)表面采用C25模筑混凝土澆筑硬化?；炷翝仓穸葹?0cm。硬化場(chǎng)地前端斜坡不大于30°。斜坡上也須澆筑30cm厚混凝土，混凝土澆筑須平整，便于鉆機(jī)上下。

圖2 場(chǎng)地硬化布置圖（單位：mm）

2.2 超前帷幕注漿設(shè)計(jì)

超前帷幕注漿參數(shù)如表1所示。隧道每次開挖20m。在縱向加固段的8m和15m處增加兩個(gè)補(bǔ)孔注漿斷面，以減少注漿盲區(qū)。超前帷幕注漿設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

表1 注漿設(shè)計(jì)參數(shù)表

圖3 超前帷幕注漿設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

2.3 注漿材料

超前帷幕注漿材料及其配比參數(shù)詳見表2。由于地質(zhì)條件差異和現(xiàn)場(chǎng)施工情況不同，材料配比可進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。

2.4 超前帷幕注漿施工

表2 注漿材料配比表

圖4 超前帷幕注漿施工流程圖

超前預(yù)注漿按照 “由外到內(nèi)、由上到下、間隔跳孔” 的順序進(jìn)行。超前帷幕注漿施工流程如圖4所示。需要注意的是，在鉆孔和注漿過程中如出現(xiàn)突水突泥、塌方等災(zāi)害時(shí)，應(yīng)立即停止施工。

3 超前帷幕注漿效果現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)帷幕注漿設(shè)計(jì)方案的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果，對(duì)注漿后圍巖松動(dòng)圈、檢查孔及滲水情況進(jìn)行檢測(cè)。

3.1 圍巖松動(dòng)圈測(cè)試

為了確定和驗(yàn)證超前帷幕注漿堵水和加固效果，分別在隧道未注漿段YDK334+885、YDK335+715、YDK336+350處和注漿段YDK340+355、YDK340+375處測(cè)量了圍巖松動(dòng)圈厚度。圍巖松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 圍巖松動(dòng)圈測(cè)試結(jié)果

由表3可知，隧道開挖后圍巖的松動(dòng)圈厚度最大能夠達(dá)到1.6m，這主要是在裂隙較發(fā)育的Ⅳ級(jí)圍巖段中。據(jù)此可以推算，裂隙較發(fā)育的Ⅴ級(jí)圍巖段的圍巖松動(dòng)圈厚度應(yīng)該超過1.6 m。注漿后的裂隙較發(fā)育的Ⅴ級(jí)圍巖段圍巖松動(dòng)圈厚度約在1m左右，這和Ⅳ級(jí)圍巖段松動(dòng)圈在未注漿之前的厚度是一樣的，這也同時(shí)說明，采用5m注漿加固圈加固后的裂隙較發(fā)育較嚴(yán)重的Ⅴ級(jí)圍巖段的圍巖等級(jí)提高了一個(gè)級(jí)別。

3.2 徑向檢查孔

在各注漿段開挖和支護(hù)完成后，為了確定帷幕注漿堵水的效果，在系統(tǒng)錨桿（L=3.5m）和鎖腳錨桿（L=4.0m）施工過程中，鉆孔均未出水。同時(shí)，在2#溶洞段選取了YDK340+355和YDK340+375作為檢測(cè)斷面，每個(gè)斷面布設(shè)了三個(gè)徑向檢查孔，分別位于隧道斷面的拱腰和左右拱頂處，每個(gè)檢查孔的深度為5m，利用鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)孔深，發(fā)現(xiàn)三個(gè)檢查孔均未出水，這也能夠表明，在2#溶洞段把圍巖注漿厚度定為5m能夠達(dá)到堵水的效果。

3.3 注漿后滲水情況監(jiān)測(cè)

為了確定帷幕注漿后隧道滲水情況，在2#溶洞段隧道分三個(gè)區(qū)間進(jìn)行滲水量監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如表4。

表4 滲水監(jiān)測(cè)結(jié)果

從表4監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可以看出，帷幕注漿堵水后實(shí)際滲水量均小于設(shè)計(jì)規(guī)定滲水量，說明2#溶洞段隧道帷幕注漿堵水達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和預(yù)期效果，滿足隧道開挖期間滲水量的要求。

4 結(jié)論

新建圓梁山隧道鄰近既有線，采用擴(kuò)挖施工，穿越的2#溶洞規(guī)模大、水量大、水壓高、施工風(fēng)險(xiǎn)大。采用超前帷幕注漿法對(duì)2#溶洞進(jìn)行預(yù)加固，并對(duì)超前帷幕注漿參數(shù)和施工進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)超前帷幕注漿效果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)顯示，注漿加固提高了圍巖的等級(jí)，檢查鉆孔未出水，溶洞段滲水量小于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，超前帷幕注漿起到了圍巖加固和注漿堵水的效果。