呂曉科
(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司河北涿州072750)
隧道K148+620~K148+636段地表屬于溶丘臺(tái)地和壟崗槽谷地貌,屬于可溶巖與非可溶巖接觸帶,段落內(nèi)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,在K148+360~K149+100段線路左側(cè),在高程約620 m位置發(fā)育一處大型巖溶溝槽,該溝槽延伸長(zhǎng)度約5 km,寬度約1 km,溝槽內(nèi)地勢(shì)較為平坦,高差較小,約30 m以內(nèi);地表溝槽內(nèi)巖溶沖蝕洼地、溶丘相間密布,巖溶漏斗、落水洞南北走向分布,呈串珠狀,規(guī)模不定;槽谷下部高程550 m附近發(fā)育一暗河,出口位于洼地南緣,里程為K148+515左77.6 m,暗河出口高程約為540 m。
隧道該段地層巖性主要為二疊系下統(tǒng)棲霞組灰?guī)r夾炭質(zhì)頁(yè)巖(P1qLs+csh):灰?guī)r,深灰色,礦物成分以方解石等為主,隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚-厚層狀構(gòu)造,局部含燧質(zhì)條帶,巖質(zhì)堅(jiān)硬,巖體較完整。炭質(zhì)頁(yè)巖,以?shī)A層形態(tài)分布,薄層狀構(gòu)造,變余層理結(jié)構(gòu),頁(yè)理發(fā)育,礦物以黏土礦物及碳為主,巖質(zhì)較軟,手摸可污手。巖石表面溶蝕嚴(yán)重,溶蝕溝槽發(fā)育。風(fēng)化層厚0.5~1 m,級(jí)軟石,σo=400 kPa;完整巖石,級(jí)次堅(jiān)石,σo=1000 kPa。
K148+620~K148+636段位于二戶溪背斜東南翼,屬于單斜構(gòu)造。K148+570附近為二疊系下統(tǒng)棲霞組可溶巖與泥盆系上統(tǒng)黃家磴組非可溶巖接觸帶,兩套巖性為整合接觸,接觸帶內(nèi)局部發(fā)生揉皺現(xiàn)象,巖體被切割成塊狀及角礫狀,風(fēng)化及溶蝕現(xiàn)象嚴(yán)重。
(1)地表水
沿線附近地表水發(fā)育情況為:非可溶巖地區(qū)比可溶巖地區(qū)較發(fā)育。地表河流走向受地質(zhì)構(gòu)造、巖石特性、地形地貌等方面影響,干流與支流相交大部分呈現(xiàn)為蜘網(wǎng)狀、樹枝狀等,地表徑流情況受季節(jié)性降水影響較大。
(2)地下水
K148+620~K148+636段地下水類型主要為碳酸鹽巖巖溶裂隙溶洞水。本段與隧道關(guān)系較為密切的地下暗河即在臥云界槽谷下部發(fā)育的暗河(S1A-X52),長(zhǎng)度約1500 m,分布在隧道線路左側(cè),與隧道基本呈90°垂直,暗河出口里程為K148+516左側(cè)77 m,高程為540 m,定測(cè)勘察期間實(shí)測(cè)流量約18 L/s,雨后流量明顯增加,歷史記載最大流量約2200 L/s(1961年9月測(cè)),該暗河系統(tǒng)為臥云界溶蝕槽谷的主要排泄通道。
該段地表屬壟崗臺(tái)地地貌,巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,為溶蝕槽谷地貌。該區(qū)由于小里程側(cè)為深切河谷,地表水由東向西排泄通暢。地表溶蝕地貌主要表現(xiàn)為溶牙,溶槽。巖溶漏斗,落水洞分布較少。但由于小里程側(cè)為非可溶巖,為巖性接觸帶,巖溶相對(duì)發(fā)育強(qiáng)烈,本次物探揭示,該段地下巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,為低阻帶,深孔鉆孔驗(yàn)證揭示,在隧道洞身附近串珠狀溶洞發(fā)育。
(1)TSP資料情況
K148+618~K148+637段為灰?guī)r,巖溶發(fā)育,巖體破碎,泥質(zhì)充填,巖溶水發(fā)育,水量增大。
(2)地質(zhì)雷達(dá)資料情況
K148+618~K148+628段為灰?guī)r,巖溶較發(fā)育,巖溶水發(fā)育,巖體破碎;
(3)紅外探水資料情況
掌子面前方30 m范圍內(nèi)裂隙水、巖溶水較發(fā)育,水量較當(dāng)前掌子面增大,提前做好防排水措施。
(4)超前水平鉆資料情況
圖1 水平鉆孔布置圖
圖2 溶洞平面圖
①隧道施工至K148+570時(shí),由于當(dāng)時(shí)掌子面接近二疊系下統(tǒng)棲霞組可溶巖與泥盆系上統(tǒng)黃家磴組非可溶巖接觸帶,風(fēng)險(xiǎn)較大,根據(jù)建設(shè)指揮部組織對(duì)隧道進(jìn)口可溶巖與非可溶巖接觸帶設(shè)計(jì)技術(shù)交底會(huì)議要求,在K148+570掌子面設(shè)計(jì)的①號(hào)水平超前鉆孔采用取芯施鉆,鉆孔長(zhǎng)度68 m,其中K148+625~K148+635(55~65 m)為溶洞,黃色粉質(zhì)黏土夾細(xì)砂、碎石充填,有水。
②隧道上臺(tái)階施工至K148+616掌子面時(shí),按原設(shè)計(jì)進(jìn)行了②號(hào)上仰水平鉆孔施工,鉆孔長(zhǎng)度20 m,其中K148+626~K148+638為溶洞,黃色粉質(zhì)黏土夾細(xì)砂、碎石充填,有水;
③隧道中臺(tái)階施工至K148+605掌子面時(shí),按原設(shè)計(jì)進(jìn)行了③、⑤號(hào)外上偏水平鉆孔施工,鉆孔長(zhǎng)度20 m,均無(wú)異常。
根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料情況,判定隧道前方K148+620~K148+636段發(fā)育一大型充填型溶洞。溶洞形態(tài)不規(guī)則,主體主要發(fā)育在掌子面正前方及右側(cè),自掌子面左上方向右下方發(fā)育,探測(cè)最大縱深約18 m,橫向?qū)挻笥? m,向上有補(bǔ)給通道、向下有排泄通道,溶洞內(nèi)充填物為流塑‐軟塑的粉質(zhì)粘土夾碎石土,極為松散,此溶洞直接揭示易產(chǎn)生掌子面及拱部溶洞土體失穩(wěn)坍塌,進(jìn)一步引起大規(guī)模突泥突水。推斷溶洞的大致形態(tài)為:
圖3 溶洞縱斷面圖
掌子面暫停開挖作業(yè),對(duì)掌子面巖溶發(fā)育區(qū)域進(jìn)行局部超前帷幕注漿加固,加固范圍:中部及右側(cè)中上臺(tái)階及其開挖輪廓外5 m范圍,縱向長(zhǎng)度20 m;注漿完成后由建設(shè)指揮部組織四方對(duì)帷幕注漿效果進(jìn)行取芯驗(yàn)證;取芯驗(yàn)證合格后進(jìn)行超前管棚施工;開挖支護(hù)過(guò)程中在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加一排40°超前小導(dǎo)管,所有超前小導(dǎo)管及徑向注漿采用水泥-水玻璃雙液漿;右側(cè)在溶洞范圍內(nèi)的鋼架采用φ89鎖腳錨管,深入基巖不小于4 m。
3.2.1 帷幕注漿
(1)施作止?jié){墻
根據(jù)預(yù)報(bào)資料,安全巖盤3 m,滿足注漿要求,對(duì)掌子面采用C25網(wǎng)噴砼封閉,網(wǎng)噴砼厚度為20 cm。
(2)打孔作業(yè)
根據(jù)鉆孔坐標(biāo)參數(shù)表放樣出各孔具體位置,采用紅油漆標(biāo)識(shí)并編號(hào),注漿鉆孔直徑采用φ130 mm,孔口管采用φ108 mm,壁厚6 mm的熱軋無(wú)縫鋼管,管長(zhǎng)2 m,各孔長(zhǎng)度及角度見(jiàn)表1。
表1 鉆孔坐標(biāo)參數(shù)表
放樣后各孔正面位置及側(cè)面位置下圖。
圖4 各孔正面位置圖
圖5 各孔側(cè)面位置圖
圖6 管棚與雙排小導(dǎo)管布置圖
(3)注漿作業(yè)
每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為20 m,不含安全巖盤,開挖17 m,并保留3 m止?jié){盤。注漿孔擴(kuò)散半徑1.5 m,孔底間距不大于2.5 m布置,每一循環(huán)共設(shè)5環(huán)36個(gè)注漿孔。鉆孔及注漿順序由外向內(nèi),同一圈孔間隔施工,采用前進(jìn)式注漿,單號(hào)孔注單液漿,雙號(hào)孔注雙液漿,注漿壓力為0.5~1.5 Mpa。
3.2.2 超前管棚施工
帷幕注漿合格后,進(jìn)行管棚施工,溶洞側(cè)管棚間距調(diào)整至30 cm,無(wú)溶洞側(cè)按原設(shè)計(jì)60 cm施作。
管棚縱向12 m一環(huán),相鄰兩環(huán)之間水平搭接長(zhǎng)度不小于3 m。
管棚設(shè)計(jì)參數(shù)①鋼管規(guī)格:外徑89 mm,壁厚5 mm;②管距:環(huán)向間距根據(jù)與溶洞位置關(guān)系設(shè)置為30 cm或60 cm;③傾角:外插角6°~8°,可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整;④注漿材料:M10水泥砂漿;⑤設(shè)置范圍:拱部120°范圍;⑥管棚單根長(zhǎng)度:12 m。
3.2.3 超前小導(dǎo)管施工
原設(shè)計(jì)φ42超前小導(dǎo)管與管棚搭配使用,Φ42小導(dǎo)管長(zhǎng)4 m,采用熱軋無(wú)縫鋼管,壁厚3.5mm,導(dǎo)管體設(shè)置溢漿孔,孔徑為6 mm,孔間距為25 cm,呈梅花形交錯(cuò)布設(shè),前端加工成錐形,便于推送安裝,尾部設(shè)置長(zhǎng)度大于100 cm的止?jié){段,不設(shè)置溢漿孔。導(dǎo)管環(huán)向間距60 cm,外插角10°~15°,可根據(jù)實(shí)際施工情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
因溶洞發(fā)育,溶洞側(cè)增加一排40°超前小導(dǎo)管,同徑向注漿均采用雙液注漿。
3.2.4 鎖腳錨管施工
凡處于溶洞填充物附近的鋼架,每處連接板增設(shè)2根Φ89鎖腳錨管,嵌入基巖不小于4 m,采用水泥砂漿錨固,并用“L”型鋼筋與鋼架連接緊密。若填充物較厚,錨管不能嵌入基巖,采用擴(kuò)大拱腳基礎(chǔ),縱向連接筋加密,環(huán)向間距0.5 m。
通過(guò)制定科學(xué)、合理、有效、經(jīng)濟(jì)的接觸帶施工方案,并嚴(yán)格過(guò)程實(shí)施,安全順利的通過(guò)了此接觸帶。經(jīng)過(guò)對(duì)施工過(guò)程中及后期的初支、襯砌進(jìn)行變形觀測(cè),確定該段已穩(wěn)定。
在今后的鐵路隧道施工過(guò)程中,特別是巖溶發(fā)育的隧道,必須加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作,采用鉆探及物探相結(jié)合的方式,對(duì)隧道前方地質(zhì)情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,并做好施工過(guò)程中及后期的變形觀測(cè)工作。
超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及變形觀測(cè)工作必須嚴(yán)格按要求納入工序循環(huán)管理,嚴(yán)格按要求施作,并指導(dǎo)施工。