黔张常铁路粘土填充型岩溶隧道施工技术

朱瑞扩

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）



黔张常铁路粘土填充型岩溶隧道施工技术

朱瑞扩

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

摘要：以黔张常铁路桑植隧道溶洞处理技术为基础，阐述粘土填充型岩溶处理方案，总结类似岩溶隧道施工技术，桑植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。

关键词：岩溶 隧道 施工技术

1　概述

岩溶地质病害是可溶岩山区隧道工程施工中常见的问题，其潜在的危害性极大，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。岩溶地质，特别是复杂岩溶问题是国内外隧道施工地质界尚未攻克的技术难题。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。

图1　DK152+255断面溶洞推断形态

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。我单位担负施工的黔张常铁路QZCZQ-1标段桑植隧道按Ⅰ级风险隧道进行管理，位于湖南省桑植县上洞街乡二户溪村和利福塔镇之间的中低山区。桑植隧道起讫里程为DK147+276.75～DK152+335，全长5058.25 m，双线隧道，最大埋深449.5 m，浅埋沟最小埋深4 m。DK151+757.947～DK152+335位于直线段上，其余均位于R=4500的曲线上。洞身纵坡依次为3.5‰/1525m、-8.5‰/600 m、-17.4‰/2923 m。地表可溶岩与非可溶岩的分界处位于DK148+570里程处附近，隧道出口至此为可溶岩段落，设计正常涌水量18 420 m³/d，可能最大涌水量86 258 m³/d，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30 m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　桑植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。桑植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

桑植隧道出口正洞上台阶掌子面施工里程至DK152+258，通过超前炮孔探测在线路左侧拱腰处有一填充型溶洞，充填物为黄色粘土，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10 m，洞顶往上延伸约4 m，呈不规则形状，往进口方向发展约25 m。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71 mm，DK152+255线路左侧拱腰量测点收敛43 mm。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101 mm，DK152+255线路左侧拱腰量测点累计收敛达64 mm。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。

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1 m，每榀钢架增设1组Φ42锁脚锚管，长度4 m，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2.5 mm；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20 cm。下台阶DK152+264～+236段设临时横撑，并喷射C25混凝土封闭，厚20 cm。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

DK152+262～+241段位于溶洞填充物附近的钢架，在上台阶拱脚以上2 m每榀增设一组两根Φ89锚管，嵌入基岩不小于4 m，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【M20水泥砂浆配制应采用中细砂，粒径不应大于2.5 mm；砂胶比宜为1︰1～1︰2（重量比），水胶比宜为0.38～0.45】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2 m以下设注浆孔，孔间距25*25 cm，梅花型布置，孔直径6 mm。

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5 m，设置三排，分别位于拱脚以上1 m，拱脚以下1.5 m，下台阶基底以上2 m，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2 m，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

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20 cm*20 cm，架立筋采用φ20螺纹钢，间距60 cm*60 cm，梅花型布置，桩深入垫层20 cm。

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。

图2　钢管桩加固隧底示意图

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50 cm厚C20钢筋混凝土垫层时在需要钻芯位置预埋Φ160 mmPVC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3 m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0.6 m，与竖向夹角为15°，另一孔与第一孔距离为2.5 m，竖直向下；DK152+276～+261段纵向每3 m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2 m。通过仰拱预留PVC管钻孔深入基岩不小于1 m，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　填充型溶洞处理施工技术小结

桑植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映，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。

Construction Technology of Clay Sealing Karst Tunnel On Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway

Zhu Rui-kuo
（No.3 Engineering Corporation Limited of China Railway 18th Bureau Group Co. Ltd Zhuozhou 072750 China）

Abstract：This article states the construction technology of clay sealing in Sangzhi karst tunnel on Qianjiang-Zhangjiajie-Changde Railway. The practical effect has been fully proved and the structure has been stabilized according to the monitoring and measurement data. Therefore, this contributes to be a model for the construction of karst tunnel.

Key words：karst tunnel construction technology

文献标识码：中国分类号：U455A

文章编号：1673-1816（2016）01-0006-04

收稿日期：2015-11-14

作者简介：朱瑞扩，男，山东省菏泽市成武县，工程师，本科，研究方向铁路隧道施工技术。