縉云山隧道巖溶突泥治理技術(shù)

蔡永翔

(中鐵二十二局集團(tuán)第三工程有限公司，福建廈門 361009)

1 工程概況

成渝高速公路復(fù)線是重慶市和四川省高速公路規(guī)劃網(wǎng)中連接成渝經(jīng)濟(jì)雙核的最便捷通道，縉云山隧道呈近東西向橫穿縉云山南段，位于重慶市沙坪壩區(qū)與璧山縣交界處，是成渝高速公路復(fù)線的控制性工程之一?？N云山隧道設(shè)計為兩座分離式三車道隧道，左線長2 728 m，右線長2 690 m。隧道建筑限界寬15.25 m，高5.0 m，襯砌內(nèi)輪廓為三心圓曲墻結(jié)構(gòu)，內(nèi)輪廓拱頂凈高8.2 m，凈寬 16.24 m，內(nèi)凈面積 108.35 m2，最大開挖斷面185.17 m2。隧道采用新奧法施工，初期支護(hù)以錨、網(wǎng)、噴為主，二襯為模筑混凝土或鋼筋混凝土。

2 隧道地質(zhì)

縉云山隧道穿越溫塘峽背斜段。穿越的地層主要為第四系填土層、殘坡積層、三疊系上統(tǒng)須家河組1段～6段、中統(tǒng)雷口坡組，下統(tǒng)嘉陵江組3段～4段，巖性主要為雜填土、碎石土、泥巖、灰?guī)r、白云巖、巖溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r。巖溶及巖溶水是本隧道的主要不良地質(zhì)。隧道左洞突泥段(K4+183～K4+170)右側(cè)巖性主要為灰?guī)r，產(chǎn)狀280°∠46°，灰白色，灰黑色，薄層狀，巖質(zhì)堅硬，巖體破碎，呈碎塊狀出現(xiàn)，節(jié)理裂隙發(fā)育，粘土充填，有裂隙水滲出及掉塊現(xiàn)象。

3 巖溶突泥涌水情況

縉云山隧道采用臺階法施工，2011年12月21日下午16時隧道左洞上臺階開挖至K4+183時，掌子面拱架安裝后噴射混凝土施工前，掌子面右側(cè)溶洞滲水點擴(kuò)大并至20 cm孔洞開始陸續(xù)涌出砂土和水混合物，至22日24時，涌出的泥砂將突泥口堵塞，突泥停止，掌子面泥砂約700 m3;23日將涌出的淤泥清除后，又開始突泥，在24日，25日2 d內(nèi)共突泥約400 m3。再次清除后，26日上午現(xiàn)場查看時，掌子面又突泥約420 m3，清除后下午再次突泥150 m3，后陸續(xù)有泥漿涌出，27日突泥130 m3，截止27日縉云山隧道左線出口端K4+183處掌子面共計發(fā)生較大突泥事件5起，共突泥約1 800 m3。

溶洞充填物涌出后隧道掌子面右側(cè)形成空腔，空腔向洞身右上方延伸，現(xiàn)場查看溶腔尺寸高約20 m，直徑約7 m，溶洞充填物為粘性土，不時有零星泥土掉落。溶洞與隧道斷面的關(guān)系見圖1。

4 巖溶突泥治理

圖1 溶洞與隧道斷面的關(guān)系剖面示意圖

4.1 隧道拱墻巖溶處治方案

首先進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報探測，溶腔縱向長度約13 m，確定采用混凝土封堵、長管棚+小導(dǎo)管超前注漿加固的處治方案。

4.1.1 超前地質(zhì)預(yù)報

12月22日，溶腔涌出的泥砂將突泥口堵住，突泥停止后，采用TGP206對掌子面前方地質(zhì)情況進(jìn)行了預(yù)報檢測。根據(jù)預(yù)報成果，K4+183～K4+170段縱、橫波出現(xiàn)較強(qiáng)反射，推斷此部分巖溶裂隙發(fā)育，局部地段存在強(qiáng)風(fēng)化和泥化現(xiàn)象，開挖時可能發(fā)生突泥、涌水現(xiàn)象;圍巖有變差趨勢，巖體整體完整性差，破碎、松散，開挖后易發(fā)生松動變形。由掌子面右前方存在密集反射點，推斷溶洞主要發(fā)育在掌子面右前方，隧道受此不良地質(zhì)影響較大。

4.1.2 清淤

結(jié)合現(xiàn)場查看和超前探測溶洞規(guī)模不大，為方便施工采取清淤方案。待洞內(nèi)突泥涌水穩(wěn)定后，組織機(jī)械設(shè)備、人員將泥漿清除。

4.1.3 封堵

1)掌子面封閉。泥漿清除后采用洞渣對掌子面進(jìn)行回填反壓，最后采用C25噴射混凝土(厚10 cm)將掌子面完全封閉，并按2 m間距預(yù)留泄水孔。2)溶腔回填。對掌子面右側(cè)溶腔口用鋼排架進(jìn)行封閉，確保安全后，支模泵入C30混凝土對溶腔進(jìn)行充填，并確?；靥罡叨戎了淼拦绊斠陨喜恍∮? m。泵送混凝土結(jié)束后，再泵入砂漿以確?；靥罡叨取?)巖溶段開挖輔助施工措施。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測的溶腔縱向長度約13 m，K4+186～K4+166段洞身開挖輔助施工措施采用超前管棚和超前小導(dǎo)管長短結(jié)合方式進(jìn)行防護(hù)，長管棚施作起始里程K4+186，長20 m，直徑120，拱部120°范圍布設(shè)，導(dǎo)向墻采用三榀Ⅰ20b工字鋼密排(縱向用Ⅰ18工字鋼焊接成一體，環(huán)向間距1.0 m);超前小導(dǎo)管采用外徑42 mm、壁厚4 mm的熱軋無縫鋼筋，長4.5 m，前端加工成錐形，尾部焊接φ6 mm的鋼筋加勁箍加強(qiáng)，管壁四周鉆4排φ6 mm的注漿孔，施工時鋼管沿隧道開挖外輪廓線周邊以5°～15°的外插角打入巖層中，小導(dǎo)管環(huán)向間距40 cm。

4.1.4 監(jiān)控量測

1)溶洞涌泥觀測。自2011年12月21日溶洞突泥開始到2012年1月5日溶洞封堵結(jié)束。在加固、封堵施工過程中指派專人全天監(jiān)測溶洞突泥涌水量、水質(zhì)、掉渣等的變化，以便出現(xiàn)新的險情時及時采取有效措施，防止次生事故產(chǎn)生。從施工開始到施工結(jié)束，由于在現(xiàn)場嚴(yán)密觀測溶洞的變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有異常情況時，立即撤離工作人員，從而確保了施工安全。2)溶洞段隧道圍巖變化的量測。2011年12月26日在溶洞突泥涌水結(jié)束且基本穩(wěn)定后，在K4+185布置了監(jiān)控量測斷面，對隧道的拱頂下沉和水平收斂進(jìn)行了量測，通過與隧道右線相同位置(地質(zhì)條件相似)量測斷面對變形累計值、變形最大速率、急劇變形期天數(shù)及達(dá)到穩(wěn)定期時間等四個量測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較(見表1)，溶洞段的量測數(shù)據(jù)無明顯異常。由此可見，本段溶洞的處治措施是成功的。

表1 K4+185斷面左、右線監(jiān)測數(shù)據(jù)對比表

4.2 隧道基底巖溶處治方案

4.2.1 基底巖溶探測

巖溶段下臺階開挖后揭示隧道K4+183～K4+177段6 m線路右側(cè)拱架墻腳向內(nèi)1.4 m仰拱范圍內(nèi)為溶洞范圍，其余為基巖(巖溶角礫巖)，為查清溶洞的深度范圍，采用鉆探的方法探明隧道基底溶洞的深度為3.2 m～3.4 m。

4.2.2 基底加固

K4+183～K4+177段隧道基底軟硬不均，部分段承載力不足，易出現(xiàn)不均勻下沉，須對本段基底地質(zhì)為溶洞填充采取加固措施，確保隧道結(jié)構(gòu)安全。

1)對K4+184～K4+176段基底采用鉆孔壓漿處理。隧道底部布置兩排鉆孔，每排鉆孔縱向間距1.0 m，兩排鉆孔橫向間距0.5 m，采用φ127 mm的鋼花管，鋼管壁厚10 mm，靠內(nèi)側(cè)孔垂直施作且孔深6 m;外側(cè)孔斜向邊墻外側(cè)15°施作，孔深7 m，注入水泥砂漿封孔(詳見圖2)。注漿采用1∶1水泥砂漿，注漿施工工藝為:先進(jìn)行重力灌漿，漿碎石由孔口緩慢填入孔內(nèi)，同時啟動注漿泵，向孔內(nèi)注入水泥漿液，直至孔口，此時停止加入碎石，繼續(xù)注入水泥漿，注漿壓力控制在1.0 MPa～1.5 MPa左右，使?jié){液充填密實。注漿采用間歇方式，間隔時間為12 h左右，直至注滿鉆孔。為確保注漿質(zhì)量，必須施作檢查孔，并在檢查完成后按灌漿要求封孔。2)對K4+184～K4+176段右側(cè)仰拱初期支護(hù)內(nèi)側(cè)施作C20混凝土基礎(chǔ)梁，基礎(chǔ)梁厚0.5 m，寬2 m。基礎(chǔ)梁兩端設(shè)置在穩(wěn)固的基巖上，以減少隧道襯砌結(jié)構(gòu)的不均勻沉降。

圖2 溶洞基底處理方案圖

5 結(jié)語

巖溶隧道施工首先應(yīng)做好超前地質(zhì)預(yù)報工作，對可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害提前制訂一套安全生產(chǎn)應(yīng)急防災(zāi)預(yù)案，防止人員傷亡和財產(chǎn)損失。巖溶的處理應(yīng)在溶腔填充物穩(wěn)定后進(jìn)行，處治施工中和施工后加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，發(fā)現(xiàn)圍巖變形較大時應(yīng)及時采取加固支護(hù)措施，確保施工安全和溶洞處治的效果。

［1］孫國慶.象山隧道巖溶涌水突泥治理技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2011(S1):376.

［2］薛志國，饒文舉，何先瑜，等.淺談隧道突水突泥處理方案及技術(shù)［J］.中國西部科技，2010(18):25-26.