某客運(yùn)專線隧道巖溶處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

邵國(guó)霞，蘇 謙

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，成都 610031;2.西南交通大學(xué)高速鐵路線路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610031;3.西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)土木工程系，四川峨眉 614202)

近年來，隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目的不斷發(fā)展，在我國(guó)西部和西南山區(qū)，正在開展施工的隧道工程不斷增加。這些隧道所處地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、巖溶溶蝕發(fā)育［1-2］。在巖溶發(fā)育地區(qū)修建隧道過程中，如何保證工程安全順利實(shí)施，探求技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理［3-7］的巖溶處理方案是設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員必須研究和解決的重大課題。

結(jié)合正在修建的某客運(yùn)專線隧道巖溶處理實(shí)踐，對(duì)隧底巖溶3種處理方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的比較，并進(jìn)行優(yōu)化決策，以期能為類似隧道的巖溶處理方案優(yōu)選提供借鑒。

1 工程概況

某客運(yùn)專線隧道進(jìn)口里程D3K462+507，出口里程D3K468+518，全長(zhǎng)6 360.244 mm。全隧穿越可溶巖地段，洞身埋深差異較大，最大埋深約370 m，過溝淺埋段僅20余m。主要研究某隧道D3K462+885～D3K463+252穿越填充溶洞段，其平面布置見圖1。

隧道開挖揭示巖溶后，該處巖溶為古暗河通道，與線路呈16°相交，與隧道相交里程為 D3K462+950～D3K463+190段。

D3K462+885～+949段掌子面圍巖主要為灰?guī)r，掌子面節(jié)理發(fā)育嚴(yán)重，破碎。掌子面灰?guī)r中發(fā)育許多裂隙條帶，充填棕黃色黏土，局部把巖體切割成塊狀，容易掉塊，局部有少量水滲出，圍巖自穩(wěn)能力差。這段多處出現(xiàn)溶洞，填充物為黃色黏土或紅褐色軟塑黏土，洞高3～8 m。

圖1 某隧道D3K462+885～D3K463+252段穿越巖溶段平面示意

D3K462+949～D3K463+252段圍巖為古暗河通道充填物。充填物為黏土夾卵石、塊石。隧道拱頂和邊墻外的暗河通道充填物均大于5 m。仰拱底暗河通道充填物深10～26 m。局部拱頂見灰?guī)r塊石，圍巖自穩(wěn)性差。易掉塊和坍塌。多處形成有塌陷的空腔［1］。

2 巖溶處理方案

溶洞揭示后，根據(jù)溶洞規(guī)模、工程水文地質(zhì)條件，對(duì)本隧道D3K462+885～D3K463+252穿越古暗河段巖溶處理段進(jìn)行了方案研究，考慮實(shí)施性提出隧道充填物深度大于3 m地段分別對(duì)樁基托梁方案、旋噴樁方案、微型樁方案3種隧道巖溶處理方案進(jìn)行了研究。

2.1 樁基托梁方案

本方案的提出是基于古暗河通道巖溶填充物流失的不確定性，為防止巖溶充填物流失影響隧道結(jié)構(gòu)的安全，擬提出隧道采取樁基托梁跨越的方式通過巖溶影響段。

2.1.1 方案概況

本方案沿線路縱向邊墻底采用1.8 m×1.8 m托梁，垂直與線路方向每隔5 m采用2 m×2 m橫梁托起上部襯砌結(jié)構(gòu)，橫梁下采用1.6 m×1.6 m樁基支撐，由于巖溶充填物為軟塑狀，摩擦樁無法滿足設(shè)計(jì)要求，故樁基采用嵌巖端承樁，樁長(zhǎng)度6～28 m。襯砌采用加強(qiáng)襯砌。

2.1.2 方案施工工藝

樁基定位→鎖口護(hù)壁澆筑→搭設(shè)提升平臺(tái)→人工挖孔→孔內(nèi)碴土吊運(yùn)→護(hù)壁立?；炷翝仓o(hù)壁整修→安裝鋼筋籠→澆筑樁身混凝土→樁基檢測(cè)→開挖托梁土石方→鑿除鎖口護(hù)壁→立托梁模板→托梁鋼筋綁扎→托梁混凝土澆筑［4］。

2.2 旋噴樁方案

高壓旋噴樁是采用鉆機(jī)先鉆至預(yù)定深度后，由鉆桿一端安裝的特別噴嘴，把水泥漿液高壓噴出，以噴射流切劃攪動(dòng)土體，同時(shí)鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊提升，使土粒與水泥漿混合凝固，從而形成一個(gè)均勻的圓柱狀水泥土固結(jié)體，以達(dá)到加固地基和止水防滲的目的［5-6］。

2.2.1 方案概況

本方案隧底采用φ500雙重管高壓旋噴樁加固，樁間距0.95 m×0.95 m，等邊三角形布置?？紤]到旋噴樁施工方便及施工速度，襯砌仰拱設(shè)計(jì)成底板形式，襯砌底板采用1 m厚鋼筋混凝土，拱墻采用相應(yīng)圍巖級(jí)別加強(qiáng)襯砌。

2.2.2 施工工藝

布置樁點(diǎn)→鉆機(jī)就位調(diào)整→鉆孔→接管→插管→試噴→高壓噴射注漿→拔管→噴射結(jié)束→設(shè)備清洗［5-6］。

2.3 微型樁方案

微型樁是一種較小口徑的鉆孔灌注樁，由1根或1組位于鉆孔中心的起承重或抗剪作用的鋼筋或其他鋼制構(gòu)件及填充其間孔隙的水泥漿或水泥砂漿組成，樁體由壓力灌注的水泥(砂)漿或小石子混凝土與加筋材料所組成。根椐不同的用途，微型樁的加筋材料可以是鋼筋(束)、鋼管或其他型鋼［7－8］。

2.3.1 方案概況

本方案隧底采用φ400微型樁加固，使用勘察鉆機(jī)成孔，樁間距1.0 m×1.0 m，等邊三角形布置。根據(jù)基底巖溶情況，樁長(zhǎng)分別為6～28 m。微型樁樁底嵌入基巖面下不小于1.0 m。襯砌底板采用1 m厚鋼筋混凝土，拱墻采用相應(yīng)圍巖級(jí)別加強(qiáng)襯砌。

2.3.2 施工工藝

場(chǎng)地平整→工藝試樁→清除地面及空中障礙→測(cè)量放線→鉆機(jī)成孔→放入鋼筋籠→灌注細(xì)石混凝土→質(zhì)量檢測(cè)。

3 巖溶處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

3.1 巖溶處理方案技術(shù)比較

3.1.1 樁基托梁方案特點(diǎn)

(1)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，基底沉降問題基本不用考慮。

(2)施工過程中人員安全風(fēng)險(xiǎn)大。洞內(nèi)空間及機(jī)械振動(dòng)控制有限，在洞內(nèi)軟塑狀的巖溶填充物中施作樁基目前最好的方式是人工挖孔進(jìn)行灌注。本段巖溶處理人工挖孔樁最大樁長(zhǎng)可達(dá)到28 m，由于填充物為軟塑，挖樁過程中塌孔、洞頂坍塌的風(fēng)險(xiǎn)高，施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)大。

(3)施工風(fēng)險(xiǎn)較高。在軟塑狀的巖溶填充物中橫梁和樁基施工引起初期支護(hù)變形的可能性大，從而引起的施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

3.1.2 旋噴樁方案特點(diǎn)

(1)施工速度較快。

(2)施工安全存在隱患。隧底加固段沿線路方向長(zhǎng)度約200 m，旋噴樁施工過程中基底表面泥化現(xiàn)象嚴(yán)重，易引起已施作初期支護(hù)下沉開裂。

(3)工后沉降控制難。由于隧底軟塑狀壓縮層厚度厚且不均勻，從而會(huì)引起旋噴樁復(fù)合地基沉降大且不均勻，此種狀況很難嚴(yán)格滿足高速鐵路的沉降控制要求。

3.1.3 微型樁方案特點(diǎn)

本方案具有施工速度較快，施工干擾小，工后沉降小等優(yōu)點(diǎn)。微型樁施工期間可采取多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)作業(yè)加快施工進(jìn)度;微型樁施工便捷及安全，施工機(jī)具簡(jiǎn)單，施工機(jī)械小，隧道內(nèi)的施工干擾小;微型樁適用性較強(qiáng)、微型樁結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境影響小;微型樁本身樁體強(qiáng)度高、壓縮變形小，加固的地基產(chǎn)生的工后沉降能滿足規(guī)范要求。

樁基托梁方案、旋噴樁方案和微型樁方案的技術(shù)比較分析見表1。

表1 樁基托梁方案、旋噴樁方案和微型樁方案技術(shù)比較

該隧道因?yàn)閹r溶問題已經(jīng)延誤了很長(zhǎng)工期，因此需要施工速度快的處理方案以減少對(duì)總工期的影響;該客運(yùn)專線為無砟軌道，對(duì)工后沉降要求很高;對(duì)于施工單位，需要本單位易于施工的方案;客運(yùn)專線行車速度快，旅客的安全擺在首位，因此對(duì)工程的質(zhì)量要求很高。

根據(jù)以上的3個(gè)處理方案的特點(diǎn)和該工程的具體情況可以看出微型樁方案更適合本項(xiàng)目的具體情況，因此，從技術(shù)上分析應(yīng)選擇微型樁方案。

3.2 巖溶處理方案經(jīng)濟(jì)比較

根據(jù)巖溶處理3個(gè)設(shè)計(jì)方案的工程量、現(xiàn)行定額及材料價(jià)格，運(yùn)用鐵路投資控制系統(tǒng)軟件計(jì)算出各處理方案的單項(xiàng)概算(其中包括人工費(fèi)、材料費(fèi)、機(jī)械費(fèi)、運(yùn)雜費(fèi)、施工措施費(fèi)、間接費(fèi)、稅金)，見表2。

表2 樁基托梁方案、旋噴樁方案和微型樁方案經(jīng)濟(jì)比較

從以上經(jīng)濟(jì)比較可知，樁基托梁方案造價(jià)最高，微型樁方案造價(jià)最低。根據(jù)在經(jīng)濟(jì)上選擇造價(jià)最低方案的原則，應(yīng)選取微型樁方案，其平面布置見圖2。

圖2 微型樁地基處理平面布置示意

4 結(jié)論

通過樁基托梁方案、旋噴樁方案、微型樁方案技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的比較結(jié)果可以看到，微型樁方案具有施工速度較快、施工干擾小、工后沉降小、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析上來看是最優(yōu)方案，比較適用于本段隧底巖溶處理。該微型樁方案已通過專家評(píng)審，并應(yīng)用于該隧道的巖溶處理。

［1］中鐵第二勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.客專某隧道D3K462+885～D3K463+252段巖溶整治變更設(shè)計(jì)方案［Z］.成都:中鐵第二勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2011.

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