中老鐵路萬榮隧道樁基托梁跨越溶洞施工技術(shù)

李 強, 李 剛

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

新建中老鐵路磨丁至萬象段起于中老邊境磨丁口岸，止于老撾首都萬象市，線路全長414.332 km，全線采用中國技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。萬榮地區(qū)碳酸鹽巖廣泛分布，地表呈現(xiàn)典型喀斯特地貌，巖溶弱～強烈發(fā)育，局部巖溶地段地面塌陷現(xiàn)象嚴(yán)重，其中易、極易塌陷區(qū)嚴(yán)重影響到鐵路的運營安全，因此，處理好巖溶對隧道施工非常關(guān)鍵，是決定磨萬鐵路工程成敗的重要因素之一。

萬榮隧道位于老撾萬榮，為Ⅰ級單線客貨共線鐵路，由電力牽引，設(shè)計行車速度為160 km/h，軌道結(jié)構(gòu)型式為有碴軌道，全長1 825 m。隧道按“新奧法”原理設(shè)計，采取曲墻帶仰拱襯砌結(jié)構(gòu)，鉆爆法開挖、噴錨支護(hù)、模筑混凝土襯砌。隧道襯砌內(nèi)輪廓軌面以上的有效凈空為42.06 m2,中線處凈高7.1 m，萬榮隧道典型斷面情況見圖1。

隧區(qū)屬低山溶蝕、剝蝕地貌，地面標(biāo)高210～550 m，相對高差240 m，自然坡度為30°～40°，局部為陡壁。隧道進(jìn)口段坡度較陡，基巖大部分出露；洞身段植被較好，基巖出露差；出口地形起伏不大。隧道起訖里程為DK294+643～DK296+468，全長1 825 m，最大埋深212 m。不良地質(zhì)情況為仰坡順層與巖溶。隧區(qū)地表上覆第四系全新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土、松軟土、粗圓礫土、卵石土、坡殘積層粉質(zhì)黏土。下伏基巖為三疊系砂巖、泥巖夾石英砂巖、煤層，二疊系灰?guī)r夾頁巖，石炭系砂巖、板巖夾灰?guī)r。

地表水以楠松河河水為主，楠松河為隧區(qū)最大的河流，水量較大，屬常年流水，受大氣降雨補給，流量隨季節(jié)及降雨量而變，旱季水質(zhì)清澈透明，雨季水量暴漲而渾濁，部分沿土層孔隙下滲補給地下水。地下水以土層孔隙潛水和基巖裂隙水、巖溶水為主?；?guī)r含較豐富的巖溶水，但埋藏較深，隧道處于季節(jié)變動帶，地表水、地下水對混凝土結(jié)構(gòu)無侵蝕性。

萬榮隧道進(jìn)口于2017年4月正式進(jìn)洞，施工至DK294+720處時，左側(cè)邊墻揭示一溶腔,后續(xù)施工中于DK294+742左側(cè)拱腳、DK294+745右側(cè)邊墻、DK294+760掌子面、DK294+762右側(cè)拱腰多次揭穿溶洞，開挖揭示的溶洞類型為空洞型及半填充或少許填充型，溶洞內(nèi)可見鐘乳石及石芽，無徑流，洞壁穩(wěn)定。項目部為探查隱伏的巖溶，在確保施工質(zhì)量和安全的前提下，按5 m一個斷面完成基底探測，施鉆了33個孔，其中22個鉆孔總計揭示29個溶洞，鉆孔見洞率為66%，探明洞內(nèi)巖溶發(fā)育強烈，最大溶洞高約10 m，主要分布于標(biāo)高220～229 m范圍內(nèi)。巖溶形態(tài)描述如下：

圖1 典型設(shè)計斷面圖

(1)DK294+703～DK294+725段。于線路左側(cè)邊墻揭示溶腔，尺寸約4.8 m×17 m×8.7 m(寬×長×高)，溶腔位于隧道結(jié)構(gòu)線以外，溶腔縱向與線路走向交角約10°～15°，在DK294+720處有向基底延伸的趨勢，無填充物。

(2)DK294+725～DK294+755段。于DK294+742左側(cè)拱腳揭示溶洞，溶洞內(nèi)側(cè)距邊墻約2.5 m，洞口寬度約4 m，徑向深度約3.8 m?？蓽y高度約3.5 m，溶腔內(nèi)無填充物，溶洞右側(cè)沿軸向掌子面有延伸趨勢。于DK294+745處掌子面及線路右側(cè)邊墻發(fā)現(xiàn)兩處溶腔。掌子面溶腔最大尺寸約3.2 m×18 m×6.8 m(寬×長×高),溶腔位于隧道范圍內(nèi)，無填充物，有滴水痕跡，溶腔上部有向掌子面前方延伸的趨勢；右側(cè)溶腔最大尺寸約3.7 m×21 m×2.6 m,溶腔位于隧道范圍之外，有填充物與滴水痕跡，該溶腔有向右側(cè)及掌子面前方延伸的趨勢。該段基底巖溶發(fā)育，頂板最小厚度僅3.5 m，溶洞頂板至底板的高度為1.4～7.5 m，且為連通型。

(3)DK294+755～DK294+770段。于DK294+760掌子面左側(cè)揭示一溶洞，位于結(jié)構(gòu)線以外，尺寸約4.5 m×3.15 m×10 m(寬×長×高),溶腔從拱頂左側(cè)向右側(cè)延伸；于DK294+762右側(cè)揭示一溶洞，尺寸約2 m×3 m×2.8 m(寬×長×高)，從右側(cè)拱腳處以42°的角度斜向下延伸約4 m，寬約2.5 m，溶腔頂部沿裂隙向上延伸。該段基底巖溶較發(fā)育，溶洞頂板至仰拱厚度為8.4～11.8 m，溶洞頂板至溶洞底板的高度為0.9～2.3 m，規(guī)模小且局部連通。

2 針對溶洞采取的處理方法

根據(jù)施工開挖揭示的地質(zhì)條件及補勘揭示的溶洞規(guī)模、充填物性質(zhì)，結(jié)合現(xiàn)場施工情況并考慮結(jié)構(gòu)安全，最終決定對DK294+729.25～DK294+752段隧底設(shè)樁基托梁結(jié)構(gòu)，將襯砌結(jié)構(gòu)調(diào)整為底板型襯砌，對洞身揭示的溶腔設(shè)置混凝土護(hù)墻封堵及圬工回填[1]。

2.1 洞身溶洞的處理

對于洞身邊墻外側(cè)揭示的溶洞，對其清理洞內(nèi)危石及填充物后采用混凝土回填并設(shè)置混凝土擋墻封堵洞口。溶腔頂部預(yù)留排水通道并設(shè)置φ100 PVC排水管將溶腔頂部的滲水直接引入側(cè)溝，對排水管露出部分打孔并外裹土工布。

2.2 隧底溶洞的處理

對DK294+725～DK294+755段隧底設(shè)置樁基托梁結(jié)構(gòu)，樁位處托梁間設(shè)置橫聯(lián)。左右側(cè)托梁中心線距隧道中線2.78 m，樁截面積為1.5 m×1.5 m，梁截面積為1.5 m×1.5 m。左托梁長30 m，右托梁長25.75 m。左側(cè)托梁下設(shè)1#、3#、5#、7#、9#樁，長度分別為11 m、11 m、12 m、12 m、12 m；右側(cè)托梁下設(shè)2#、4#、6#、8#、10#樁，長度分別為11 m、9 m、12 m、12 m、12 m，樁底嵌入基巖的深度不小于2 m。樁位托梁間設(shè)置橫聯(lián)，橫聯(lián)截面尺寸為1 m×1 m，長4.06 m，共5根。樁基托梁及橫聯(lián)采用C35鋼筋混凝土。樁基托梁布置平面情況見圖2。

圖2 樁基托梁布置平面圖

3 樁基托梁施工技術(shù)

3.1 樁基施工

樁基托梁位于隧道內(nèi)。由于其施工受場地限制，同時樁基完全處于巖溶強烈發(fā)育區(qū)內(nèi)，故其孔樁的開挖采用跳樁間隔施工。

(1) 樁孔鎖口護(hù)壁施工。由于樁孔鎖口高出地面30 cm以上，為保證出渣車輛行走時鎖口的穩(wěn)定，將鎖口厚度確定為60 cm。隧道側(cè)溝流入端頭設(shè)置的集水井后由機(jī)械抽排至洞外，避免洞內(nèi)積水流入樁孔。根據(jù)施工揭示的圍巖情況，采用20 cm厚C20鋼筋混凝土護(hù)壁，護(hù)壁鋼模采用4 塊鋼模板，插口連接。護(hù)壁鋼筋在現(xiàn)場加工，孔內(nèi)綁扎并留足連接長度以便搭接。護(hù)壁混凝土澆筑分層沿四周入模，鋼釬搗實，施工前將上節(jié)護(hù)壁底清理打毛以便連接牢固。為便于施工，在模板頂設(shè)置了由角鋼、鋼板制成的臨時操作平臺供混凝土澆筑使用。每節(jié)護(hù)壁模板拆除后，將樁控制軸線、高程引到每節(jié)混凝土壁上，可用十字線對中、吊線錘測出中心線，根據(jù)基準(zhǔn)點測設(shè)孔深?？卓谥車O(shè)警示標(biāo)志，挖孔停止后應(yīng)使用厚16 mm的鋼板立即覆蓋，防止人員與設(shè)備等墜入孔內(nèi)。

(2) 樁孔施工。對于樁孔的施工，強風(fēng)化層以風(fēng)鎬開挖為主，以減輕開挖對樁孔的震動；對于石質(zhì)較堅硬的地段，使用風(fēng)鉆淺眼爆破，爆破所用的炸藥選用小藥卷乳化炸藥，爆破方法選用預(yù)裂爆破技術(shù)，同時嚴(yán)格控制每次的爆破進(jìn)尺，每次開挖的爆破深度為0.6～0.8 m，挖至距樁底標(biāo)高0.5 m時，采用風(fēng)鎬找平樁底，以免破壞持力層的強度。

在樁孔開挖過程中，一定要加強樁底超前地質(zhì)預(yù)報和有毒有害氣體的監(jiān)控。爆破鉆孔時，施作2孔、5 m長的加深炮孔，結(jié)合地質(zhì)補勘報告,及時準(zhǔn)確地掌握不同巖性變化界面及樁底距溶洞頂?shù)暮穸?，預(yù)報可能出現(xiàn)突泥突水的地點、涌水量的大小、地下水中的泥砂含量及對施工的影響，及時制定相應(yīng)的應(yīng)對措施[2，3]。

(3) 樁孔的補強。在巖溶段樁基開挖中經(jīng)常會遇到飽含填充物的溶洞腔，極易出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象。為解決該施工難點，采用小導(dǎo)管預(yù)注漿超前支護(hù)。注漿材料采用425#水泥和Ⅱ型水玻璃雙液漿，注漿壓力為1.5 MPa。若樁基溶洞內(nèi)無填充物或填充物不滿，則采取先填充碎石或干砂，然后注漿固結(jié)；若填充物呈松散或軟塑狀態(tài)時則直接注漿加固；若填充物已固結(jié)呈硬塑狀態(tài)或溶洞填充物為大塊石時則直接開挖，但需加強鋼模板護(hù)壁[4]。

(4)樁身鋼筋籠的制安及混凝土灌注。樁孔施作完畢，立即清底并用高壓水沖洗護(hù)壁，做到樁孔內(nèi)及護(hù)壁平整、無松渣、泥污等。隱蔽工程驗收合格且樁底地質(zhì)情況確認(rèn)后，立即進(jìn)行鋼筋制安。施工時在孔口設(shè)置通風(fēng)機(jī)加強通風(fēng)。隧道內(nèi)的樁孔鋼筋安裝因受高度限制而無法實現(xiàn)吊裝作業(yè)，只能在孔內(nèi)現(xiàn)場綁扎。為方便現(xiàn)場作業(yè)人員下放主筋并綁扎焊接鋼筋，在樁孔內(nèi)每隔3 m設(shè)置1 m寬的工作平臺。

灌注樁混凝土灌注前進(jìn)行滲水量測定，當(dāng)涌水量未超過 0.3 L/s時，采用普通方法澆筑；涌水量超過0.3 L/s且樁孔積水深度大于 100 cm 時，采用水下混凝土灌注。鑒于5#、6#、7#、10#樁基與溶腔連通、過水量大，故采用水下灌注工藝；其余樁基孔內(nèi)滲水抽排干凈后應(yīng)及時旱樁灌注。灌注過程中樁芯混凝土必須一次性澆灌完成。樁芯澆灌時嚴(yán)格控制每根樁頂?shù)臉?biāo)高，并在護(hù)壁上刻出標(biāo)高控制標(biāo)志。

灌注混凝土采用溜槽將集料輸送至井口下料斗，由串筒或?qū)Ч軐?dǎo)入井底，旱樁每層的灌注高度不超過30 cm，分層搗實直至樁頂。振搗方法為：由井下的操作工人每30 cm振搗一遍，每遍為15～20次，串桶中間用尼龍繩吊牢以防其脫落傷人，串桶下口距現(xiàn)澆混凝土面應(yīng)保持在 1.5 m 內(nèi)，隨混凝土面的增高逐節(jié)由井下工人拆除，樁頂混凝土在混凝土初凝前抹壓平整，避免出現(xiàn)塑性收縮裂紋或環(huán)向干縮裂縫。水樁混凝土灌注前應(yīng)準(zhǔn)確計算出首批混凝土方量，灌注過程中每車混凝土灌注完成或預(yù)計拔導(dǎo)管前量測孔內(nèi)混凝土面的位置，以便及時調(diào)整導(dǎo)管的埋深。導(dǎo)管的埋深一般控制在2～6 m,最小不得小于1 m。當(dāng)澆筑速度較快時，可適當(dāng)提高其深度，但不得超過8 m。灌注完的樁頂標(biāo)高應(yīng)比設(shè)計標(biāo)高高0.5～1 m。對其高出部分，在混凝土強度達(dá)到80%以上后鑿除，鑿除時防止損毀樁身。

3.2 托梁及橫聯(lián)的施工

在托梁與橫聯(lián)的施工過程中，受限于單線隧道凈空限制，無法保證隧道內(nèi)的交通通暢，需暫時封閉掌子面、停止掘進(jìn)，集中施工托梁橫聯(lián)。托梁橫聯(lián)完成后，及時施作底板和隧道的永久襯砌，盡快由隧道底板、邊墻和拱墻組成封閉的支護(hù)圈。

托梁及橫聯(lián)的基礎(chǔ)框架和隧道底板結(jié)構(gòu)均座落在密實的巖層上，以滿足結(jié)構(gòu)受力需要，橫聯(lián)頂部與托梁頂平齊。變形縫寬為2 cm，采用鋼邊止水帶、聚硫建筑密封膠、聚乙烯泡沫塑料板防水[5]。

4 結(jié) 語

(1)經(jīng)現(xiàn)場科研、設(shè)計、施工單位技術(shù)人員的密切配合，對萬榮隧道巖溶段的整治目前已全部結(jié)束，由監(jiān)測得知，隧道無下沉、襯砌無開裂現(xiàn)象發(fā)生，整治效果良好，既保證了隧道施工安全，又確保了工期，為類似工程施工積累了經(jīng)驗。

(2)采用樁基托梁跨越溶洞的措施處理隱伏溶洞方法簡單、快捷，所需機(jī)具設(shè)備簡單，結(jié)構(gòu)安全系數(shù)大，從安全和經(jīng)濟(jì)效益考慮，梁跨方案優(yōu)勢明顯。

(3)對于隧道揭示的巖溶管道或溶隙徑流較大、可能會對隧道結(jié)構(gòu)及運營安全造成影響時，除保持原有自然排泄通道的順暢，確保原設(shè)計方案中防排水施工的質(zhì)量外，必要時可增設(shè)泄水洞引排巖溶水，以確保隧道防排水體系的安全有效。