友誼隧道穿越鹽巖地層修建關(guān)鍵技術(shù)

李鋒剛

（中鐵二局第二工程有限公司，成都 610000）

1 工程概況

1.1 鹽巖分布

友誼隧道全長(zhǎng)9.67 km，設(shè)計(jì)為單線隧道。隧道老撾境內(nèi)起訖里程為DK0+000～DK2+425，全長(zhǎng)2 425 m，埋深50～243 m，在施工過程中遇到了鹽巖地層（縱面圖見圖1），長(zhǎng)約1 km，地層主要成分是鹽巖、泥巖和石膏（局部）。鹽巖呈條帶狀、塊狀、脈體狀、層狀等形態(tài)產(chǎn)出，局部鹽巖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%～80%，呈厚～巨厚層狀產(chǎn)出，為白色、棕紅、棕褐色，夾雜深灰色砂泥巖碎塊及泥質(zhì)，質(zhì)地較硬。

圖1 友誼隧道鹽巖段縱斷面

1.2 鹽巖危害

鹽巖地層主要成分為石鹽，夾部分泥灰質(zhì)、硬石膏角礫。石鹽巖屬氯鹽類鹽巖，具有低孔隙率、低滲透性、蠕變等特殊性質(zhì)，易溶于水，鹽巖塊體侵蝕性試驗(yàn)得到環(huán)境條件為H2、Y3、L3（H2 為化學(xué)侵蝕環(huán)境的作用等級(jí)；Y3 為鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境的作用等級(jí)；L3 為氯鹽環(huán)境的作用等級(jí)），極易產(chǎn)生腐蝕作用。總體來說鹽巖具有強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)溶解性、膨脹性。由于石鹽巖的特殊性，導(dǎo)致已施工段落出現(xiàn)襯砌開裂、仰拱底鼓、隧底基底空腔、鋼筋銹蝕等問題。

2 鹽巖段特殊設(shè)計(jì)

采用圓形結(jié)構(gòu)斷面；采用多重支護(hù)、多重防水、圍巖徑向注漿等措施，防止地下水滲入，在隧底進(jìn)行加深換填并設(shè)置阻水榫，抑制地下水縱向流動(dòng)；采用耐腐蝕性混凝土、環(huán)氧樹脂鋼筋，提高結(jié)構(gòu)抗腐蝕能力[1]，鹽巖段襯砌斷面圖如圖2 所示。

圖2 鹽巖段襯砌斷面圖

1）在初期支護(hù)與二襯之間增設(shè)隔水層結(jié)構(gòu)，構(gòu)建初支、隔水層、二襯三重支護(hù)體系。初期支護(hù)：C30 早高強(qiáng)噴射混凝土；隔水層：C35 聚合物混凝土；二次襯砌：C40（國(guó)內(nèi)段C50）耐腐蝕性抗?jié)B混凝土[抗?jié)B等級(jí)不小于P12；混凝土膠粒材料的抗蝕系數(shù)（齡期56 d）不得小于0.8，抗硫酸鹽結(jié)晶破壞等級(jí)（齡期56 d）不小于KS150，56 d 電通量應(yīng)小于1 000 C，氯離子擴(kuò)散系數(shù)（齡期56 d）應(yīng)不大于3×10-12m2/s]。

2）在隔水層兩側(cè)分設(shè)EVA 防水板反粘式防水板，施工縫采用中埋式橡膠止水帶。隔水結(jié)構(gòu)與二襯施工縫錯(cuò)開設(shè)置，縱向錯(cuò)開距離不小于1 m，環(huán)向不小于2 m。

3）地下水較發(fā)育地段對(duì)隧底采用長(zhǎng)5 m、φ42 mm 花鋼管注漿（防腐涂層），間距1 m×1 m，原則上采用普通水泥漿，當(dāng)可注性差且仍有漏水時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)可補(bǔ)注超細(xì)水泥漿，水灰比為0.3～0.5。拱墻初支表面有明顯漏水部位，采用局部徑向注漿堵水，孔深5 m，間距1 m×1 m，孔口管采用長(zhǎng)1 m、φ42 mm鋼花管，注漿參數(shù)與隧底注漿一致。對(duì)其余洞段含鹽量低于50%段落拱墻范圍及含鹽量高于50%段落全環(huán)范圍進(jìn)行初支背后回填注漿，采用長(zhǎng)0.5 m、φ42 mm 鋼管，拱墻間距1.5 m×1.5 m，隧底間距1.0 m×1.0 m，采用普通水泥漿。

4）在鹽巖段每個(gè)50 m 設(shè)置一處阻水榫，另外，在鹽巖與非鹽巖接觸帶、地下水變化較大處、斜井與正洞交叉口等地段設(shè)置阻水榫，抑制地下水在鹽巖段的自由流動(dòng)。

5）二襯鋼筋采用環(huán)氧樹脂鋼筋，避免鋼筋腐蝕。

3 鹽巖段施工組織

遵循“以開挖為龍頭，后續(xù)工序平行作業(yè)”組織施工，19 道工序分開挖支護(hù)區(qū)、注漿區(qū)、隧底結(jié)構(gòu)作業(yè)區(qū)、拱墻結(jié)構(gòu)作業(yè)區(qū)4 大區(qū)域，12 個(gè)作業(yè)區(qū)段組織流水作業(yè)，作業(yè)區(qū)合計(jì)長(zhǎng)度約220 m。鹽巖段施工工序組織如圖3 所示。

圖3 鹽巖段施工工序組織示意圖

4 施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 抗?jié)B耐腐蝕性混凝土制備

4.1.1 混凝土配合比

C30 噴射混凝土采用無堿速凝劑和復(fù)合摻和料技術(shù)。C35隔水層采用聚合物混凝土。C40 二次襯砌采用低水化熱、礦物摻合料、補(bǔ)償收縮技術(shù)。

4.1.2 性能數(shù)據(jù)

1）C30 噴射混凝土。摻入了增強(qiáng)料的C30 噴射混凝土更密實(shí)、混凝土回彈率更小、抗?jié)B性能更好；初凝時(shí)間快、早期強(qiáng)度更高，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)更有保障、總堿含量和三氧化硫含量更小。C30 噴射混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表1。

表1 C30 噴射混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

2）C35 隔水層混凝土。聚合物乳液在水泥漿與集料間形成具有較高黏結(jié)力的膜層，進(jìn)而堵塞砂漿內(nèi)的孔隙，所以，聚合物C35 混凝土更密實(shí)，抗?jié)B性能更好；聚合物C35 混凝土中的早期水化速度較低，產(chǎn)生的水化熱也較低，降低了溫度裂縫產(chǎn)生的可能性，后期強(qiáng)度和普通C35 強(qiáng)度基本一致。普通C35 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)（56 d）指標(biāo)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)要求，電通量數(shù)據(jù)也明顯劣于聚合物C35 混凝土。C35 隔水層混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表2。

表2 C35 隔水層混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

3）C40 二襯混凝土對(duì)比。由于使用低熱水泥和膨脹劑，混凝土水化熱得到降級(jí)，減少了溫度裂縫的產(chǎn)生；后期強(qiáng)度增長(zhǎng)明顯，加入膨脹劑減少混凝土收縮，對(duì)抗?jié)B、氯離子擴(kuò)散、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性指標(biāo)有明顯的改善和提高。通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：普通C40 混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)（56 d）指標(biāo)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)電通量數(shù)據(jù)也劣于低熱混凝土。C40 二襯混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比見表3。

表3 C40 二襯混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

4.2 圓形深仰拱多層結(jié)構(gòu)施工

4.2.1 自行式移動(dòng)長(zhǎng)棧橋和全封閉模板

為確保圓形深仰拱澆筑質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)隧底結(jié)構(gòu)多工序平行作業(yè)，提高施工效率，研發(fā)65 m 長(zhǎng)自行式移動(dòng)長(zhǎng)棧橋，并配置兩套全封閉模板（1 套用于隔水層澆筑、1 套用于仰拱澆筑），模板上設(shè)進(jìn)料振搗窗。

隧底隔水層和仰拱澆筑高度約4～5 m，澆筑過程中采取如下措施抗?。耗０迩岸耸褂美瓧U、后端配重，同時(shí)由巖面打設(shè)鋼筋安放斜撐；控制混凝土坍落度和澆筑速度，左右對(duì)稱澆筑。

4.2.2 隧底施工工藝流程

隧底結(jié)構(gòu)包括初支、注漿、一層防水、隔水層、二層防水、仰拱、填充等，部分段落還需施工阻水榫。

4.3 綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)、初支背后水壓及結(jié)構(gòu)隔水效果監(jiān)測(cè)、巖鹽侵蝕發(fā)展過程監(jiān)測(cè)、溶蝕空洞監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)設(shè)備采用壓力傳感器、混凝土應(yīng)變計(jì)、鋼筋計(jì)、孔隙水壓力計(jì)、地下水探頭、腐蝕監(jiān)測(cè)傳感器、光纖測(cè)線等。監(jiān)測(cè)按長(zhǎng)期考慮，監(jiān)測(cè)周期暫定10 a，運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集均由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。

5 結(jié)語

友誼隧道鹽巖段含鹽量高達(dá)80%以上，成巖環(huán)境特殊且主要成分為石鹽、石膏，施工難度極大，國(guó)內(nèi)外罕見。根據(jù)研究和現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)初步得出以下結(jié)論：

1）鹽巖具有強(qiáng)溶解、強(qiáng)腐蝕、膨脹性等工程特性，對(duì)工程危害極大。

2）采取圓形斷面、多重支護(hù)、多重防水、隧底換填、阻水榫和富水地段注漿堵水等措施能夠有效降低隧底鹽巖病害，新施工段的襯砌結(jié)構(gòu)未發(fā)生開裂和變形，確保了友誼隧道的施工及運(yùn)營(yíng)安全，取得了良好的效果。

3）提高混凝土密實(shí)度、添加耐腐蝕劑、增加隔水層以及采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋等綜合防腐措施能夠提高結(jié)構(gòu)防腐蝕能力，降低因鹽巖的溶解、結(jié)晶膨脹、侵蝕對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的危害。

4）目前只對(duì)鹽巖地層隧道的修建技術(shù)進(jìn)行了研究和實(shí)踐，在鐵路運(yùn)營(yíng)期間鹽巖侵蝕環(huán)境作用下襯砌背后圍巖壓力的分布規(guī)律對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響問題需要進(jìn)一步探討研究。