高鐵隧道基底巖溶段仰拱拆換及加固處治施工技術(shù)

肖旺軍 （中鐵十六局第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 工程概況

奉節(jié)隧道是鄭萬高速鐵路重慶段一座長(zhǎng)大隧道，隧道進(jìn)口里程DK721+150，出口里程 DK734+622.55，全長(zhǎng)13472.55m，開挖斷面尺寸為14.98m（寬）×12.66m（高），設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為350km/h雙線鐵路隧道。該隧道穿越地區(qū)屬構(gòu)造剝蝕～溶蝕中山～丘陵地貌，地形受構(gòu)造控制，山高坡陡，山巒起伏，溝壑縱橫，嶺谷之間高差懸殊，地表上覆第四系全新統(tǒng)卵石土、碎石土、粉質(zhì)粘土等，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)巴東組一段的泥灰?guī)r、白云巖夾泥巖，受區(qū)域性的朱衣背斜影響，巖體構(gòu)造破碎現(xiàn)象嚴(yán)重，巖溶弱發(fā)育，地下水以裂隙。

DK721+458～DK721+486 段 位 于隧道進(jìn)口，設(shè)計(jì)襯砌類型為Ⅴc型復(fù)合式襯砌，施工至DK721+465隧底位置揭示圍巖巖性以泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r、泥灰?guī)r等為主，通過動(dòng)力觸探試驗(yàn)確認(rèn)此段地基承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求。

2 施工揭示溶洞發(fā)育情況

2.1 巖溶段探測(cè)情況

DK721+458～DK721+486 段 上 臺(tái)階掌子面開挖前，采用地質(zhì)雷達(dá)法、地震波反射法等探測(cè)方式，未發(fā)現(xiàn)溶洞等不良地質(zhì)情況；隧底施工DK721+465仰拱時(shí)，隧底開挖后發(fā)現(xiàn)地質(zhì)較差，采用動(dòng)力觸探法進(jìn)行地基承載力檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)此段地基承載力無法滿足設(shè)計(jì)要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際決定對(duì)DK721+460～DK721+480段區(qū)域進(jìn)行鉆孔探測(cè)，每6m一個(gè)斷面分別對(duì)左右線線路中線進(jìn)行地質(zhì)鉆孔，按照2條縱斷面、4條橫斷面進(jìn)行控制，共鉆孔8個(gè)，每孔鉆孔探測(cè)深度26m。

依據(jù)地質(zhì)鉆孔實(shí)際揭示情況反映DK721+458～DK721+482段隧底為軟塑狀粘土全充填型溶洞，巖溶發(fā)育重點(diǎn)影響隧道線路左線及左邊墻，縱向發(fā)育里程為DK721+460～DK721+480；橫向發(fā)育寬度至隧道右線外側(cè)2m附近，鉆探揭示巖溶范圍最深為7m，上寬下窄，呈漏斗狀；DK721+482～DK721+486段為溶蝕破碎帶，隧底溶蝕現(xiàn)象明顯，主要以碎塊石為主，其成分主要為泥灰?guī)r、間夾泥質(zhì)灰?guī)r及頁巖。見圖1巖溶區(qū)域平面分布圖。

2.2 周邊巖溶探測(cè)情況

圖1 巖溶區(qū)域范圍圖

采用SIR-4000型地質(zhì)雷達(dá)，分別在隧底中間、距左右邊墻2m位置各布設(shè)1條測(cè)線，共3條縱向測(cè)線對(duì)DK721+486～DK721+676段進(jìn)行探測(cè)，結(jié)合隧底開挖后地質(zhì)情況反映此段為泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，隧底無溶洞發(fā)育跡象。

3 隧底溶洞處理方案

采用物探+地質(zhì)鉆探確定溶洞形態(tài)，確定對(duì)DK721+458～DK721+486段已完成仰拱初支鋼架進(jìn)行拆換，更換為大拱腳形式加強(qiáng)支護(hù)；DK721+458～DK721+482隧底巖溶段采用鉆孔樁+縱向暗梁+底板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；DK721+480～DK721+486 段隧底溶蝕破碎帶范圍采用φ42小導(dǎo)管注漿加固處理，然后施作仰拱襯砌，確保后續(xù)無砟軌道沉降要求。

4 隧底溶洞處理方案

4.1 仰拱初支拆換技術(shù)

4.1.1 施工工藝流程

測(cè)量放樣出樁基位置并做好標(biāo)識(shí)→鑿除已施作仰拱→跳槽拆除仰拱初支鋼架→清除隧底土石方至預(yù)設(shè)高程→更換大拱腳加強(qiáng)型鋼架并及時(shí)噴混凝土支護(hù)→回填宕渣至預(yù)設(shè)高度。

4.1.2 具體施工技術(shù)

①對(duì) DK721+458～DK721+462 段進(jìn)行測(cè)量放樣，提前對(duì)樁基位置進(jìn)行放樣，確定樁基位置，提前進(jìn)行高程測(cè)量，確定加強(qiáng)鋼架安裝深度。

②利用破碎錘對(duì)DK721+458～DK721+462段已施作的仰拱及仰拱填充進(jìn)行鑿除，鑿除時(shí)須一次鑿除到位，并清理干凈。

③仰拱鋼架采用跳槽拆除，鋼架縱向間距為0.6m一榀，每次拆除1榀，間距不小于3m。

④拆除鋼架后清理基底至要求高程，進(jìn)行C25噴射混凝土初噴，初噴厚度4cm，然后邊墻位置掛設(shè)φ8鋼筋網(wǎng)，按設(shè)計(jì)要求打設(shè)砂漿錨桿。

⑤安裝大拱腳加強(qiáng)型鋼架，縱向間距為0.6m，鋼架安裝完成及時(shí)打設(shè)4.5m長(zhǎng)φ42鎖腳錨管進(jìn)行鋼架加固，拱墻鋼架采用直徑22mmHRB400鋼筋連接，按環(huán)向間距1m設(shè)置并采用焊接固定，隧底樁基位置兩側(cè)增加縱向I22型鋼鋼架加強(qiáng)連接，以保證鋼架整體連接穩(wěn)定。大拱腳加強(qiáng)鋼架支護(hù)形式見圖2。

圖2 大拱腳加強(qiáng)鋼架支護(hù)形式

⑥復(fù)噴C25噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度29cm后，及時(shí)進(jìn)行回填宕渣至預(yù)設(shè)高度，準(zhǔn)備下一步樁基施工。

4.2 巖溶段隧底樁基托梁技術(shù)

根據(jù)DK721+458～DK721+486段巖溶發(fā)育情況，綜合考慮施工成本、施工經(jīng)驗(yàn)、工期安排、洞內(nèi)交叉作業(yè)影響及后續(xù)無砟軌道沉降要求等因素，確定DK721+458～DK721+482段采用沖擊鉆灌注樁+縱向暗梁底板結(jié)構(gòu)，具體措施如下。

DK721+458～DK721+482段采用直徑1.25m鉆孔樁，樁長(zhǎng)16m～20m，樁縱向間距6m，橫向間距5.5m，左側(cè)邊墻布置4根，右側(cè)邊墻布置2根，隧道中線位置布置4根，共10根，鉆孔施工中保證樁底進(jìn)入溶洞下方基巖不小于13m，樁頂鋼筋伸入暗梁0.8m；縱向暗梁設(shè)置3道，分別設(shè)置于兩側(cè)邊墻底部及中央水溝底部，每道縱向暗梁截面尺寸1.5m×1.5m，長(zhǎng)度為24m。樁基平面布置圖見圖3。

圖3 樁基平面布置圖

4.2.1 施工工藝流程

①樁基施工流程：場(chǎng)地平整→樁位測(cè)量放樣→樁基就位→鋼護(hù)筒埋設(shè)→泥漿制備→成孔→清孔→成孔檢測(cè)→鋼筋籠安裝→二次清孔→灌注水下混凝土→樁基完整性檢測(cè)。

②暗梁及底板施工流程：清理樁間土石方并鑿除樁頭→施工調(diào)平層→綁扎暗梁鋼筋→安裝加固模板→混凝土澆筑→清理梁間土石方→施工調(diào)平層→綁扎底板鋼筋→安裝端頭模板→混凝土澆筑。

4.2.2 樁基施工

受作業(yè)空間限制，采用CK1500型沖擊式鉆機(jī)，外形尺寸為7m×2m×7m，沖擊錘最大重量4t，鋼護(hù)筒直徑1.5m，利用已施工中央水溝作為泥漿池；樁基主筋采用 24根直徑20mmHRB400鋼筋通長(zhǎng)布置，鋼筋籠分節(jié)加工，安裝時(shí)按照接頭連接要求進(jìn)行，樁基采用導(dǎo)管灌注，強(qiáng)度等級(jí)C40；樁基施工分幅逐樁進(jìn)行，鉆孔樁施工過程嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行，過程按要求留置渣樣及影像資料，保證一側(cè)交通通暢，避免影響洞內(nèi)正常施工。

4.2.3 縱向暗梁及底板施工

①樁基混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行樁基完整性檢測(cè)，合格后破除樁頭。

②清除縱向暗梁樁間渣土，根據(jù)測(cè)量高程進(jìn)行整平，施作20cm厚混凝土找平層。

③根據(jù)暗梁結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行鋼筋綁扎，主要鋼筋接頭采用機(jī)械連接，同一連接區(qū)段長(zhǎng)度為35d，且不小于500mm，有接頭的受力鋼筋截面面積不得大于鋼筋總截面面積的50%。

④鋼筋安裝完成驗(yàn)收合格后，進(jìn)行模板安裝，模板采用1.5m×1.5m鋼模板。

⑤模板加固完成驗(yàn)收合格后，采用C40混凝土澆筑。

⑥暗梁施工完成后，分幅進(jìn)行底板施工，底板施工工藝與暗梁工藝相同。

4.3 溶蝕破碎帶注漿加固技術(shù)

4.3.1 施工工藝流程

清理隧底渣土→風(fēng)鉆開孔→埋設(shè)小導(dǎo)管→注水泥漿。

4.3.2 注漿加固施工

采用4.5m長(zhǎng)φ42超前小導(dǎo)管，注漿孔按矩形布置，環(huán)縱間距1.5m×1.5m，注漿采用水泥漿，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)32.5級(jí)及以上，水灰比 1:1，注漿壓力按0.5～1.0MPa控制。

4.4 監(jiān)控量測(cè)

在仰拱及仰拱填充拆除完，對(duì)溶洞段落隧道初支凈空量測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。隧道凈空變化測(cè)點(diǎn)位于拱頂、左右拱腰、左右邊墻共5處。監(jiān)測(cè)斷面間距按5m一道布設(shè)，監(jiān)測(cè)頻率：1次/1d，仰拱施工后1次/7d。

5 施工注意事項(xiàng)

5.1 施工組織安排

①DK721+450～DK721+462段仰拱及仰拱填充鑿除期間、DK721+458～DK721+482段初支鋼架拆換期間采用簡(jiǎn)易棧橋配合施工，根據(jù)施工情況及時(shí)調(diào)整棧橋位置，保持洞內(nèi)車輛正常通行，避免影響洞內(nèi)正常施工。

②DK721+458～DK721+482段初支鋼架拆換處理完成后，左側(cè)進(jìn)行樁基施工，對(duì)右側(cè)進(jìn)行回填，保證洞內(nèi)車輛通行；左側(cè)樁基及暗梁施工完成后，再進(jìn)行回填，同時(shí)進(jìn)行右側(cè)樁基施工；一側(cè)施工時(shí)，另一側(cè)保持車輛正常通行，以避免影響洞內(nèi)正常施工。

5.2 施工注意事項(xiàng)

①仰拱拆換時(shí)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)收集及變化分析。

②進(jìn)入基巖后每鉆進(jìn)0.5～1.0m清孔取樣一次，以備終孔驗(yàn)收。

③采用導(dǎo)管配合澆筑樁基時(shí)，導(dǎo)管底部距混凝土面的埋置深度宜為2～6m，應(yīng)經(jīng)常測(cè)量孔內(nèi)混凝土面的位置及時(shí)調(diào)整導(dǎo)管埋深。

④暗梁或底板施工完成后及時(shí)進(jìn)行覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)

⑤注漿配合比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整，漿液充填應(yīng)飽滿。

6 結(jié)語

奉節(jié)隧道DK721+458～DK721+486段隧底充填型溶洞處治在鄭萬高鐵重慶段隧道溶洞處理方面具有一定的代表性，通過對(duì)仰拱鋼架拆換、樁基托梁、注漿加固等技術(shù)的運(yùn)用，順利完成溶洞段隧底處治施工。經(jīng)過3個(gè)月量測(cè)數(shù)據(jù)的分析，結(jié)論顯示沉降已基本處于穩(wěn)定，滿足無砟軌道施工要求。同時(shí)處治過程中配套使用的設(shè)備及合理的工序轉(zhuǎn)換，保證了洞內(nèi)其他作業(yè)面正常施工，有效保證了隧道工期，對(duì)類似工程具有一定的參考價(jià)值。