翁長根 管 強 陳中華

(中鐵十一局集團第五工程有限公司 重慶 400037)

1 引言

目前，工程中遇到溶洞處置措施有繞避、開挖回填、溶(土)洞注漿填充、樁基支護、樁基托換、巖面鋪蓋帷幕、灌漿堵塞溶洞及通道、限量抽水和設(shè)增壓排氣孔或者同時采用兩種或以上措施等[1]。李云芳[2]通過對溶腔進行置換清淤以及回填護拱技術(shù)，保證了工程施工安全和施工質(zhì)量；唐文勝[3]開發(fā)了相應(yīng)的新型鉆井和排水技術(shù)，采用疏干降壓主動防治方法處置巖溶；張毅[4]以實際工程為背景，利用帷幕注漿施工技術(shù)，減少了地層失水現(xiàn)象，提升了建筑物與周邊管線的穩(wěn)定性。以上均是對巖溶處置措施的研究，但對于粉細砂層的巖溶處置措施研究相對較少。

王永福[5]將防滲帷幕處理技術(shù)應(yīng)用于四川武都水庫的KSI砂層，采用高壓噴射和復合灌漿技術(shù)處置并取得了良好效果；石峰[6]介紹了深層巖溶粉細砂層采用高壓旋噴新工法，并詳細闡述了防滲處理的工藝特點、工藝原理、施工方法、施工程序、技術(shù)參數(shù)及處理效果等；王玉生[7]介紹了對粉細砂層巖溶采取髙壓旋噴、濕磨細水泥灌漿以及化學灌漿三種方式結(jié)合的處置方案。以上研究對粉細砂層巖溶處置方法提供了依據(jù)，但并沒有考慮到對附近既有線路的影響。

本文依托圓梁山新建隧道，針對處置巖溶并最大限度降低對鄰近既有隧道的影響問題，提出“溶洞高位泄水洞+溶洞超前帷幕注漿+大管棚支護”的施工方案，確定了凝結(jié)時間快、膠結(jié)強度高的漿液配合比，通過鉆芯取樣以及孔內(nèi)成像技術(shù)檢驗了漿液與粉細砂層的凝結(jié)效果，可為川藏鐵路隧道溶洞的處置以及類似的工程施工提供參考。

2 工程概況

新建圓梁山隧道距離既有圓梁山隧道僅30 m，隧道中心里程YDK342+886，最大埋深約774 m，全長11 172 m。周邊無大型居民建筑，新建引水支洞與新建線平行，新建隧道底板標高低于既有線1.5 m。

2#溶洞位于 YDK340+286～YDK340+405，溶洞距離進口3 060 m，處理長度119 m，埋深579 m，如圖1所示。

圖1 隧道穿越毛壩向斜溶洞位置示意

2#溶洞最大出水量在2018年9月27日為31.8萬m3，泄水洞洞口最大出水量在2018年9月21日為79.8萬m3。泄水洞口及2#溶洞涌水現(xiàn)場見圖2。

圖2 泄水洞口涌水現(xiàn)場

3 施工方式選擇

隧道開挖后，對2#溶洞進行地質(zhì)補勘，經(jīng)兩次核實后，發(fā)現(xiàn)2#溶洞比最初勘探設(shè)計時發(fā)育規(guī)模要大。因此，本工程提出了四種溶洞施工方案。

(1)注漿法

注漿法是通過人工施壓將具有膠結(jié)能力的漿液通過既定的管道灌注到巖土層空隙、裂隙或空洞中，將裂縫中的水分與空氣擠走，把松散破碎的巖土層膠結(jié)起來，改善巖土性能的一種施工方法。該法需要一定的作業(yè)空間和場地，對于本處受外圍高壓水壓迫甚至沖刷的情況，在短時間內(nèi)可避免形成大規(guī)模的突水、突泥，僅可作為暫時的支護結(jié)構(gòu)。

(2)管幕法

為達到擋土以及止水的效果，在路段的兩端設(shè)置工作井，并將鋼管打入其中，兩管之間用鎖口方式連接，并注入止水劑，使之成為一個連續(xù)的整體管幕并具有防水功能[8-10]。但該方法施工所需機械設(shè)備較龐大，洞內(nèi)場地狹窄，施工較為不便；鋼管頂進的方向不易控制，管幕的水密性不能保證且適應(yīng)性差，必須結(jié)合全斷面注漿或其他改良地層的方法。

(3)疏干降壓法

采用疏干降壓法將溶洞內(nèi)的水盡數(shù)排出，降低溶腔內(nèi)水壓再進行開挖施工，能將隧道施工安全風險及財產(chǎn)損失降到最低[11-12]。但該法排水費用高、易引發(fā)次生地質(zhì)災(zāi)害，且泄水洞比正線低1.5 m，溶洞已經(jīng)穩(wěn)定，若低水位穿過，會造成溶洞充填物不平衡，對既有線造成影響。

(4)溶洞高位泄水洞、溶洞超前帷幕注漿與大管棚支護結(jié)合方案

經(jīng)過上述幾種方案對比，綜合考慮各施工方法的優(yōu)缺點，本文提出采用一種“溶洞高位泄水洞+溶洞超前帷幕注漿+大管棚支護”的綜合方案。首先對溶洞高位的巖溶水采用排水降壓法，利用既有線原有的泄水洞將一部分溶腔水排出，再對溶腔進行超前帷幕注漿。

4 注漿材料試驗分析

4.1 室內(nèi)試驗

經(jīng)過地質(zhì)勘探與鉆芯取樣，2#溶洞內(nèi)的充填物為黃紅色的粉細砂與溶蝕灰?guī)r及灰?guī)r碎塊石，犬牙交錯，取1～3個孔，每孔充填物測試3組試樣。

在室內(nèi)對水泥單液漿水灰比為0.5∶1、0.6∶1、0.7∶1、0.8∶1、1∶1五種情況下漿液的膠凝時間和1 d、3 d、7 d強度進行試驗，以及雙液漿在水灰比為0.6∶1、0.7∶1、0.8∶1、1∶1四種情況下與水玻璃添加配比(體積比)1∶0.5、1∶0.7、1∶0.8 漿液的膠凝時間和7 d強度進行試驗。首先對普通硅酸鹽水泥凈漿進行試驗，如表1所示。

表1 普通硅酸鹽水泥凈漿基本性能試驗(試驗溫度20℃)

由表1可以看出，水灰比越大，凝膠時間越長，漿液收縮率也越大，漿液抗壓強度降低。因此，在注漿施工中，建議漿液的水灰比不宜大于0.8∶1。普通水泥凈漿摻入一定量水玻璃能改善其功能，試驗數(shù)據(jù)見表2。

根據(jù)表2可知，水泥漿與水玻璃的體積比在1∶0.5～1∶0.8范圍內(nèi)時，水玻璃摻量越少，凝膠時間越短。另采用超細水泥與普通硅酸鹽水泥進行對比，觀察其強度差異。超細水泥試驗數(shù)據(jù)見表3。

表2_普通硅酸鹽水泥雙液漿基本性能試驗(試驗溫度20℃)

表3 超細水泥凈漿基本性能試驗(試驗溫度20℃)

與普通水泥相比，超細水泥的穩(wěn)定性能更好，流動性比普通水泥有顯著改善，顆粒粒徑小。另外對超細水泥添加不同比例的水玻璃，以改善其膠凝時間，試驗結(jié)果見表4。

表4 超細水泥雙液漿基本性能試驗(試驗溫度20℃)

由于現(xiàn)場溶腔內(nèi)含水量大、水壓大，注漿材料注入巖體后必須快速與后方砂巖膠結(jié)在一起，通過對材料的滲透性、膠凝時間、抗壓強度、黏度和結(jié)石率、7 d強度等因素進行綜合考慮，最終采用水灰比為0.8∶1、水泥漿與水玻璃的體積比為1∶0.5的雙液漿作為注漿材料配合比。

4.2 現(xiàn)場注漿試驗

帷幕注漿加固圈設(shè)置在隧道開挖線外5 m處，采用分段前進式注漿，段長3～5 m，漿液擴散半徑2 m。注漿參數(shù)見表5，現(xiàn)場J4孔注漿記錄見表6，注漿現(xiàn)場見圖3，注漿壓力-注漿量-時間曲線見圖4。

表5 注漿參數(shù)

表6 現(xiàn)場注漿記錄

圖3 現(xiàn)場注漿

圖4 注漿壓力-注漿量-時間曲線

5 注漿效果驗證

(1)鉆探取芯

根據(jù)對芯樣觀察和試驗結(jié)果分析，注漿后的充填物性質(zhì)明顯得到改良，含水量降低，成孔效果較好，呈短柱狀，節(jié)長5～20 cm。檢查孔布置見圖5。

圖5 檢查孔布置

(2)孔內(nèi)成像技術(shù)

采用孔內(nèi)成像技術(shù)比取芯更能直觀判別巖性、巖層的破碎性及完整性，指導現(xiàn)場施工，實現(xiàn)安全、可控、經(jīng)濟。

通過鉆芯取樣以及孔內(nèi)成像技術(shù)的應(yīng)用，隧道頂部含水率明顯較低，取出的芯樣基本呈松散狀，說明注漿效果明顯，可見新圓梁山隧道YDK340+405～YDK340+380段帷幕注漿已達到固結(jié)溶洞充填物的目的。

6 結(jié)論

本文依托新圓梁山隧道穿越粉細砂層巖溶，溶腔內(nèi)含有大量水且水壓較高，施工難度大，且國內(nèi)目前沒有類似工程可借鑒。

(1)通過現(xiàn)場地質(zhì)補勘后，發(fā)現(xiàn)掌子面前方溶洞比預(yù)期設(shè)計時要大，經(jīng)研究分析，制定了“溶洞高位泄水洞+溶洞超前帷幕注漿+大管棚支護”綜合施工方案。

(2)對普通硅酸鹽水泥以及超細水泥分別進行了水灰比為 0.5∶1、0.6∶1、0.7∶1、0.8∶1、1∶1水泥凈漿試驗，并分別在每一種情況下添加1∶0.5、1∶0.7、1∶0.8不同比例的水玻璃進行雙漿室內(nèi)試驗，最終選定水灰比為0.8∶1、水泥漿與水玻璃體積比為1∶0.5的雙液漿為施工注漿配合比。

(3)通過現(xiàn)場注漿后，對巖石采取鉆芯取樣，驗證注漿效果達到預(yù)期要求；采用先進孔內(nèi)成像技術(shù)，對孔內(nèi)情況進行實時拍照及錄像，更直觀準確地反映出孔內(nèi)情況，且相較于鉆芯取樣更方便、安全、可靠。