謝鑫 XIE Xin

（中鐵二十五局集團有限公司，廣州 511466）

1 工程概況

云桂鐵路隧道營盤山隧道為時速200km/h、預(yù)留250km/h雙線隧道。起訖里程DK394+665～DK398+146，該隧道位于云桂鐵路云南段富寧～廣南區(qū)間。

施工中，橫洞工區(qū)大里程方向施工至DK396+084時，下臺階開挖揭示隧道基底出現(xiàn)溶洞，對基底開展了溶洞的補勘工作，補勘發(fā)現(xiàn)基底為一充填型溶洞，溶洞縱向范圍DK396+084～+125長41m，鉆孔揭示基底以下最深70m，溶洞橫向?qū)挾却笥?0m，充填物為細砂夾粘土及粉土（如圖1所示）。

圖1 DK396+095掌子面揭示巖洞充填物情況

2 溶洞形態(tài)、發(fā)育狀況及工程地質(zhì)情況

2.1 溶洞形態(tài)及發(fā)育狀況

開挖及水平鉆孔揭示，拱墻溶洞自DK396+094于掌子面中部開始并向右前方發(fā)育并逐漸擴大，洞身溶洞范圍DK396+094～+129，縱向長度約35m，橫向?qū)挾却笥?0m（左側(cè)28m深水平鉆孔、右側(cè)30m鉆孔未探明邊界），拱頂以上高度大于6m（拱頂6m釬探孔未探明邊界），為充填型溶洞，充填物為細砂、夾黏性土及粉土。

溶洞形態(tài)不規(guī)則，以豎向發(fā)育為主，基底溶洞位于DK396+085～+125段，縱向長度40m；橫向?qū)挾却笥谒淼缹挾?，橫向邊界未探明；基底以下深度0～74m，平均深度約32m。為充填型溶洞，充填物為細砂、夾粘性土及粉土，左線線路中線溶洞發(fā)育情況如圖2所示。

圖2 左線線路中線溶洞縱斷面

2.2 地層巖性及參數(shù)

該段隧道基底溶洞充填物以細砂為主，夾少量粉質(zhì)黏土及塊石土，基巖為二疊系下統(tǒng)（P1）灰?guī)r。

＜1-3＞人工填（棄）土（Q4ml）：以粉質(zhì)黏土、塊石土為主。由施工形成。

＜2-11＞粉質(zhì)黏土（Q4ca）：溶洞充填物，褐黃色，軟塑狀，局部硬塑狀，局部夾角礫、塊石。

＜2-12＞細砂（Q4ca）：溶洞充填物，顏色較雜，褐黃、褐灰、深灰～灰黑色等，潮濕，中密～密實為主，少量稍密，局部為粉土或粉質(zhì)粘土。

＜2-13＞塊石土（Q4ca）：溶洞充填物，灰白、褐灰色，松散～稍密，稍濕，含約60%灰?guī)r塊石。

＜15-18＞灰?guī)r（P1）：灰色、深灰色，隱晶結(jié)構(gòu)，中厚～厚層狀構(gòu)造；節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面有輕微溶蝕及少許黏土充填，溶蝕中等～強烈，屬Ⅴ級次堅石。

2.3 水文地質(zhì)

本次鉆探未見地下水。線路右側(cè)約600m為西洋河，西洋河水面標高約745m，溶洞底部標高863.75m，溶洞處于巖溶水的垂直滲流帶。

2.4 穩(wěn)定性評價

從顏色上看，細砂層顏色比較雜，褐黃、褐灰、深灰～灰黑色等，其中細砂中的深灰～灰黑色物質(zhì)為經(jīng)暗河帶入的地表有機物形成；從巖性來看，細砂含泥量較高，局部為粉土或粉質(zhì)黏土，主要為暗河攜帶的地表土及暗河通道坍塌物質(zhì)逐步形成的洞穴堆積物。

綜合分析，推測該處溶洞為與線路大角度（或近垂直）相交的古老暗河通道，洞穴堆積物充填暗河通道后，該古老暗河通道改道，已不屬于地下水通道。目前西洋河水面高程與溶洞底部高程相差較大（約119m），不存在大量地下水進入溶洞帶走溶腔內(nèi)充填物的情況。但該段基底巖性軟硬不均，經(jīng)進行了安全評估，可能引起基底不均勻沉降，對隧道工程影響大。

3 隧道基底巖溶處理方案的比選

溶洞充填物為細砂，局部夾粉土或粉質(zhì)粘土，充填物呈現(xiàn)軟硬不均的特點，可能引起不均勻沉降。結(jié)合該充填型溶洞的形態(tài)及性質(zhì)、與隧道的位置關(guān)系，以及無碴道床對隧道基礎(chǔ)工后沉降值控制在≯15mm的要求。項目部組織了隧道、橋梁、路基等專業(yè)開展了隧道基底處理方案的研究比選工作，分別研究了橋梁跨越、注漿改良地層、旋噴樁復(fù)合地基及基底樁-筏板結(jié)構(gòu)等方案的可行性。

3.1 橋梁跨越方案

根據(jù)基底溶洞發(fā)育情況，需設(shè)48m跨的橋跨結(jié)構(gòu)。普通橋跨結(jié)構(gòu)僅按承受軌下荷載進行設(shè)計，需另外設(shè)置結(jié)構(gòu)以承受隧道襯砌及圍巖荷載。如果橋跨要同時承受圍巖及襯砌荷載。檢算結(jié)果表明，需采用拱圈厚度約6.0m的拱式結(jié)構(gòu)跨越。

橋梁結(jié)構(gòu)施工須下挖一定深度（簡支梁梁高約4.5m，梁下檢修高度2m；拱橋下挖深度更是超過15m），存在隧頂、基坑側(cè)面坍塌的極大風(fēng)險。同時開挖基坑會使隧道的已施做鋼拱架支撐底部被掏空而失穩(wěn)。如遇巖溶水，更是降低充填物的穩(wěn)定性，加劇坍塌風(fēng)險，增加施工難度。且橋跨結(jié)構(gòu)形成局部深基坑，需單獨設(shè)置泄水洞排水防止出現(xiàn)積水影響鐵路正常運營。

3.2 注漿改良地層、旋噴樁復(fù)合地基方案

3.2.1 注漿方案設(shè)計參數(shù)

擬采用間距1.0m×1.0m的φ75鋼花管注漿加固，交錯布置，加固深度為隧底以下45m，注水泥漿（漿液水灰比按1∶1），注漿壓力按1.0～1.5MPa控制。

3.2.2 旋噴樁復(fù)合地基設(shè)計參數(shù)及要求

擬采用間距1.4m的φ0.6m旋噴樁，加固深度為隧底以下30m，要求試塊（邊長70.7mm立方體）在標準養(yǎng)護條件下28d抗壓強度平均值≥4.0MPa。

采用鋼花管注漿加固后對充填體經(jīng)檢測在滿足設(shè)計要求時，其容許承載力可達到325kPa；采用旋噴樁加固后地基容許承載力按規(guī)范計算為352.8kPa。因此采用注漿加固、旋噴樁加固后其基底承載力能夠滿足上部荷載要求。

3.2.3 沉降分析

根據(jù)《鐵路工程地基處理技術(shù)規(guī)程》的要求，對基底加固后的沉降進行分析。分析了基底工后沉降值，計算結(jié)果表明DK396+106、DK396+118.5斷面在上部荷載作用下均不能滿足無碴軌道工后沉降≯15mm的控制要求。

3.2.4 該方案存在的一些技術(shù)問題

①溶洞最深約70m，根據(jù)現(xiàn)有施工經(jīng)驗，旋噴樁超過30m后效果不佳，難以將基底充填物全部予以加固。30m以上的充填物在運營期間存在產(chǎn)生沉降或不均勻沉降的隱患。

②以往巖溶注漿加固經(jīng)驗表明，當深度超過30m的充填型溶洞，注漿施工難度大，加固質(zhì)量難以控制。

③溶洞沿線路縱向、橫向的發(fā)育極不規(guī)則，注漿加固或樁復(fù)合地基方案，基底縱、橫向剛度不能協(xié)調(diào)均勻，縱橫向壓縮、沉降存在較大的差異。

可見注漿加固改良地層及旋噴樁復(fù)合地基方案的基底承載力可滿足荷載要求，但其工后沉降不能達到無碴軌道沉降控制要求，由于充填物均勻性差、溶洞的發(fā)育形態(tài)不規(guī)則，其注漿及旋噴樁加固效果不易控制，故不宜作為整治方案。

3.3 樁-筏板結(jié)構(gòu)方案

樁-筏板結(jié)構(gòu)采用鋼筋砼樁作為承載的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，樁頂設(shè)鋼筋砼板承受圍巖荷載、襯砌自重及列車荷載，該結(jié)構(gòu)為剛性基礎(chǔ)。

結(jié)合溶洞發(fā)育形態(tài)、隧道斷面型式及其溶洞的位置關(guān)系，在滿足最小樁中心距情況下，驗算了不同樁徑柱樁及摩擦樁單樁的容許承載力及其承擔(dān)的上部荷載如表1所示。

表1 不同樁徑摩擦樁、柱樁單樁容許承載力驗算表

從表1可以看出：φ1m摩擦樁無法滿足上部荷載要求，φ1.5m摩擦樁在樁長達到70m時方可滿足要求，但樁長70m樁長已進入基巖。因此本方案中采用柱樁。

φ1m及φ1.5m柱樁均能滿足上部荷載要求，但考慮成樁工藝及減少長樁數(shù)量，采用大直徑、大間距的樁布置型式。

綜上所述，本方案中采用φ1.5m鉆孔灌注柱樁。

4 隧道基底巖溶整治方案

隧道基底溶洞整治最終采用樁-筏板結(jié)構(gòu)方案，其方案參數(shù)包括鉆孔樁布置、筏板結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的襯砌結(jié)構(gòu)及防排水設(shè)計等內(nèi)容，具體如下：

4.1 平面布置

結(jié)合基底溶洞發(fā)育形態(tài)，對鉆孔樁布置進行優(yōu)化，鉆孔樁橫向間距3.8m，縱向間距5m，對DK396+100～+120段基底溶洞最深地段采用縱向2跨梁連續(xù)梁跨越，跨度分別為10m及7.5m，其鉆孔樁及連續(xù)梁布置如圖3所示。

圖3 樁-筏板結(jié)構(gòu)柱樁、連續(xù)梁布置示意平面圖

鉆孔樁采用C35鋼筋砼的φ1.5m柱樁，樁底嵌入基巖深度≮2m。布置18根鉆孔樁，共671m，其中樁長＞50m的共4根，最長樁長70m，平均樁長37m。當樁長＞40m時，樁身需按《鐵路工程基礎(chǔ)檢測技術(shù)規(guī)程》（TB10218-2008）要求設(shè)置聲測管。

4.2 筏板結(jié)構(gòu)

鉆孔樁頂部設(shè)置C35耐腐蝕鋼筋砼筏板，筏板厚度1.5m，縱向長度40m。

4.3 縱向連續(xù)梁

DK396+100～+119.5段筏板下設(shè)置縱向連續(xù)梁，梁高3m，寬2m，縱向長度19.5m，梁與DK396+101、DK396+111及DK396+118.5鉆孔樁采用鋼筋連接，梁采用C40鋼筋砼。

4.4 基底注漿加固

隧底溶洞充填物為細砂，局部夾粉土或粉質(zhì)粘土，最厚達70m，樁筏結(jié)構(gòu)樁長細比較大，為提高樁筏結(jié)構(gòu)樁間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，隧底筏板基坑開挖平整后，于筏板施作前在樁間采用間距1.0m×1.0m的φ75鋼花管（壁厚5mm）注漿加固，交錯布置，設(shè)置范圍DK396+100～+110段筏板基坑底下15m控制，DK396+110～+118.5段筏板基礎(chǔ)下按嵌入基巖0.5控制。

鋼花管注漿成孔為φ89，按水灰比1∶1壓注水泥漿，注漿壓力控制在1.0～1.5MPa范圍，并根據(jù)現(xiàn)場情況適當調(diào)整水灰比，優(yōu)化注漿工藝、間歇注漿。

4.5 襯砌結(jié)構(gòu)及防排水設(shè)計

根據(jù)開挖揭示的地質(zhì)條件及巖溶形態(tài)，并結(jié)合隧底巖溶采用樁-筏板結(jié)構(gòu)方案的整治措施，本段襯砌結(jié)構(gòu)適當加強。DK396+084～+109段段采用Ⅵ級絕緣一般錨段底板復(fù)合式襯砌，DK396+084～+125段采用Ⅴ級絕緣一般錨段底板復(fù)合式襯砌。結(jié)合本段溶洞發(fā)育的規(guī)模、形態(tài)及結(jié)構(gòu)處理措施，于DK396+084、DK396+109、DK396+125處各設(shè)置1道變形縫，共3道。

地下水對砼無侵蝕，二次襯砌拱部、邊墻及仰拱砼抗?jié)B等級不低于P10。初期支護與二次襯砌之間拱部及邊墻部位鋪設(shè)EVA平面防水板+無紡布防水；襯砌拱墻環(huán)向施工縫設(shè)中埋式橡膠止水帶+外貼式橡膠止水帶，仰拱環(huán)向施工縫設(shè)中埋式橡膠止水帶；縱向施工縫設(shè)中埋式鋼邊橡膠止水帶+遇水膨脹橡膠止水條。

地下水采取“以排為主，防排結(jié)合”原則，側(cè)溝與中心溝間按間距5m設(shè)置橫向φ100PVC排水管。

4.6 鉆孔樁施工組織

本隧斷面開挖凈空寬度14.28m，邊墻鉆孔樁處開挖凈空高度8.1m，根據(jù)隧道內(nèi)鉆孔樁使用的沖擊鉆設(shè)備操作空間（6m×2.5m×7.5m），斷面凈空滿足沖擊鉆的操作空間。同時根據(jù)以往隧道內(nèi)孔樁施工經(jīng)驗，隧道內(nèi)采用半幅施工鉆孔樁，半幅通車時其凈空滿足作業(yè)設(shè)備要求，且能保證施工安全。

優(yōu)先施作隧道左半幅鉆孔樁施工，保證隧道右半幅通道暢通。同時采用3臺沖擊鉆進行施工，左半幅鉆孔樁施工完畢后，進行右半幅鉆孔樁施工，同時保證隧道左半幅通道暢通。

5 結(jié)束語

鐵路運營后持續(xù)的監(jiān)測結(jié)果表明，該段隧道結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，沒有任何病害出現(xiàn)。證明采用樁-筏板結(jié)構(gòu)進行大型深厚充填型溶洞的整治方案達到根治及一勞永逸的目標，為類似隧道穿越大型溶洞技術(shù)處理措施提供思路。