充填黏土型岩溶隧道隧底加固技术研究

  摘 要：以安六高速大用隧道隧底加固为背景，介绍了该工程DK38+290～DK38+330段的岩溶处理技术，提供了一种隧底加固技术。本工程的难点在于大型全充填溶洞下方存在的串珠状溶洞，在实际施工中，先用袖阀管对下方的串珠状溶洞做加固，再用旋喷桩对隧道底板的大型全充填溶洞做加固。工程实践证明:采取的隧底加固技术有效解决了隧道下方溶洞不稳定的问题，施工全套工艺流程中的安全得以保障。

  交通设施建设中溶洞困扰着国内外学者和工程人员。岩溶问题通常伴随着岩溶水、岩溶裂隙和岩溶洞穴等问题[1]，如果处置不当，引起的后果轻则施工进度缓慢、人力物力浪费，重则对实施工程人员生命安全造成威胁，所以积极开展关于岩溶地区隧道施工的安全技术探讨研究与施工要点分析，对于工程的安全建设具有重大意义[2]。

  目前国内外许多学者，也都结合工程实际对岩溶问题做多元化的分析，马凤山等[3]结合金川二矿区开采实际，采用数值模拟软件对充填矿山开采时的受力特征，得出在开采过程中山体会出现整体变形，并确定了破坏失稳的危险区域;张小刚等[4]采用数值模拟及现场试验相结合的方法，对深井软岩巷道的稳定性及支护方案进行了研究，提出了“锚网+喷射混凝土+钢支架支护”的复合支护技术，经现场验证，采用该复合支护方案能够有效控制软弱破碎围岩巷道的变形破坏;王睿等[5]通过对矿山的地质特征做多元化的分析，提出了一种在该地质条件下的实施工程技术，并给出了相应的非线性计算方式;柳军修等[6]基于FLAC3D提供的本构模型二次开发平台，并通过上海结构性黏土K0固结三轴不排水剪切试验模拟验证该模型的合理性，还在此基础上分析黏土结构性和胶结吸力对地表沉降的影响;还有部分学者通过有限元软件对溶洞充填物的强度和变形性质进行了分析[7,8]。

  结合上述结论发现，不同工程的溶洞加固方法也不完全一样，故对于不同的工程采用相同的加固方法会存在一定的偶然性，从而给工程项目施工带来隐患。因此，有必要对隧道的充填溶洞加固技术进行研究，给出合适的加固方案。

  安六高速大用隧道地处贵州省六枝～黄桶区间，属于双线铁路隧道，左、右线 m。地形起伏较大，平缓地带植被较少，土体稳定性一般。

  大用隧道出口DK38+260～+345段隧道底部溶洞发育，隧道穿越一大型溶洞，隧道的内轨顶面标高为1333.4～1332.6 m，进口端DK38+293～DK38+304段有部分灌注桩下的溶洞发育较深，给施工带来诸多困难;隧顶以上20～25 m为充填软黏土的溶洞，再向上25 m至地表处为空溶腔;隧道右侧边墙至溶洞边缘宽约38m，左侧边墙至溶洞边缘宽约27 m。隧道下方充填物为黄褐色及黑色软塑状黏土，充填厚度约20～30 m，隧道上方充填物以灰黄色、黄色黏土夹块石为主，土质松散，充填厚度约20 m。两种地层的分界线 m。

  隧底补勘芯样岩石强度大部分在35.9～63.7MPa之间，最高可达106.8 MPa。雨季隧道内涌水量较大。详细情况如图1所示。

  首先采用钢制袖阀管对隧底做加固，袖阀管应向下延伸至底部溶洞下方至少1 m处，其目的是为了对隧底的串珠状溶洞做加固，防止施工期和运营期的上部荷载对隧底溶洞的扰动，形成二次破坏。袖阀管具体布置图如图2所示。

  袖阀管施工完成达到设计强度之后，需再使用Φ500mm旋喷桩对隧道穿越的大型充填溶洞做加固，加固范围是DK38+290～DK38+330，旋喷桩由隧底铺砌底面或已开挖桩体孔底进行旋喷加固，加固深度应到达第一层溶洞底以下50 cm基岩内或嵌入袖阀管加固区50 cm，其目的是保证隧道在全充填溶洞内的稳定性，防止因隧道下部失稳带来的人员危险和隧道破坏。旋喷桩具体布置图如图3所示。

  袖阀管注浆加固施工工艺流程图如图4(a)所示，旋喷桩加固施工工艺流程如图4(b)所示。

  根据钻探结果确定溶洞的范围，对隧道下方的溶洞做加固，采用袖阀管对隧道穿越的大型充填溶洞与下方串珠状溶洞做加固。袖阀管呈1.0m×1.0m间距布置、梅花型布置，袖阀管深入串珠状溶洞底部基岩不小于1.0m。

  (2)采用Φ76mm×6mm钢制袖阀管，袖阀管采用钢管特质加工，管口应加盖或其他方式保护，管底封闭。在每圈射浆孔两侧各置一个管箍，采用Φ6mm钢筋加工，与袖阀管连接处采用焊接连接。

  (3)袖阀管注浆采用探灌结合的施工方法，即施工中利用钢制袖阀桩钻孔进一步探明溶洞位置及其边界等，当发现与本设计不一致时应及时提出，以便处理，确保安全;施工全套工艺流程中应时时关注注浆压力，当压力过大时，应调整注浆工艺，间歇注浆，并及时报告相关单位，以便处理。

  (4)袖阀管应尽量安装在孔中央，下管到位后，在管体与钻孔壁间灌注套壳料。

  奇偶跳开，跳槽间隔施作，跳孔进行，特别应注意先进行两侧注浆，在进行中部注浆，以最大限度限制浆液流失。其中外侧孔应低压、缓凝压注水泥浆。

  (2)旋喷桩从隧底铺砌面或已开挖桩体孔底开始旋喷加固，加固深度应嵌入隧底第一层溶洞底以下基岩50 cm或嵌入袖阀管加固区50 cm。

  (3)桩底1.0 m范围内需至少反复旋喷一次，以防止桩底与基岩面间衔接不到位。当旋喷桩遇到块石或者需要穿过基岩时，先采用Φ89地质钻孔开孔至设计深度再进行旋喷加固，当遇到软塑状黏土夹少量角砾时可直接贯入喷射管进行旋喷加固。旋喷桩平均桩径d=500 mm，桩体抗住压力的强度不小于3.0MPa。

  (4)旋喷桩中应加入氯化钙(CaCl2)早强剂，掺入量为水泥用量的0.1%。其目的是为了使旋喷桩施工后能安全且迅速地起到支护和承载作用。

  (5)旋喷桩施工前，应施作废浆池，避免旋喷桩施工废浆污染隧道内作业环境。

  (6)施工中应利用旋喷桩钻孔进一步探明溶洞状态及填充物性质，若与本图不一致时应及时提出，以便处理，确保安全。

  (7)高压喷射注浆过程中，由于压力较大且岩层间的强度存在一定的差异，易发生串浆的情况，进而影响邻孔质量，故施工全套工艺流程中应跳打一孔，一般两孔间距大于2 m。

  (1)加固施工完成14d后，应对袖阀管的实施工程质量进行仔细的检测，检测应符合以下要求:

  (1)注浆压力不小于25 MPa，并且根据现场试验确定参数进行旋喷，其浆液流量一般不小于30L/min，提升速度一般控制在0.1～0.25 m/min。

  (2)旋喷过程中及旋喷施工完毕后，隧底冒出浆液务必采用人工清除，以免破坏旋喷桩。

  (3)施工中严格按“先揭示，再判断，后处理，及时防护、衬砌”的施工全套工艺流程进行，严禁盲目开挖回填。

  (4)现场施工全套工艺流程应逐段进行，加强监测，必要时加设支撑，如果出现异常，应立马停止施工。

  (1)对类似发育的溶洞，先采用袖阀管对大型充填溶洞下方的串珠状溶洞做加固，后使用旋喷桩对隧道整体进行加固;

  (2)通过监测数据分析来看，该工法的应用保证了实施工程质量和施工进度，施工全过程处于安全、稳定、快速、优质的可控状态。

  [1] 周向阳．岩溶地区的隧道施工问题与对策研究[J]．工程技术探讨研究，2021(4):77-78.

  [2] 马凤山，卢蓉，郭捷，等．金川二矿区大体积充填体变形的三维数值模拟[J]．工程地质学报，2019(1):14-20.

  [3] 李铁儒．隧道工程中岩溶突涌水研究[J]．北方交通，2020(9):89-91.

  [4] 张小刚，刘宁，刘洪阳，等．基于FLAC~(3D)数值模拟的深井软岩巷道稳定性及支护方案设计研究[J]．有色金属(矿山部分)，2020(5):19-25.

  [5] 王睿，孟召平，谢晓彤，等．巨厚松散层下防水煤柱合理留设及其数值模拟[J]．煤田地质与勘探，2011(1):31-35.

  [6] 柳军修，尹振宇，杨杰，等．结构性黏土边界面模型在FLAC~(3D)中的开发及隧道施工数值模拟[J]．岩石力学与工程学报，2020(6):1277-1286.

  [7] 韩常领，夏才初，徐晨，等．软岩隧道的超前导洞施工位置优化数值分析[J]．地下空间与工程学报，2020(1):264-269.

  [8] 于林弘，颜嘉良，于晓静，等．基于FLAC3D的岩溶土洞演化及数值模拟分析[J]．地下水，2020(4):55-57.