隧道岩溶塌陷处理施工技术
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摘 要：结合贵阳市域铁路久永线佛顶竹隧道DK28+994～DK29+016段岩溶塌陷处理施工情况，简要介绍了溶洞处理大管棚、小导管超前支护、四肢格栅拱架、护拱及注浆施工技术。
关键词：久永铁路佛顶竹隧道岩溶塌陷溶洞处理施工技术
佛顶竹隧道位于贵州省开阳县双流镇至永温区间白安营村解扎组和固顶组，隧道起讫里程为DK28+866～DK30+039,隧道全长1173米，隧道穿越中厚层白云岩夹泥质白云岩，岩体破碎，岩层层面扭曲不稳定，节理、岩溶发育强烈。施工开挖至DK28+996处遇到岩溶塌陷，经勘测发现DK28+994～DK29+016段拱顶右侧上方及右侧下方存在较大较深的空隙。
根据现场勘察情况，为确保岩溶塌陷及其影响范围的施工安全，控制围岩变形稳定，防止拱顶下沉，采用了大管棚、小导管超前支护、四肢格栅拱架、护拱及注浆支护措施。
一、大管棚施工
在DK28+991～DK29+021段施作大管棚，施工作业程序为：导向墙设置→安装钻机及钻孔定位→钻孔→清孔验孔→安装管棚钢管→注浆。
1、 导向墙设置
由于洞内施做大管棚，为保证施作大管棚的孔间在DK28+991～DK28+996段设置导向墙，拱顶孔口中心高程控制在1256.06，导向墙用C20砼，截面尺寸为1m*1m。为保证管棚施工精度，导向墙内设四肢格栅钢架，孔口管采用壁厚5mm的Φ140导向钢管，钢管与钢架焊接并埋入C20砼中，孔口管与水平夹角控制在6°，环向间距45cm。
2、 安装钻机及钻孔定位
用钢管脚手架搭设钻机平台，钻孔用1～2台钻机由高孔位向低孔位对称进行，便于钻机定位。平台支撑要防止在施钻时钻机产生不均匀下沉、摆动、位移等影响钻孔质量。钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核对钻机位置，用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线与孔口管轴线相吻合。
3、 钻孔
采用Φ127mm钻头钻孔，岩质较好的可以一次成孔，钻进时产生坍孔、卡钻，补注浆后再钻进。开钻时，低速低压，待成孔10m后可根据地质情况逐渐调整钻速及风压。钻进过程中经常用全站仪测定其位置，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，并判断成孔的质量，处理出现的事故，对造成卡钻的空洞，可低压间歇控制性注水泥沙浆填密，待凝固后，再重新施钻。
4、 清孔验孔
用地质岩芯钻杆配合Φ127mm钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。用高压风从孔底向孔口清理钻渣。用全站仪等检测孔深、倾角、外插角。
5、 安装管棚钢管
钢管在加工厂加工好丝扣，在Φ108mm棚管上钻出浆孔，孔径10～16mm，孔间距20cm,呈梅花型布置，尾部留不钻孔止浆带长110cm，管头焊成圆锥形，便于入孔。棚管推进采用大孔引导和棚管机钻进相结合的工艺，接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开， 同一横断面内的接头数不大于总数的50％，相邻钢管接头至少错开1.0 m。
6、注浆
为保证Φ108mm注浆后的质量，注浆前在Φ108mm棚管内部插入钢筋笼（图1），钢筋笼由主筋和固定环组成，主筋为与Φ108mm棚管等长的3～4根Φ22螺纹钢，固定环采用5cm长Φ42mm小导管。主筋和固定环等分焊接在一起，固定环间距一般为50cm。
图1
管棚采用水泥浆液，注浆参数：水泥浆水灰比1：0．5～1：1.0；KBY50／70型液压注浆泵将浆液注入管棚钢管内，初压0.5～1.0MPa，终压2.0 MPa，持压15 rain后停止注浆。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔与周围岩体、钢管周围孔隙间充填浆液。
二、小导管超前支护
大管棚施作完成后，在开挖轮廓线外施作小导管注浆，超前支护，以加强塌陷层的稳定。
1、 小导管制作
用Φ42mm、厚4mm的热轧无缝钢管，钢管长度为4.5m，为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端宜做成约20cm的尖锥状，尾部焊上箍筋（ɸ6mm圆钢）。管壁上每隔15cm梅花型钻眼，眼孔直径为Φ10mm，便与浆液溢出，尾部长度不小于100cm作为不钻孔的止浆段（图2）。
2、 小导管布置
小导管环向间距35cm,每环小导管纵向水平搭接长度1.2m,小导管外插角5°～10°。
3、小导管注浆
小导管注浆采用水泥砂浆，水泥砂浆水灰比为0.5～1.0（重量比），注浆压力为0.5～1.0MPa。单孔注浆量为0.2～0.3m3。
三、四肢格栅拱架
1、设置
按照Ⅴc复合式衬砌断面设置四肢格栅拱架用主筋Ф22(螺纹钢)，联系筋Ф10、Ф8，利用10#角钢，22a槽钢，螺栓焊接、连接而成。每榀间距0.6～0.8m。
2、安装和作用
锚、喷混凝土、铺设钢筋网后，随之架立四肢格栅拱架，纵向采用钢筋连接。格栅支撑同锚喷混凝土之间和管棚之间的空隙用喷射混凝土填补。拱部格栅安装后，格栅钢架暂时不能全断面封闭成环，因此，拱部格栅钢架必须采取锁脚措施，将格栅钢架两底脚牢固锁定，以防止格栅钢架下沉或两底脚回收，格栅钢架锁脚采用两根L=3m的Φ22锁脚锚杆锁定，锚杆采用螺纹钢，压注水泥浆液或锚固剂进行锚杆，如地质较差时，采用加长锁脚锚杆长度和再增设一根锁脚锚杆以加强格栅钢架的稳定。
四、护拱注浆施工
1、施做护拱
大管棚及四肢格栅拱架施作完后，在DK28+991～DK29+016段施作混凝土护拱。护拱厚度为45～60 cm，混凝土标号C25。对格栅拱架右侧下方脚部的空洞采用灌注混凝土处理，确保格栅拱架牢固稳定，按整体V级围岩喷射混凝土进行支护。
2、注浆施工
DK28+994～DK29+016按隧道开挖线外4.5m范围控制注浆，注浆孔深4.0m，孔间距1.5m～1.5m，梅花形布置，注浆管长3.5m，Φ42mm热轧无缝钢管，其上设Φ6mm溢浆孔，注浆压力0.3～0.5 MPa，注浆扩散半径按照30cm计算。注浆材料：425普通硅盐水泥；注浆设备：TX一28气腿式凿岩机1台，KBY50／70型注浆泵2台。
五、结束语
该岩溶塌陷段经过18d的处理，安全渡过了溶洞地段的施工。同时为了准确了解围岩在支护形成后的变形情况，在施工中及时对拱顶下沉和拱脚水平净空变化进行监控量测，通过对监控量测结果进行回归分析显示，拱顶下沉速率变化至O.15 mm/d，拱脚水平净空速率变化至O.2 mm/d ，表明围岩趋于稳定状态，可进入下一道工序施工。实践证明，在岩溶塌陷段进行施工，采用大管棚、小导管超前支护、四肢格栅拱架、护拱及注浆施工技术是一种安全、可靠、有效的超前支护措施。
参考文献：
《铁路隧道施工技术指南》（TZ04-2008）；
《铁路隧道施工规范》（TB10204-2002）；
《铁路隧道喷锚构筑技术规范》（TB10108-2002）；
《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121一2007）（J721-2007）。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
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