滬昆客運專線上院隧道溶洞大廳施工處理技術(shù)

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【摘要】上院隧道施工中存在溶洞大廳，巖溶極其發(fā)育，為半充填黏土，在重力作用下，易沿坡面塌落。隧底為黃黏土充填，采用鋼管樁與高壓旋噴樁加強，在其上設(shè)置混凝土筏板，在初期支護兩側(cè)采用重力式混凝土擋土墻。

【關(guān)鍵詞】隧道溶洞鋼管樁高壓旋噴樁重力式混凝土擋土墻

一、工程概況

新建鐵路長沙至昆明客運專線玉屏至昆明段上院隧道位于貴州省清鎮(zhèn)東～平壩南區(qū)間，雙線隧道，線間距5m，隧道起訖里程為DK760+125～DK761+040，全長915m，最大埋深130m。

二、地質(zhì)處境

不良地質(zhì)：該隧道主要不良地質(zhì)為巖溶。

隧道位于云貴高原溶蝕構(gòu)造丘陵區(qū)，隧道籠罩層主要為第四系溶洞充填物（Q4ca），第四系全新統(tǒng)坡殘積層（Q4dl+el），第四系全新統(tǒng)坡洪積層（Q4dl+pl），下伏基巖為三疊系中統(tǒng)壟頭組（T2l）灰?guī)r。隧道進口側(cè)巖層產(chǎn)狀為N72oE/13oN，隧道出口側(cè)巖層產(chǎn)狀為N20oE/16oN，節(jié)理裂隙發(fā)育，半充填黏土，巖石被切割成0.5～2.0m3的巖塊，在重力作用下，易沿坡面塌落。隧道穿越地區(qū)地表水較發(fā)育，主要以非季節(jié)性水流為主；地下水主要是第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水。

三、溶洞處境描述

掌子面開挖里程至D1K760+965時，透露圍巖巖性為灰色、灰白色薄～中厚層狀灰?guī)r，局部溶蝕破碎嚴重，拱頂線路右側(cè)沿豎向裂隙發(fā)育一充填型溶洞，局部充填物已滑塌，充填物為軟塑狀黏土，溶洞寬約2～3m，縱向長約6～8m，向上發(fā)育高度不詳，向下臺階方向發(fā)育，有裂隙水侵出。

掌子面開挖至里程D1K760+935時，上臺階底部透露橫向約3m的溶洞口，經(jīng)開挖后進一步察覺掌子面后有一溶蝕大廳，根據(jù)現(xiàn)場踏勘并初步揣測，大廳橫向約30～40m，沿隧道縱向長度約20～30m，溶洞大廳在掌子面方向高度約3m，在右側(cè)拱腰位置溶洞發(fā)育高度約30m，溶洞發(fā)育形態(tài)極不規(guī)矩，大廳內(nèi)存在積水。

掌子面開挖里程至D1K760+901時，透露圍巖巖性為灰白色薄～中厚層狀灰?guī)r，局部溶蝕破碎嚴重，拱頂右側(cè)透露一溶洞大廳，大廳寬約25～30m，縱向長約45m，隧頂向上發(fā)育約5m，隧底向下發(fā)育約8m。

D1K760+900～D1K760+935段施工中透露一溶洞，在D1K760+935左邊墻上臺階底部透露橫向約3m長的溶洞口，經(jīng)開挖進一步透露有一巖溶大廳，根據(jù)測量溶洞從D1K760+900斜向左中線大里程方向發(fā)育，橫向?qū)捈s80m，沿隧道縱向長度約為35m，空溶洞，溶洞下部（隧道拱腰以下）為充填溶洞。D1K760+941～D1K760+954段中線與右中線內(nèi)沿線路發(fā)育一溶槽，寬約1～3m，深約25m，全充填為軟塑狀黏土。D1K760+955～D1K760+965段隧底人工回填的碎石土。D1K760+860～D1K760+904段左側(cè)邊墻透露一半充填溶洞，溶洞寬約10m，高約10m，溶洞下部充填軟塑狀淤泥質(zhì)黏土，充填物最深達隧底下約40m。

D1K760+900～D1K760+935段施工中透露一溶洞，在D1K760+935左邊墻上臺階底部透露橫向約3m長的溶洞口，經(jīng)挖機開挖進一步透露有一巖溶大廳，根據(jù)測量溶洞從D1K760+900斜向左中線大里程方向發(fā)育，橫向?qū)捈s80m，沿隧道縱向長度約為35m，溶洞大廳高度約3～18m，向溶洞底板充填軟塑狀黏土，淤泥質(zhì)含量大，黏土充填厚度10～30m，即溶洞上部（隧道拱腰以上）為空溶洞，溶洞下部（隧道拱腰以下）為充填溶洞。D1K760+941～D1K760+954段中線與右中線內(nèi)沿線路發(fā)育一溶槽，寬約1～3m，深約25m，全充填為軟塑狀黏土。D1K760+955～D1K760+965段隧底人工回填的碎石土。D1K760+860～D1K760+904段左側(cè)邊墻透露一半充填溶洞，溶洞寬約10m，高約10m，溶洞下部充填軟塑狀淤泥質(zhì)黏土，充填物最深達隧底下約40m。

四、溶洞大廳處理措施

超前支護：采用壁厚3.5mmφ42鋼管舉行超前小導(dǎo)管支護，長4m，環(huán)向間距40cm，每環(huán)50根，每2.4m一環(huán)。

開挖方法：采用臺階法開挖，務(wù)必嚴格操縱開挖，每次開挖距離不能大于1m。

支護方式：采用I20b型鋼鋼架加強支護，鋼架間距0.6m/榀，各臺階拱腳均務(wù)必設(shè)置縱向槽鋼并設(shè)置鎖腳錨管。

D1K760+857～D1K760+874段溶洞空腔采用泵送C20砼，厚度2m，C20砼上方吹中粗砂回填，厚度1m；D1K760+970～D1K760+978段及D1K760+962～D1K760+968段拱部溶洞充填物坍塌回填采用泵送C20砼，厚度1m，C20砼上方吹中粗砂回填，厚度2m。對落石起到緩沖作用。

D1K760+874～+935段邊墻外溶腔于邊墻外溶洞范圍設(shè)置C20砼護墻防護，護墻厚度不小于2m，外墻坡率為1：0.2。

D1K760+864～D1K760+888段24m隧底溶洞范圍內(nèi)設(shè)置2.5m厚C35鋼筋混凝土筏板，筏板下及D1K760+860～D1K760+864段采用φ76鋼管樁加固，樁縱橫向間距0.8m，交織布置；D1K760+888～D1K760+940段隧底溶洞采用φ60cm旋噴樁舉行加固處理，旋噴樁縱橫間距1.0*1.0m，交織布置。

D1K760+941～D1K760+954段隧底狹長溶槽采用1m厚C35鋼筋砼蓋板舉行跨越，蓋板四周搭接于完整基巖寬度不小于1m。

D1K760+955～D1K760+960段隧底人工回填碎石土予以除掉，并采用C20砼回填密實。

五、施工工藝

1、高壓旋噴樁

（1）施工打定：

用挖掘機平整場地，測量技術(shù)員用全站儀恢復(fù)隧道中線樁，按照間距1m×1m梅花形布置，定出樁位，布置水準點，操縱標高。在開挖線外，黏土充填段混凝土擋墻下同時施工高壓旋噴樁，樁間距1.5米，以保證重力式擋土墻不發(fā)生沉降及位移。樁位放設(shè)，由技術(shù)員指導(dǎo)作業(yè)人員根據(jù)隧道中線放出每根高壓旋噴樁的概括位置，并用直徑Ф8鋼筋棒打入地面一下20cm后拔出成孔，再用白石灰把孔洞灌注至地面平作為樁位標記。計算出每樁鉆進深度，對施工人員舉行技術(shù)交底，包括樁位、鉆進深度、施工依次和施工留神事項等。同時，施工段的四周人工開挖50*50的排水溝，并設(shè)集水坑，做好臨時排水設(shè)施。要提前對地質(zhì)鉆機鉆、單管噴漿臺車檢修，使其正常運轉(zhuǎn)，開挖集漿坑，放入集漿桶（1.5m3），數(shù)量等處境，等樁機就位后，開頭按合作比制漿。

（2）樁基就位

鉆機設(shè)置在設(shè)計的孔位上并應(yīng)保持垂直，施工時旋噴管的允許傾斜度不得大于0.5%。機械就位應(yīng)平穩(wěn)，立軸、轉(zhuǎn)盤與孔位對正，高壓設(shè)備與管路系統(tǒng)應(yīng)符合設(shè)計及安好要求，防止管路堵塞，密封良好。

（3）鉆孔

采用地質(zhì)鉆機鉆注漿孔，鉆孔孔徑為97mm。鉆孔時鉆機要平衡，開孔孔位要切實，鉆孔垂直度偏差≤0.5%，確保旋噴管能順遂導(dǎo)入孔底。根據(jù)鉆孔樁施工的地層處境，在砂層等不利地層處鉆孔時，采用泥漿護壁，泥漿的主要性能指針操縱為：比重1.2～1.3，粘度25～30S，含砂量<5%。

（4）插管

當鉆孔完成后即將旋噴管插至孔底。在插管過程中，為防止泥砂堵塞噴嘴，可邊射水、邊插管，水壓力不超過1Mpa。

（5）漿液配置與噴射作業(yè)

漿液用P.S42.5礦渣硅酸鹽水泥和自來水配制，水灰比為1左右，采用立式攪拌罐攪拌。高壓噴射注漿，注漿管應(yīng)在前鋒水泥漿流出噴頭后，方可開頭提升注漿管，自下而上噴射注漿。

（6）沖洗

噴射施工完畢后，應(yīng)把注漿管等機具設(shè)備沖洗明凈，管內(nèi)機內(nèi)不得殘存水泥漿，通常將漿液換成水，在地面上噴射，以便把泥漿泵、注漿管以及軟管內(nèi)的漿液全部擯棄。

（7）移機

當鉆桿提出地面，確認成樁符合設(shè)計要求后，移機持續(xù)下一根樁施工。樁長允許偏差不大于5cm，樁徑允許偏差不大于2cm。橫向、縱向移機操作：把鉆桿落位放好，機塔和底盤加固穩(wěn)定，通過自身的調(diào)理底座和軌道，向前后左右伸縮，均能移動。

（8）褥墊層施工

根據(jù)設(shè)計標高，鑿除樁頭舉行褥墊層施工。褥墊層施工完畢后，舉行復(fù)合地基承載力檢測，合格后面可舉行下一道工序施工。

2、鋼管樁

鋼管樁施工工藝流程圖

（1）鋼管樁沉樁施工

a搬運和存放

搬運鋼樁時嚴禁樁體撞擊，吊樁點要布置合理。存儲鋼樁的地方應(yīng)平整、堅實、排水通暢。

b沉樁施工前的打定

在鋼管樁沉樁施工前要平整和清理場地；測量定位放線；標出樁心位置并用石灰撒圈標出樁徑大小和位置；檢查樁端部的浮銹、油污等贓物務(wù)必除掉，保持枯燥；檢查鋼管樁樁身有無裂紋或損傷，若有損傷在舉行合理的處理前不得舉行沉樁施工。

c垂直度操縱

為保證垂直度，首先要確保場地密實、平整，打樁架也應(yīng)有精確、靈便的垂直度操縱系統(tǒng)。施工時，先用兩臺經(jīng)緯儀，架設(shè)在樁架的正面及側(cè)面，校正樁架導(dǎo)向桿及樁的垂直度，然后空打1～2m，再次校正垂直度后正式打樁。允許傾斜度按樁長的1/100來操縱。若開頭階段察覺樁位不正或者傾斜，應(yīng)調(diào)正后將鋼管樁拔出重新插打。

d鋼管樁的焊接

第一節(jié)樁沉至樁頂高出地面60～80mm時，中斷捶擊，舉行接樁。

鋼管樁焊接采用坡口焊，焊接前，坡口內(nèi)的水、油、銹其它污物務(wù)必除掉明凈。將內(nèi)襯箍放置在下節(jié)樁內(nèi)側(cè)的擋塊上，緊貼管樁內(nèi)壁分段點焊，然后吊上節(jié)樁，其坡口擱置在焊道上，使上下節(jié)樁的對口間隙為2～4mm，再用經(jīng)緯儀校好垂直度，再行點焊。焊接應(yīng)對稱舉行，應(yīng)用多層焊，鋼管樁各層焊縫接頭應(yīng)錯開，焊渣應(yīng)每層除掉。施工時，應(yīng)選擇素質(zhì)良好、技術(shù)純熟、閱歷豐富的焊工，嚴格按焊接模范舉行施工。焊接設(shè)備務(wù)必性能良好。焊接施工時，要加強質(zhì)量監(jiān)理。

在鋼管樁對接接頭處要增加加勁板，加勁板寬度為300mm，厚14mm。加勁板在與上下節(jié)樁要焊接堅韌。待加勁板焊接完畢之后，應(yīng)冷卻5分鐘后面可錘擊。

e沉樁依次

本工程中鋼管樁沉樁依次為自大里程向小里程、先左側(cè)后右側(cè)逐根舉行。

（2）留神事項

樁在沉入過程中，假設(shè)樁身突然傾斜錯位，貫入度突然增大，同時當樁錘跳起后，樁身隨之展現(xiàn)回彈現(xiàn)象要暫停沉樁，待分析理由，問題解決之后再舉行沉樁施工。（可能的理由：樁身斷裂；遇較硬土層；與大塊堅硬障礙物，把樁尖擠向一側(cè)；兩節(jié)樁的連接處產(chǎn)生彎曲）

（3）沉樁施工安好措施

a打樁機底盤、筒體，不管在安裝和打樁作業(yè)時，都應(yīng)安放在平坦堅實的地面上，不得傾斜。

b作業(yè)區(qū)設(shè)明顯標志和圍欄，嚴禁閑人進入，作業(yè)時，操作人員在距樁錘中心5米以外監(jiān)視。

c用樁機吊樁時，務(wù)必在樁上拴好圍繩。嚴禁吊樁、吊錘、回轉(zhuǎn)或行走同時舉行，樁機在吊有樁和錘的處境下，操作人員不得離開。

d卷揚鋼絲繩應(yīng)經(jīng)常處于油膜狀態(tài)，防止硬性摩擦。鋼絲繩的使用及報廢應(yīng)按有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。吊錘、吊樁可使用插接的鋼絲繩，但不得使用不合格的起重卡、索具。

六、施工效果

依據(jù)溶洞處理方案施工完成后，已經(jīng)順遂通過溶洞段，支護外觀無明顯滲漏水現(xiàn)象，根基堅韌我開裂、下沉現(xiàn)象，無質(zhì)量問題。根據(jù)沉降觀測結(jié)果顯示，隧道收斂趨于穩(wěn)定，在