浅析客运专线隧道溶洞处理基底钢管桩加固处理施工施工技术

浅析客运专线隧道溶洞处理基底钢管桩加固处理施工施工技术摘要:随着城市社会化和区域经济化的迅速发展，铁路客运专线将成为社会经济发展的有力保障。目前国内外公路和铁路溶洞大厅基底加固一般采用挖除换填、高压旋喷桩等方式，工程投入大，施工时间长。本文以沪昆铁路客运专线贵州段朱砂堡二号隧道为例对溶洞大厅基底加固施工进行详细分析。关键词:客运专线隧道溶洞处理基底加固中图分类号:文献标识码:文章编号:新建铁路长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段朱砂堡二号隧道I类变更设计中D2K473+505～+620段采用圬工回填的方式进行岩溶处理，溶洞大厅底部为串珠状溶洞，基底承载能力不能满足要求。基底处理采用钢管桩进行加固，保证了基底加固施工质量。1．工程实例由中铁三局集团第二工程有限公司承建的沪昆客专贵州段朱砂堡2号隧道为新建沪昆铁路客运专线双线隧道，全长505m，线间距5.0m，设计行车速度为250km/h。该隧道位于贵州省黔东南州地区，地势东低西高，北高南低，山脉和水系多呈西东向展布。属溶蚀、剥蚀构造中山、低中山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全，沉积类型繁多，其间岩浆活动剧烈，灰岩规模巨大。沉积岩、早期火成岩因受高温高压动力变质作用普遍有不同程度的变质。测区构造复杂，断裂、褶皱发育，致使岩体节理发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、错落体、危岩落石、突水、突泥、岩溶。水文地质条件复杂，地下水发育。2.工艺原理2.1工艺性试验施工前首先进行工艺性试验，以确定合理的注浆参数及钻机。根据试验情况选用单浆液注浆，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，注浆压力控制在1.0～2.0Mpa，水泥浆水灰比W/C=0.6～0.8。通过跟管钻进和普通钻孔两种钻机进行对比，在成孔质量和施工效率方面，跟管钻进具有较大的优势。2.2钢花管加工采用Φ76钢管加工制作，管壁钻注浆孔，孔径8～10mm，孔间距10～20cm，呈梅花形布置，前端加工成锥形，便于钢管的安装。钢花管钢材满足设计和规范要求，钢花管加工必须符合以下要求：1、尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段。2、钢管壁端头10cm进行套丝处理，管节之间采用专用螺纹套管连接。2.3跟管钻进技术针对溶洞大厅底部的串珠状溶洞，由于岩溶发育采用普通钻机钻孔，在成孔后再安装钢花管，很易因塌孔无法安装。经对比采用边钻孔边跟进套管的方式进行钻进成孔。1、测量布孔在隧道1#溶洞大厅底部清理至设计标高后进行钻孔。根据设计要求，孔位按照0.8m交错测量布置。2、钻机就位钻机应就位在稳定的基础之上，就位时应使钻机底部平整，支撑牢固，以保证钻孔时不发生下沉、摆动及偏移的情况。钻孔时采用多台钻机同时钻孔，就位时应避免钻机相互影响。就位时应使钻机准确对位于经测量放样的点位之上，以防钻孔发生偏移。3、钻孔及跟管钻机开钻时采用低压低速，待钻进至一定深度时可根据地质情况调整钻速。钻进时钻孔速度要均匀，遇到夹砂、夹泥及破碎岩层时，应注意控制钻进速度，防止卡钻。钻孔时及时检查钻孔的垂直度，及时纠正偏差。钻进过程中做好记录，以便于及时判断基底地质情况用以指导施工。每钻进一段后根据设计图纸及钻进情况分析孔位地质情况，及时跟进套管。套管跟进深度根据地质情况进行调整，一般情况每钻进2～3m，即应及时跟进套管，避免发生塌孔造成二次钻孔。2.4钢花管安装钻孔结束后及时安装钢花管，同时将钢套管拔出。采用人工配合钻机安装钢花管，钢花管的连接采用螺纹套管连接，安装完成后及时封好管口，同时要及时安装注浆所用进、出浆管，及时进行注浆加固。具体示意图如下：2.5注浆施工1、注浆孔设置止浆封闭流量表接注浆泵压力表回浆管钢花管在制作时按外露长度不小于30～40cm确定管的长度，以便连接孔口注浆阀门和管路。注浆管安放好后，在注浆管管口加上孔口盖，孔口盖与钢管焊接封密，以防止杂物进入，同时防止水泥浆从孔口溢出。完成后安装阀门、注浆管及回浆管。2、注浆机选型注浆机具包括注浆机、制浆桶、储浆池、注浆管路、止浆塞、孔内注浆管、回浆管、自动记录仪等。注浆机采用XZS230/40活塞式注浆泵，灰浆输送量：0～230L/min；工作压力：0～4.0MPa。3、注浆1)注浆管路系统的试运转：用1.5～2倍于注浆终压对系统进行吸水试验检查；检查管路系统能否耐压，有无漏水；检查管路连接是否正确；检查设备机况是否正常；使设备充分热身。试运转时间为20min。2)注浆压力控制：注浆压力控制在1.0～2.0Mpa。终止注浆的条件为终注浆压力达到2.0Mpa时,持续10分钟注浆量小于5L/min。3)注浆过程中发现注浆压力偏低、进浆速度过快时，可采用间歇式注浆、调整水灰比的措施。达到注浆结束条件后，将注浆孔填实封闭，留下标记备查。2.6注浆过程中的监控监控项目：注浆压力的变化情况、进浆量的变化情况、压力的突变情况、注浆管路有无异常情况；监测：专人现场检查、自动进浆记录仪；监控时间：注浆施工过程中进行全过程监测监控。2.7钢管桩加固效果检测钢花管注浆加固完成后，采用地质雷达探测及钻孔取芯对注浆效果进行检查，根据地质雷达探测情况及钻孔取芯检测的填充与胶结情况综合分析评定注浆结果。评定合格后进入下一道工序施工。2.7.1地质雷达检测钢花管注浆完成后，按里程每5m设置一条测线对钢花管加固区域进行地质雷达检测。地质雷达探测以未见空洞反应为合格标准。2.7.2钻孔取芯钢花管注浆加固完成后，采用钻孔取芯对注浆效果进行检查。钻孔间距按照10m×10m交错布置。钻孔取芯合格标准如下：芯样采取率在95%以上，溶洞区段填充饱满（填充率95%以上），层理、节理间胶结良好。2.8钻孔质量钻进如遇溶洞应钻至溶洞底1m以下；对设计图纸揭示有不稳定溶洞发育的，钻进过程中钻孔深度不得小于设计预计深度，如遇溶洞应钻至溶洞底1m以下；施工过程中若遇规模较大溶洞、现状塌陷密集区、反复泉与间歇泉出露区，及时现场核对，必要时进行加强探灌处理。2.9注浆配合比及注浆压力加强注浆参数的控制与检查，注浆压力控制在1.0～2.0Mpa，水泥浆水灰比W/C=0.6～0.8。终注浆压力达到2.0Mpa,并持续10分钟注浆量小于5L/min后方可停止注浆。2.10钢管质量施工所用钢管进场必须按批抽样进行力学性能（屈服强度、抗拉强度和伸长率）和工艺性能（冷弯）试验，其质量必须符合国家有关规定及设计要求。4.效益分析4.1经济效益该技术突破了传统的钻孔工艺，采用钢管桩对基底进行加固处理，针对串珠状溶洞采用跟进套管钻进技术，由于技术先进，施工组织科学合理，节省了设备和材料投入，缩短了工期，直接节约工程成本约40万元，经济效益明显。4.2社会效益朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅采用钢花管注浆对混凝土回填底部进行基底加固，针对溶腔底部的串珠状溶洞采用跟进套管钻机进行施工。在施工过程中积极采用了新技术、新工艺、新设备，保证了工程质量、进度和成本，朱砂堡二号隧道一号溶洞大厅钢花管注浆加固完成，为朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计岩溶顺利完成创造了条件，赢得了监管部门的广泛赞誉，取得了良好的社会效益。4.3环保节能采用该技术进行溶洞大厅基底加固施工，保证了质量降低了能耗，最大程度减小了土石方开挖量及混凝土回填量，同时降低了施工难度，实现了质量与环保的统一性。5．结语该技术在新建铁路长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中得到了应用，采用钢管桩对基底进行加固处理，引入跟进套管钻进技术，形成了一套适合溶洞洞底加固的施工工艺，消除了传统钻孔工艺不能及时跟管塌孔对施工进度造成的影响。通过在朱砂堡二号隧道岩溶整治I类变更设计中的应用，该技术已经成熟，可在类似工程中推广使用。