中铁五局四公司 广东省韶关市 512000
摘要：林城五号隧道进口段下穿地方弃碴场、上跨林城三号隧道、平行林城四号隧道，施工过程中多次遇到基底塌空、偏压严重等不利施工条件，本文仅就不利施工条件下现场采取的一系列施工措施做简要小结，希望对同类工程的施工提供借鉴和参考。
关键词：林城五号隧道；多隧道交叉立体施工；变形；塌陷
一、贵开线简介
贵开铁路线路位于贵阳市境内东北部，起于贵阳北站，经长昆线贵阳东站后，途经水田镇、羊昌镇、南江（哨上）乡，终点位于开阳县城附近。属贵阳市域铁路重点线路。
本项目初步设计批复的主要技术标准为：
铁路等级：I级。
正线数目：双线。
路段旅客列车设计行车速度：160km/h。
最小曲线半径：一般2000m，困难1600m。
限制坡度：25‰，困难30‰。
到发线有效长度：650m。
牵引种类：电力。
闭塞方式：自动闭塞。
本项目于2009年11月完成初步设计，铁道部于2010年3月25日正式下达《关于新建贵阳至开阳铁路初步设计的批复》（铁鉴函[2010]294号）。
二、林城五号隧道简介
林城五号隧道进口位于云岩区黔灵镇偏坡村，出口位于乌当区培席村，全长1561.108米，起止里程LgDK7+790.983～lgD2K9+352.091。本隧LgDK7+740～LgD2K8+020段基岩为中厚层状灰岩、白云质灰岩夹泥灰岩，岩体破碎；LgD2K7+785～LgD2K8+020为厚层人工弃土场，土体结构松散，地下为岩溶管道水，水质对砼无侵蚀性地表岩溶中等发育，钻孔中见溶洞发育，洞身遭遇溶洞及大型溶腔；LgD2K7+940～LgD2K8+010段通过区域性断层，断层物质为碎碎的构造亚碎岩；LgD2K8+010～LgD2K9+420段基岩为中厚层夹薄层状白云岩、泥质白云岩、偶夹页岩，岩体较破碎，节理裂隙较发育，局部勘探岩芯均呈角砂碎块状，显示岩体破碎程度较高。
一）、进口段简介
林城五号隧道进口段为LgyD2K7+780～LgyD2K8+020段。
该段为峰丛洼地地貌，贵阳北端洞口基岩裸露，基岩为中厚层状白云岩、白云质灰岩夹泥灰岩，岩体破碎；单斜构造区，岩层层面倾角15～20度左右，洞轴方向与岩层走向近于平行，贵阳北端洞口洞门左侧边坡顺层。同时该段为厚层人工弃土场，弃土高度为15m～40m。土体结构松散；地下水为岩溶管道水，水质对砼无侵蚀性。地表岩溶中等发育，钻孔中见溶洞发育，洞身遇溶洞及大型溶腔的可能性大。洞身LgyD2K7+940～LgyD2K8+010段通过区域性断层，断层物质为碎碎的构造压碎岩。
隧道于LgyD2K7+810处上跨沪昆客运专线林城三号隧道，林城三号隧道开挖顶面至林城五号隧道仰拱底面标高差值为13.19m。两隧交叉角度约11°，投影影响范围约LgyD2K7+760～LgyD2K7+866，考虑影响放散角，林城五号隧道进口段LgyD2K7+780～LgyD2K8+020均受影响。
由于设计图纸出具后地方弃碴场依然大面积弃碴，故致使原设计LgD2K7+780～LgD2K7+841明挖段只能采用暗挖，地表原状土覆土约-8～+2m，上覆弃碴15～35m。
二）、工程地质简介
1、地形地貌
隧区为中山区溶蚀峰丛丘陵地貌，隧道穿越山脊呈南北向走向，峰丘与槽谷相间分布，丘顶低矮，溶蚀沟谷、溶蚀漏斗零星分布；贵阳北端洞口纵坡较陡峻，贵阳东端洞口纵坡平缓；地面海拔高程1206～1367m，高差20～140m。最大埋深约120m。坡面基本为荒山，基岩大片出露，灌木植被发育，进贵阳东端洞口有乡村公路通行。
2、地层岩性
段内上覆第四系全新统人工弃填土层（Q[4]（ml））粉质黏土夹碎石、坡洪积（Q[4]（dl+pl））红黏土，坡残积（Q[4]（dl+el））红黏土；下伏地层有三叠系中统贵阳组（T[2]gy）白云岩、白云质灰岩夹泥质白云岩及泥灰岩，并有断层破碎带（Fbr）压碎岩。
3、地质构造
1）、构造概况
区域上属于川黔经向构造体系的南段，为一系列褶皱密布、断裂纵横的较为复杂的构造体系，构造线及岩层走向近南北向，线路由西向东行进，基本上垂直于岩层走向。
2）、断层
都拉营复式向斜东北翼被黔灵山2#逆断层切割，该断层近南北向，倾向东，倾角约65°，断层线扭曲，延伸约100余公里；该断层破碎带较宽大，大致于LgyD2K7+940～LgyD2K7+010与线路近于垂直相交，地表出露断层破碎带迹象明显，断层破碎带物质为构造挤压破碎明显的构造压碎岩，母岩为中厚层白云质灰岩夹泥灰岩，岩层层面极为扭曲、混乱，局部岩层面已直立；断层断块岩体稍显完整；岩体破碎程度较高，网络状构造裂隙密集发育，大部裂隙充填方解石细脉；局部断块间充填少量的薄层灰色、深灰色断层糜棱、断层泥；其岩溶发育程度中等。
4、水文地质特征
隧区地表水不甚发育，主要为沟水，水量较小，受季节变化影响大，以蒸发、下渗和径流等形式排泄。隧区地下水类型有：第四系孔隙潜水、碳酸盐岩岩溶水。全隧区为碳酸盐岩地层，穿越山体山脊呈南北向走向，总体地势西高北低（即隧道贵阳北端洞口端地势高于贵阳东端洞口端），洞身地表无常年性溪流。洞身段地下水主要靠大气降水的补给，由于地表植被发育，覆土较厚，除部份雨水通过地面流走外，有相当一部份雨水沿溶蚀裂隙等进入地下，沿溶蚀裂隙、管道、由贵阳北端洞口端向贵阳东端洞口端运移。隧道区地层岩性较单一，地表岩溶中等～强烈发育，地表少见岩溶漏斗、洼地等发育，隧道区贵阳东端洞口端见大型岩溶大泉出露，分析隧区岩溶水及基岩裂隙水分布均较均匀，可溶岩区地下水水位线即位于洞身附近，地下水赋存量丰富，隧道施工时遇大型岩溶暗河、突水突泥的可能极大。
5、不良地质及特殊岩土
1）、不良地质：
（1）岩溶
隧道区地表多见石芽、溶沟、溶槽，但较大型的地表岩溶形态如溶洞、暗河等未见，目前在进贵阳东端洞口附近已钻的8个钻孔有2个钻孔见2个溶洞，竖向洞径约0.7、5.6m，为全充填型溶洞。隧道区岩溶发育程度中等～强烈，考虑到岩溶发育的无规律性及不均匀，不排除施工时遇溶洞及大型充水溶腔的可能性。
（2）顺层、洞身偏压
隧道贵阳北端洞口代表性岩层产状为E-W /17°S，岩层走向与线路夹角13°，顺层视倾角17°，基岩为薄至厚层状白云岩、白云质灰岩夹泥质白云岩及泥灰岩，倾向线路右侧，贵阳东端洞口线路贵阳北端洞口左侧边坡顺层，贵阳北端洞口段埋深较浅，易坍塌冒顶。
（3）断层破碎带：
LgyD2K7+940～LgyD2K7+010为黔灵山2#逆断层破碎带通过，该断层近南北向，倾向东，倾角约65°，断层线扭曲，延伸约100余公里；地表出露断层破碎带迹象明显，断层破碎带物质为构造挤压破碎明显的构造压碎岩，母岩为中厚层白云质灰岩夹泥灰岩，岩层起伏扭曲、紊乱，断块岩体稍显完整；岩体破碎程度较高，网络状构造裂隙密集发育，大部裂隙充填方解石细脉；局部断块间充填少量的薄层灰色、深灰色断层糜棱、断层泥；其岩溶发育程度中等；该层岩体破碎程度高，利于地下水的富集，施工期间极易产生塌方冒顶并有断层带地下水局部涌出的可能。
2）、特殊岩土：
（1）红黏土：广泛分布隧区斜坡上，棕黄色、棕红色、褐黄色等，硬塑状，一般厚0～3m，局部厚达5m。红黏土具有表面收缩、上硬下软、裂隙发育、局部具弱膨胀特性，特别是基岩面附近多呈软塑状，强度较低。隧道进贵阳东端洞口段红黏土较薄，对隧道工程的影响甚微。
（2）人工弃填土：隧道贵阳北端洞口端LgyD2K7+785～ LgyD2K8+020段为贵阳市政工程弃碴场，大量堆积杂填土层，成分混杂，有建筑废弃之砼块、砖块，有施工开挖弃填之块碎石土、黏性土等，结构松散，潮湿状，厚8～25m，对隧道的影响严重。
三、林城五号隧道进口段施工所遇问题及处理
一）、根据以上简介情况，可综合归纳林城五号隧道进口施工所遇主要困难有：
1、多隧道交叉立体施工：隧道于LgyD2K7+810处上跨沪昆客运专线林城三号隧道，林城三号隧道开挖顶面至林城五号隧道仰拱底面标高差值为13.19m。两隧交叉角度约11°，投影影响范围约LgyD2K7+760～LgyD2K7+866，考虑影响放散角，林城五号隧道进口段LgyD2K7+780～LgyD2K8+020均受影响。同时由于林城三号隧道施工过程中，多次遭遇不良体制条件影响造成隧道变形，从而致使林城五号隧道施工更加困难。
2、地方弃碴场影响：由于设计图纸出具后地方弃碴场依然大面积弃碴，故致使原设计LgD2K7+780～LgD2K7+841明挖段只能采用暗挖，地表原状土覆土约-8～+2m，上覆弃碴15～35m。该段开挖工程中主要都在弃碴中施工，建筑垃圾、杂物充填，条件异常艰难，同时上覆弃碴为偏压型结构线路开挖断面右侧较左侧高8m～13m。
3、地质条件异常复杂：原设计即提出LgyD2K7+940～LgyD2K7+010为黔灵山2#逆断层破碎带通过，该断层近南北向，倾向东，倾角约65°，断层线扭曲，延伸约100余公里；地表出露断层破碎带迹象明显，断层破碎带物质为构造挤压破碎明显的构造压碎岩，母岩为中厚层白云质灰岩夹泥灰岩，岩层起伏扭曲、紊乱，断块岩体稍显完整；岩体破碎程度较高，网络状构造裂隙密集发育，大部裂隙充填方解石细脉；局部断块间充填少量的薄层灰色、深灰色断层糜棱、断层泥；其岩溶发育程度中等；该层岩体破碎程度高，利于地下水的富集，施工期间极易产生塌方冒顶并有断层带地下水局部涌出的可能。
以上各困难，在施工过程中亦一一出现：
二）、现场处理相关方案及施工小结
1、地表大面积塌陷造成隧道内较大变形相关处理
2014年03月，由于不明原因LgyD2K7+870～ LgyD2K7+920段地表发生大面积塌陷，塌陷面积约1000余㎡，塌陷恰好位于林城五号隧道进出口掌子面之间。
当时隧道进口上台阶掌子面里程为LgyD2K7+841.7，仰拱已施工至LgyD2K7+817.2。出口上台阶掌子面里程为LgyD2K7+941.0，仰拱已施工至LgyD2K7+973.0，由于特殊原因目前上台阶剩余99.3m未开挖，仰拱剩余156m，二衬剩余200m。同时隧道内原初期支护I20b工字钢大面积变形扭曲。
塌陷区出露为构造挤压破碎明显的构造压碎岩，母岩为中厚层白云质灰岩夹泥灰岩，岩层层面极为扭曲、混乱，局部岩层面已直立；断层断块岩体稍显完整；岩体破碎程度较高，网络状构造裂隙密集发育，大部裂隙充填方解石细脉；局部断块间充填少量的薄层灰色、深灰色断层糜棱、断层泥。
根据当时即将临近雨季以及必须确保初期支护不能垮塌等，确定如下施工措施：
1）、LgyD2k7+870～+920段地表陷坑立即采用土石回填。再向坑底抛填片石（局部岩体可改炮），然后在回填面铺设100cm厚C15素混凝土封闭并预埋φ42注浆管，对坑下方土石进行注浆固结，注浆φ42小导管长5m，按1.5m*1.5m梅花型布置，注浆材料采用水泥砂浆；待林城三、四、五号隧道贯通，二次衬砌施作完毕并达到设计强度后，最后再用土石将陷坑填至周边地面标高。
2）、LgyD2k7+790.983～+841初期支护变形段钢架拱腰处逐榀采用I18临时横撑加固，横撑间距为0.6m。临时横撑施作完毕后，该段采用φ42小导管进行拱墙径向注浆，小导管按1.2m*1.0m（环×纵）梅花型布置，单根长4.5m，径向注浆加固范围为开挖轮廓线外5m，注浆材料以水泥浆为主，初始压力可按0.3Mpa；为确保加固地层效果，实施中注意浆液的浓度、压力，必要时可加速凝剂等，注浆压力根据对初期支护在注浆时的变形监测控制。
3）、待林城三号贯通二衬施作完毕后，对LgyD2k7+790.983～+841初期支护侵限段进行逐榀全环I18型钢钢架拆换，钢架间距0.6m/榀。
4）、施工过程中，要求按现行相关规范要求制定详细的施工实施方案及抢险救援方案，配备足够抢险救援设施设备，要求按 《铁路隧道监控量测技术规程》原施工图设计要求做好本段监控量测，加强工艺技术管理及风险管理，确保隧道结构及施工安全。
根据此处理措施，该塌坑处顺利通过。
经验总结如下：
1）、不能让地表水随意渗入、流入隧道，故应及时处理不稳定围岩的地表裂纹、塌坑等；必要时应采用注浆等方式加强填土效果。但应注意该类处理塌坑应尽量处理松土，并处理为倒漏斗型，以优化刚性盖板的重力分配效果，使隧道初期支护尽量少受力。
2）、对于软弱松散围岩较大横向变形段应及时增设横支撑以优化结构受力，避免隧道产生较大横向变形，同时缩脚锚杆等应严格超设计施工。拱架拱脚等要绝对落地，避免悬空。除极特殊情况，I20b工字钢能满足初期支护结构受力要求。但应注意初期支护工字钢、临时横支撑工字钢相互间连接强度，建议初期支护工字钢相互间采用φ25螺纹钢筋连接，间距不大于0.6m。临时横支撑工字钢相互间采用∠100*100*8mm角铁连接，间距不大于1.0m。
2、隧道内较大空洞处理
2014年6月17日晚于LgyD2K7+838.2上台阶左拱脚位置发现一直径为40cm的洞口，并可听见时有落石声响；2014年6月18日上午参建四方现场踏勘，初步探测结果如下：LgyD2K7+838.2上台阶左拱脚下端洞口直径已扩大为2～3m，下方为一酒坛状空洞，洞深约13～15m，沿线路方向长约13～14m，向线路左侧横向延伸11～13m，向线路右侧上台阶下端延伸情况不明。洞内无流水，洞壁由灰色、灰黄色中厚层夹薄层状泥质白云岩夹深灰色泥灰岩，岩层层面较平缓，洞壁可见岩块断面新鲜。
由于林城三号隧道与林城五号相互交叉（高差约12m）且与林城四号隧道横向相距大约30m，林城五号隧道与下端的林城三号隧道交叉中心里程约为LgyD2K7+810。目前下端林城三号隧道衬砌已经完成，本次LgyD2K7+838.2上台阶左拱脚位置发现发现空洞位置正处于林城三号隧道2014年4月2日Dk696+964～+975段发生坍方区域的上端，初步判断该空洞即为下端林城三号隧道坍方所形成的坍落空腔。
方案如下：
1）、结合现场实际情况，需采取应急处理措施对该塌坑进行处理，以确保林城五号隧道上台阶完成初支不发生较大变形甚至掉拱现象。
2）、采用泵送C20混凝土对空洞进行回填，回填过程可适当添加废旧钢轨、钢管桩、工字钢等。
3）、加强超前地质预报及监控量测，并分析围岩的变化趋势，及时观察是否发生牵引变形，如有异常应及时上报。
现场在此方案基础上采用泵送混凝土（加一定剂量速凝剂）基础上完成此处理）。
经验总结如下：
1）、遇隧道有不稳定溶洞、塌陷空洞影响已完成初期支护安全时，应及时采取措施回填，时间要求近乎于铁路“抢险”，同时，为确保人员机械安全，操作应尽量远离不稳定工作面，切不可麻痹大意，冒险施工。
2）、塌坑回填混凝土可采用添加适当剂量速凝剂形式，从而使混凝土尽早稳定。
3、隧道在弃碴场段施工
由于设计图纸出具后地方弃碴场依然大面积弃碴，故致使原设计LgD2K7+780～LgD2K7+841明挖段只能采用暗挖，地表原状土覆土约-8～+2m，上覆弃碴15～35m。该段开挖工程中主要都在弃碴中施工，建筑垃圾、杂物充填，条件异常艰难，同时上覆弃碴为偏压型结构线路开挖断面右侧较左侧高8m～13m。
1）、隧道施工采用洞内无工作室施作管棚辅以大外角小导管超前支护方案，采用φ108 大管棚，管棚内设钢筋笼，环向间距 0.5m，每 6m一环，单根长 10 米，每环 20 根；拱部φ42 小导管外插角 45°，环向间距 0.5m，每 4榀钢架设置一环，单根长5m，每环 20 根；两侧边墙增设 45°外插角φ42 注浆小导管，其环向间距 0.6m，每榀钢架设置一环，梅花型布置，单根长5m，每环 16根；注浆材料以水泥浆为主，注浆不上压时采用水泥砂浆，注浆压力根据对初期支护在注浆时的变形监测控制。初期支护采用全环 I20b型钢钢架加强支护，间距 0.6m/榀。
2）、逐榀采用I18临时横撑加固，横撑间距为0.6m。
施工小结：
1）、对于软弱松散围岩尤其如本段弃碴等地质条件，应加强超前支护以确保不发生较大冒顶、塌方等。
2）、为控制较大横向变形段应及时增设横支撑以优化结构受力，同时缩脚锚杆等应严格按设计施工。拱架间连接应牢固。
4、隧道贯通后基底处理
因本隧道多次出现基底塌坑、溶洞以及软弱围岩，故全隧道贯通后，为保证下穿林城三号隧道运营安全以及本隧道运行后不产生较大的沉降，故采取基底注浆措施。
1）、LgyD2k7+790.983～+817.2 段仰拱基底处理措施该段仰拱填充已经完成，但林城三号隧道塌方影响其洞身周边围岩松动，对林城五号隧道已经完成的仰拱基础稳定产生影响，要求先采用地质雷达对隧道仰拱基底初期支护钢支撑进行探测并确定位置，然后采用φ42mm 钢花管注浆加固基底的松散岩体：每个断面布置 4 根，纵向间距 1.2m，梅花型布置，钢管壁厚 3.5mm，加固深度为仰拱底 10m，左、右侧边墙最外侧排钢管桩按照 15°外插角度施作，以提高仰拱基础稳定性；钢花管桩顶应嵌入初期支护内不少于 10cm，注浆材料以水泥浆为主，注浆不上压时采用水泥砂浆，注浆压力根据林城四号、五号在注浆时的衬砌变形监测控制，初始压力可按 0.3Mpa，终压0.8～1Mpa 控制。
2）、LgyD2k7+817.2～+880 段基底处理措施受林城三号隧道初期支护变形和塌方情况的影响，林城五号隧道未施作仰拱的 LgyD2k7+817.2～+880 段基底采用φ76 钢管桩注浆加固基底松散岩体，钢管桩间距 0.6m×1m（纵向×环向），钢管壁厚 5mm，桩长 10m，左右边墙最外侧 2 排钢管桩分别按 5°、10°外插角度施作，见附图 3，以提高基础稳定性。仰拱初期支护喷混凝土前，应预埋φ100PVC 管对钢管桩进行定位，钢管桩桩顶嵌入初期支护内不小于 10cm，注浆材料以水泥浆为主，注浆不上压时采用水泥砂浆，注浆压力根据林城四号、五号在注浆时的衬砌变形监测控制，初始压力可按 0.3Mpa，终压 0.8～1Mpa控制。
3）其它
（1）、钻孔及注浆过程应详细记录孔深、浆液配比、注浆数量、注浆压力，由现场监理全程旁站监督并签字确认。全段注浆完成后，应由第三方检测单位采用钻芯取样和物探法检验注浆效果，每模衬砌隧底处各钻孔取芯一处，要求一般取芯率不小于 70%。如果注浆效果不能满足要求，应进行补充注浆。
（2）、注浆完成后采用 C30 弱膨胀细石砼对注浆孔部位开槽封填。膨胀剂物理性能指标应符合 JC476~2001《混凝土膨胀剂》建材行业标准。胶凝材料（水泥、膨胀剂和掺合料的总量）最少用量为 350kg/m3，膨胀剂掺量不宜大于 15%，不宜小于 10%，水胶比不宜大于 0.5。
（3）、林城四号、五号隧道进行基底注浆加固时应对林城三号隧道对应里程衬砌断面进行变形及沉降监测，如有异常应及时通知建设各方进行现场核对处理。
（4）、基底注浆相关要求：
钻孔、注浆平行作业时，钻孔与注浆孔间距应大于 6m，钻孔时要控制好造孔的垂直度。基底注浆浆完成后进行效果检验，达到固结土体目的后方可进行洞内开挖；
严格按钻孔和注浆的分序进行自下而上逐节并连续的灌注浆液；
注浆时必须安设止浆塞，密切关注注浆量及压力变化，以确保注浆效果，同时严防爆管伤人，尤其是在注浆较难的注浆孔段落。进浆量大、注浆压力长时间上不去时，应及时调整浆液浓度和配比，缩短胶凝时间，可采用小泵量、低压力注浆，让浆液在土层中有相对停留时间，以便凝结；也可采用间隙式注浆，但停注时间不能超过浆液终凝时间；
施工中要求现场核实地层的含水率及孔隙率，同时做好注浆施工的各种记录，及时了解注浆压力和流量变化情况并进行综合分析，判断注浆效果是否满足设计要求，注浆作业时，每500mm 记录一次注浆参数。中途停止注浆时，应清洗注浆管，以便多次重复灌注浆液；
每次灌注的浆液超过3h，将会影响结石程度，应及时废弃，重新拌制。
施工小结：
1、为保证后期运营安全，基底处理需慎之又慎，尤其是软弱围岩以及松动围岩，注浆加固可谓是最好的处理措施（非泥岩）。
2、注浆过程需动态观察、及时调整，切不可千篇一律。
3、注浆完成后需对注浆孔进行处理，避免基底地下水自注浆孔上渗，甚至出现承压水上冒。
根据以上处理措施以及现场施工人员的努力，林城五号隧道最终实现了安全、顺利贯通，确保了全线的按时通车，在此仅就相关施工做一总结，希望能对类似工程给予帮助。
参考文献：
[1]《隧道工程》中南大学出版社，彭晓敏，刘晓宾
[2]《隧道施工及组织管理指南》人民交通出版社，吴焕通，崔永军
论文作者:李春光
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：隧道论文; 断层论文; 注浆论文; 贵阳论文; 岩溶论文; 洞口论文; 地表论文; 《基层建设》2017年2期论文;