注浆法处理南岭铁路隧道陷坑

摘 要：本文结合南岭铁路隧道地表陷坑整治处理工程实例，全面介绍了采用沿隧道中心线陷坑帷幕钻孔注浆和沿河道钻孔注浆技术整治铁路隧道陷坑的应用。系统性的对铁路隧道陷坑形成的原因和机理进行了分析，提出了钻孔注浆技术整治铁路隧道陷坑的原则和方法。为今后的病害处理提供了参考。

关键词：铁路隧道；钻孔注浆；陷坑

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.18.078

1 工程概况

该铁路隧道位于湖南低山丘陵区，地面高程180～520m，地面高低起伏变化不大，隧道埋深一般，最浅处距离拱顶约28～34m。

该隧道位于京广线湖南段南部，铁路经过区域为一复式背斜，背斜的两翼由测水段砂页岩组成，背斜的核部主是为白云质灰岩和岩关组下段灰岩。因为处于骑岭和盖山两个刚性岩块之间，岩石相互作用力会合，使褶皱挤压变得更为猛烈；区内发育的新中原系NNE向压性断裂和燕山期NWW向张性断裂及构造复合等影响的控制系统。因受庞大的地质构造作用影响，岩层风化破裂，节理裂隙发育；可溶岩岩溶较发育，地表岩溶凹地遍及全区。尤其在复式背斜轴部，褶曲、断裂发育密集，岩溶极为发育，加之表水严重下渗，表水与地下水连通密切，地下水流量较大，潜蚀作用剧烈，沿溶槽、溶沟、溶隙中产生了严重的涌砂、突水、涌泥现象，导致地面塌陷、井泉枯竭。

2014年，南岭隧道病害发展更为严重，由第三方单位对该段进行无损检测，检测后发现隧道周边共有8处陷坑，陷坑分布情况如图1所示，陷坑具体情况见表1所示。

2 病害形成原因分析

2.1 隧道建设时涌水涌泥

该隧道设计年代早，受到时技术条件的限制，对该处地质条件调查不够详细导致设计阶段时对岩溶地段处理不充分，同时施工时又对对岩溶危害认识不足。以上原因造成隧道病害严重，威胁行车安全。自隧道上世纪建成投入运营以来，多次出现影响列车安全平稳运行的事件，严重影响了京广铁路通道的畅通。经过现场调查，该原因导致目前隧道产生的主要病害有以下几种情况：

（1）渗漏水严重，隧道局部地段衬砌破损，渗漏水情况严重。由于该隧道山体内溶洞贯通，贯通的溶洞使得隧道衬砌压力变大，从而促使了裂缝的发生频率和发展速度。局部水压较大的地段甚至出现射水现象，尤其在当时施工时衬砌支护不良和后期养护维护较差的地段表现的更为严重，有个别处所甚至冲倒了洞室边墙。经过现场调查统计，隧道渗漏水环向缝共计219条，累计长度4807m；隧道衬砌表面裂缝77条，累计长度250m；点、面状渗、滴、漏水180处。

（2）经过现场对隧道衬砌无损检测发现，局部地段隧道的衬砌厚度不足，局部地段强度不够，部分地段隧道衬砌背后存在空洞、松散回填物及富水等病害情况。

（3）轨下基础破坏导致翻浆冒泥甚至涌水涌泥。由于隧道涌水严重，隧道底部长期处于浸泡状态，轨道强度和稳定性大大降低，列车通过时轨道上下跳动导致产生翻浆冒泥，轨枕空吊。现在列车通过的运行速度不断提高，此现象更加明显。在列车经过时产生上下跳动，将碎石与砂子排空，吊空最严重达0.13m，威胁行车安全。根据衡阳工务段1992年～2002年统计资料K1927+810处（138号避车洞迂回导坑出口，以下简称既有迂回导坑出口）最大流量为1411m3/h，最大含砂率为1.23%，1996年以后既有迂回导坑出口流量、含砂率和总砂量明显增加。据统计，隧道基床冲空、断裂等病害累计长度达3148m。

（4）中心水沟涌水涌泥导致泥沙淤积排水不畅。道床产生翻浆冒泥后，泥浆、砂浆流入隧道中心排水沟，由于水沟清理不及时，导致排水沟淤塞，严重影响了中心水沟的正常使用。

2.2 隧道运营后

隧道运营后，上文所述的涌水、涌沙现象没有得到有效且及时的综合整治，中心水沟清理不到位，道床处于浸泡状态，翻浆冒泥严重。地表陷坑没有及时回填封堵，导致该地段的渗漏水现象一直比较严重。虽然运用过程中也进行过钻孔注浆堵水，但因检测数据不准确，注浆范围较小，施工工艺欠缺，效果不明显，导致病害不断扩展恶化。

3 主要设计原则

（1）沿隧道中心线两侧注浆。注浆钻孔底标高距拱顶3.0m；Φ108钢管下至孔底，钢管底部注浆充填高度设计不少于10m，设漏浆钻孔从而控制注浆充填高度，特别控制好注浆压力在0.3-0.5 MPa。

（2）沿下连溪河道（陷坑主要发生地点）两侧注浆。注浆钻孔控制参数与沿隧道中心线两侧充填注浆孔相同，注浆钢管作为支撑连溪河道支墩基础。

（3）支撑加固既有河道（局部地段）。设100cm*65cm钢筋混凝土支墩，与既有河道钢筋河道基础相连。

4 处理措施

4.1 钻孔注浆充填

钻孔注浆充填地下水通道适用于隧道埋深相对较浅、岩溶和陷坑发育且隧道渗漏水严重地段注浆止水，包括沿隧道两侧段K1927+935～K1927+990和下连溪段段沿河道100米双侧。方案见图2。

注浆采用钻孔注浆方式，注浆充填从隧道顶部3m以上到地面范围所有空洞，堵塞通向隧道的岩溶通道，减少排入隧道的泥沙流量，降低地下水流速。具体措施如下：

（1）钻孔布置。沿隧道中心线方向，检查孔距隧道中线左右两侧各为2.5和7.5m，全長约55m；沿下连溪段，沿河道两侧各两排间距0.5m梅花桩，延长米约100m。（具体见图2）

（2）钻孔平均深度约为35m。

（3）钻孔直径Φ120mm，注浆采用Φ108×6mm无缝钢管。

（4）钢管连接及孔口保护。为防止注浆孔壁坍塌和浆液上串流失，地表注浆孔口采用Φ120×6mm单层钢套管护壁，为保护孔口并起导向作用，套管延伸时采用壁厚为Φ120×7.5mm的钢管箍连接。

（5）钻孔及注浆顺序。钻孔及注浆均为从北京方向到广州方向，孔内自下而上分层压注。

（6）注浆材料。根据探测分析结论，对大的岩溶空洞灌注细石混凝土，小的岩溶空洞灌注水泥砂浆，岩溶裂隙灌注水泥浆。细石混凝土和水泥砂浆均添加膨胀剂，以增加水泥的和易性和填充的密实性，水泥浆的水灰比为1：0.8～1：1.5。

（7）注浆前使用注浆泵压清水进行压水试验，然后冲洗岩石裂隙中的泥沙及充填物。压水时间应根据空洞大小来确定，一般情况下压水的时间为10～20分钟，空洞越大，压水时间可缩短，复注前一般压水时间为20～30分钟。根据压水试验资料测得的最大压力时的泵流量和注浆段高度计算单位钻孔吸水量，据此确定浆液的初始浓度、各段的注浆压力资料等可作为鉴定注浆效果的依据之一。

（8）注浆压力应控制在0.3 MPa（初压）～0.5MPa（终压）。

（9）注浆结束标准。一般情况下，每次注浆时应控制好注浆流量和注浆压力，做到压力由小到大，流量由大到小，当实际注浆压力达到设计终压时，待其稳定20～30分钟即可结束注浆；当遇到大裂隙，应调整浆液浓度，经过调整浆液浓度仍为达不到终压标准，但又接近设计时的注浆量时应暂停注浆，等养护1昼夜后再重新注浆。

4.2 地表陷坑及河道加固支撑处理

根据陷穴出现的不同情况，实施不同的方法，以维持地表的生态环境。陷穴底部有基岩出露，采用浆砌片石或块石填平坑底出露的石笋后用钢筋混凝土盖板封闭，并铺设一层土工布，然后回填土石和0.5m厚粘土，其上植草；一般陷穴地段先铺设土工布然后再后回填土。

已出现的8个陷坑均位于连溪河及隧道中心线两侧附近，对隧道危害极大，需采用注浆回填，可结合钻孔注浆处理。施工顺序为先灌注细石混凝土充填底部岩溶通道，再回填浆砌片石，钢筋混凝土座板封闭后，铺设一层土工布，表层回填1-1.5m粘土，回填的粘土面标高应高出地面0.4m左右。

沿河道两侧建设1m*0.65m钢筋混凝土注浆封闭层及加固原钢筋混凝土河道。地表陷坑处理共8处。见图3所示。

5 处理成效

按此方法对南岭隧道进行陷坑及河道回填加固处理后，成效显著，2、3、4、7号陷坑得到了明显的控制，其它陷坑发展也得到了一定的控制，发展变化速度明显降低。该处的生态环境尤其是水土保持得到了明显的提升，隧道渗漏水量也明显减少。基床得以稳定，轨枕空吊消除，翻浆冒泥不再出现，线路平顺度明显提升。

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：82-85.

作者简介：曾锟（1984-），男，陕西汉中人，本科，讲师，研究方向：铁路选线、铁路线路病害分析与整治、工务管理等领域。