【摘 要】上院隧道施工中存在溶洞大厅，岩溶极其发育，为半充填黏土，在重力作用下，易沿坡面塌落。隧底为黄黏土充填，采用钢管桩与高压旋喷桩加强，在其上设置混凝土筏板，在初期支护两侧采用重力式混凝土挡土墙。
【关键词】隧道 溶洞 钢管桩 高压旋喷桩 重力式混凝土挡土墙
一、工程概况
新建铁路长沙至昆明客运专线玉屏至昆明段上院隧道位于贵州省清镇东～平坝南区间，双线隧道，线间距5m，隧道起讫里程为DK760+125～DK761+040，全长915m，最大埋深130m。
二、地质情况
不良地质：该隧道主要不良地质为岩溶。
隧道位于云贵高原溶蚀构造丘陵区，隧道覆盖层主要为第四系溶洞充填物（Q4ca），第四系全新统坡残积层（Q4dl+el），第四系全新统坡洪积层（Q4dl+pl），下伏基岩为三叠系中统垄头组（T2l）灰岩。隧道进口侧岩层产状为N72oE/13oN，隧道出口侧岩层产状为N20oE/16oN，节理裂隙发育，半充填黏土，岩石被切割成0.5～2.0m3的岩块，在重力作用下，易沿坡面塌落。隧道穿越地区地表水较发育，主要以非季节性水流为主；地下水主要是第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水。
三、溶洞情况描述
掌子面开挖里程至D1K760+965时，揭示围岩岩性为灰色、灰白色薄～中厚层状灰岩，局部溶蚀破碎严重，拱顶线路右侧沿竖向裂隙发育一充填型溶洞，局部充填物已滑塌，充填物为软塑状黏土，溶洞宽约2～3m，纵向长约6～8m，向上发育高度不详，向下台阶方向发育，有裂隙水侵出。
掌子面开挖至里程D1K760+935时，上台阶底部揭示横向约3m的溶洞口，经开挖后进一步发现掌子面后有一溶蚀大厅，根据现场踏勘并初步推测，大厅横向约30～40m，沿隧道纵向长度约20～30m，溶洞大厅在掌子面方向高度约3m，在右侧拱腰位置溶洞发育高度约30m，溶洞发育形态极不规则，大厅内存在积水。
掌子面开挖里程至D1K760+901时，揭示围岩岩性为灰白色薄～中厚层状灰岩，局部溶蚀破碎严重，拱顶右侧揭示一溶洞大厅，大厅宽约25～30m，纵向长约45m，隧顶向上发育约5m，隧底向下发育约8m。
D1K760+900～D1K760+935段施工中揭示一溶洞，在D1K760+935左边墙上台阶底部揭示横向约3m长的溶洞口，经开挖进一步揭示有一岩溶大厅，根据测量溶洞从D1K760+900斜向左中线大里程方向发育，横向宽约80m，沿隧道纵向长度约为35m，空溶洞，溶洞下部（隧道拱腰以下）为充填溶洞。D1K760+941～D1K760+954段中线与右中线内沿线路发育一溶槽，宽约1～3m，深约25m，全充填为软塑状黏土。D1K760+955～D1K760+965段隧底人工回填的碎石土。D1K760+860～D1K760+904段左侧边墙揭示一半充填溶洞，溶洞宽约10m，高约10m，溶洞下部充填软塑状淤泥质黏土，充填物最深达隧底下约40m。
D1K760+900～D1K760+935段施工中揭示一溶洞，在D1K760+935左边墙上台阶底部揭示横向约3m长的溶洞口，经挖机开挖进一步揭示有一岩溶大厅，根据测量溶洞从D1K760+900斜向左中线大里程方向发育，横向宽约80m，沿隧道纵向长度约为35m，溶洞大厅高度约3～18m，向溶洞底板充填软塑状黏土，淤泥质含量大，黏土充填厚度10～30m，即溶洞上部（隧道拱腰以上）为空溶洞，溶洞下部（隧道拱腰以下）为充填溶洞。D1K760+941～D1K760+954段中线与右中线内沿线路发育一溶槽，宽约1～3m，深约25m，全充填为软塑状黏土。D1K760+955～D1K760+965段隧底人工回填的碎石土。D1K760+860～D1K760+904段左侧边墙揭示一半充填溶洞，溶洞宽约10m，高约10m，溶洞下部充填软塑状淤泥质黏土，充填物最深达隧底下约40m。
四、溶洞大厅处理措施
超前支护：采用壁厚3.5mmφ42钢管进行超前小导管支护，长4m，环向间距40cm，每环50根，每2.4m一环。
开挖方法：采用台阶法开挖，必须严格控制开挖，每次开挖距离不能大于1m。
支护方式：采用I20b型钢钢架加强支护，钢架间距0.6m/榀，各台阶拱脚均必须设置纵向槽钢并设置锁脚锚管。
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。对落石起到缓冲作用。
D1K760+874～+935段边墙外溶腔于边墙外溶洞范围设置C20砼护墙防护，护墙厚度不小于2m，外墙坡率为1：0.2。
D1K760+864～D1K760+888段24m隧底溶洞范围内设置2.5m厚C35钢筋混凝土筏板，筏板下及D1K760+860～D1K760+864段采用φ76钢管桩加固，桩纵横向间距0.8m，交错布置；D1K760+888～D1K760+940段隧底溶洞采用φ60cm旋喷桩进行加固处理，旋喷桩纵横间距1.0*1.0m，交错布置。
D1K760+941～D1K760+954段隧底狭长溶槽采用1m厚C35钢筋砼盖板进行跨越，盖板四周搭接于完整基岩宽度不小于1m。
D1K760+955～D1K760+960段隧底人工回填碎石土予以清除，并采用C20砼回填密实。
五、施工工艺
1、高压旋喷桩
（1）施工准备：
用挖掘机平整场地， 测量技术员用全站仪恢复隧道中线桩，按照间距1m×1m梅花形布置，定出桩位，布置水准点，控制标高。在开挖线外，黏土充填段混凝土挡墙下同时施工高压旋喷桩， 桩间距1.5米，以保证重力式挡土墙不发生沉降及位移。桩位放设，由技术员指导作业人员根据隧道中线放出每根高压旋喷桩的具体位置，并用直径Ф8钢筋棒打入地面一下20cm后拔出成孔，再用白石灰把孔洞灌注至地面平作为桩位标记。计算出每桩钻进深度，对施工人员进行技术交底，包括桩位、钻进深度、施工顺序和施工注意事项等。同时，施工段的四周人工开挖50*50的排水沟，并设集水坑，做好临时排水设施。要提前对地质钻机钻、单管喷浆台车检修，使其正常运转，开挖集浆坑，放入集浆桶（1.5m3），数量等情况，等桩机就位后，开始按配合比制浆。
（2） 桩基就位
钻机设置在设计的孔位上并应保持垂直，施工时旋喷管的允许倾斜度不得大于0.5%。机械就位应平稳，立轴、转盘与孔位对正，高压设备与管路系统应符合设计及安全要求，防止管路堵塞，密封良好。
（3）钻孔
采用地质钻机钻注浆孔，钻孔孔径为97mm。钻孔时钻机要平衡，开孔孔位要准确，钻孔垂直度偏差≤0.5%，确保旋喷管能顺利导入孔底。根据钻孔桩施工的地层情况，在砂层等不利地层处钻孔时，采用泥浆护壁，泥浆的主要性能指针控制为：比重1.2～1.3，粘度25～30S，含砂量<5%。
（4）插管
当钻孔完成后即将旋喷管插至孔底。在插管过程中，为防止泥砂堵塞喷嘴，可边射水、边插管，水压力不超过1Mpa。
（5）浆液配置与喷射作业
浆液用P.S42.5矿渣硅酸盐水泥和自来水配制，水灰比为1左右，采用立式搅拌罐搅拌。高压喷射注浆，注浆管应在前锋水泥浆流出喷头后，方可开始提升注浆管，自下而上喷射注浆。
（6）冲洗
喷射施工完毕后，应把注浆管等机具设备冲洗干净，管内机内不得残存水泥浆，通常将浆液换成水，在地面上喷射，以便把泥浆泵、注浆管以及软管内的浆液全部排除。
（7） 移机
当钻杆提出地面，确认成桩符合设计要求后，移机继续下一根桩施工。桩长允许偏差不大于5cm，桩径允许偏差不大于2cm。横向、纵向移机操作：把钻杆落位放好，机塔和底盘加固稳定，通过自身的调节底座和轨道，向前后左右伸缩，均能移动。
（8）褥垫层施工
根据设计标高，凿除桩头进行褥垫层施工。褥垫层施工完毕后，进行复合地基承载力检测，合格后方可进行下一道工序施工。
2、钢管桩
钢管桩施工工艺流程图
（1）钢管桩沉桩施工
a搬运和存放
搬运钢桩时严禁桩体撞击，吊桩点要布置合理。 存储钢桩的地方应平整、坚实、排水通畅。
b沉桩施工前的准备
在钢管桩沉桩施工前要平整和清理场地；测量定位放线；标出桩心位置并用石灰撒圈标出桩径大小和位置；检查桩端部的浮锈、油污等赃物必须清除，保持干燥；检查钢管桩桩身有无裂纹或损伤，若有损伤在进行合理的处理前不得进行沉桩施工。
c垂直度控制
为保证垂直度，首先要确保场地密实、平整，打桩架也应有精确、灵便的垂直度控制系统。施工时，先用两台经纬仪，架设在桩架的正面及侧面，校正桩架导向杆及桩的垂直度，然后空打1～2m，再次校正垂直度后正式打桩。允许倾斜度按桩长的1/100来控制。若开始阶段发现桩位不正或者倾斜，应调正后将钢管桩拔出重新插打。
d钢管桩的焊接
第一节桩沉至桩顶高出地面60～80mm时，停止捶击，进行接桩。
钢管桩焊接采用坡口焊，焊接前，坡口内的水、油、锈其它污物必须清除干净。将内衬箍放置在下节桩内侧的挡块上，紧贴管桩内壁分段点焊，然后吊上节桩，其坡口搁置在焊道上，使上下节桩的对口间隙为2～4mm，再用经纬仪校好垂直度，再行点焊。焊接应对称进行，应用多层焊，钢管桩各层焊缝接头应错开，焊渣应每层清除。施工时，应选择素质良好、技术熟练、经验丰富的焊工，严格按焊接规范进行施工。焊接设备必须性能良好。焊接施工时，要加强质量监理。
在钢管桩对接接头处要增加加劲板，加劲板宽度为300mm，厚14mm。加劲板在与上下节桩要焊接牢固。待加劲板焊接完毕之后，应冷却5分钟后方可锤击。
e沉桩顺序
本工程中钢管桩沉桩顺序为自大里程向小里程、先左侧后右侧逐根进行。
（2）注意事项
桩在沉入过程中，如果桩身突然倾斜错位，贯入度突然增大，同时当桩锤跳起后，桩身随之出现回弹现象要暂停沉桩 ，待分析原因，问题解决之后再进行沉桩施工。（可能的原因：桩身断裂；遇较硬土层；与大块坚硬障碍物，把桩尖挤向一侧；两节桩的连接处产生弯曲）
（3）沉桩施工安全措施
a打桩机底盘、筒体，不论在安装和打桩作业时，都应安放在平坦坚实的地面上，不得倾斜。
b作业区设明显标志和围栏，严禁闲人进入，作业时，操作人员在距桩锤中心5米以外监视。
c用桩机吊桩时，必须在桩上拴好围绳。严禁吊桩、吊锤、回转或行走同时进行，桩机在吊有桩和锤的情况下，操作人员不得离开。
d卷扬钢丝绳应经常处于油膜状态，防止硬性摩擦。钢丝绳的使用及报废应按有关规定执行。吊锤、吊桩可使用插接的钢丝绳，但不得使用不合格的起重卡、索具。
六、施工效果
依据溶洞处理方案施工完成后，已经顺利通过溶洞段，支护表面无明显渗漏水现象，基础牢固我开裂、下沉现象，无质量问题。根据沉降观测结果显示，隧道收敛趋于稳定，在规范允许范围内，无安全隐患。
七、结束语
在溶洞处理的过程中，应视其具体情况，采用相应的处理措施；最重要的是要保证施工和运营的安全施工工序要尽可能的简单的前提下，简单、有效的应对。上院隧道岩溶情况复杂，施工技术难度大，通过综合比选，采取了行之有效的措施，收到了很好的效果。对规模大、充填物难于处理的岩溶采用高压旋喷桩、钢管桩加固的办法，使施工进度加快了很多，缩短了工期，降低了工程成本。 对上院隧道溶洞处理的实践，证明了我们采用的施工技术和施工方法是完全正确的、可行的。
参考文献
[ 1 ] TB10202-2002， 铁路隧道施工规范
[ 2 ] TB10121—2007，铁路隧道监控量测技术规程[S].
[ 3 ] 徐干成， 白洪才， 郑颖人. 地下工程支护结构. 北京： 中国水利水电出版社， 2002.
[ 4 ] 周刘刚，王海洋.浅埋暗挖地铁车站管棚与交叉小导管超前注浆预加固施工技术.铁道标准设计，2007（11）