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岩溶发育区隧道工程溶洞处理施工技术

所属栏目:交通运输论文 发布日期:2021-10-08 09:59 热度:

   岩溶是自然界天然发育形成的特殊地质,其发育和分布具有很强的区域性、不规则性,而在岩溶区域施工隧道工程,具有较高的风险,若不妥善处理将引发严重的工程事故及地质灾害。本文将以鹿公山隧道工程作为实例,分析工程遇到的岩溶问题,探讨岩溶治理的技术措施,为后续岩溶区域施工人员提供借鉴和参考。

岩溶发育区隧道工程溶洞处理施工技术

  1岩溶发育的特点及危害

  岩溶是自然界天然发育形成的特殊地质,其发育和分布具有很强的区域性、不规则性,而在岩溶区域施工隧道工程,具有较高的风险,若不妥善处理岩溶溶洞和地下水的影响作用,将引发严重的工程事故及地质灾害。环绕型岩溶情况下的隧道施工影响主要取决于溶腔与隧道的距离,当隧道距离较近时,其影响逐渐加大。而当溶腔与隧道的间距极小并且相交时,其隧道施工过程中应小心其岩溶填充物坍塌和地下水影响。溶腔发育较小且位于隧道开挖范围内时候,对隧道的施工影响较小,施工时应加强开挖面稳定措施。岩溶区域隧道建设将极大地考验隧道施工技术和设计处理.本文以鹿公山隧道工程作为实例,分析工程遇到的岩溶问题,探讨岩溶治理的技术措施,为后续岩溶区域施工人员提供借鉴和参考。

  2隧道工程概况

  鹿公山隧道全长1048m,为单线隧道,电力牵引,设计行车速度120km/h,有砟轨道。隧道进、出口里程分别为DK133+978、DK135+026,隧线分界里程分别为DK133+968、DK135+036,明暗分界里程为DK133+984。DK133+978~DK133+984段设计为明洞,长6m。全隧位于直线段上,全隧均位于坡度为8.1‰的上坡上,单车道断面,采用无轨运输。鹿公山隧道的Ⅳ、Ⅴ级围岩占比约为60.1%,洞内道床采用一级碎石道砟,铺设Ⅲ型轨枕及60kg/m钢轨,轨道结构高度766mm。隧道的剖面图如图1所示。

  3岩溶隧道施工典型灾害及治理方案

  3.1DK134+392~410段岩溶灾害及治理方案

  鹿公山隧道掌子面DK134+395爆破开挖,出渣完成后发现在掌子面右侧及拱顶左侧各有大小不明两溶洞、中间夹着未掉落大孤石,其中右侧溶腔填充物持续缓慢溜塌,右侧轮廓线外溶洞大小约为10m(纵)×3m(宽)×5m(高),拱顶孤石侵于开挖轮廓线内,暂未掉落。现场支护至DK134+400.5时,掌子面拱顶孤石左侧垮塌。掌子面中间大孤石全部垮塌,垮塌结束,砸中两榀拱架至变形。此次垮塌后暴露开挖轮廓线外溶洞大小约为10m(纵)×3.5m(宽)×5m(高),整个上台阶掌子面均揭示为溶洞。揭露溶洞主要分布在隧道正面及隧道两侧,与隧道的关系主要为相交型和嵌套型。溶洞尺寸较大,且隧道纵向深度较深,有较大的水平跨度,后期爆破震动及施工开挖易引起溶洞顶板塌落,威胁施工安全,为隧道施工的顺利进行,需要对揭露溶洞进行治理。根据以上岩溶灾害情况,制定主要的岩溶治理措施方案有以下几种:(1)揭露溶洞后临时措施。揭露岩溶后,应立即对岩溶灾害进行临时治理,防止隧道进一步坍塌,危害施工安全及影响项目进度。主要的措施有:①对揭露溶洞表面采用C20混凝土进行喷混凝土处理,防止洞壁岩体掉块,增强溶腔体的稳定性;②在处理溶腔表面预埋准50注浆孔,间距1.5m×1.5m,梅花型布置,为后期二衬施工前注浆提供通道;③对于不稳定的溶洞采用喷射混凝土回填密实,防止溶洞进一步坍塌。(2)初支变更处理措施。原设计该段定位为Ⅲ级围岩等级,采用系统喷锚对隧道进行初支,顶部采用2m长的准25中空注浆锚杆,按1.5m(纵)×1.2m(环)梅花型布置。揭露溶洞后,对地质情况进行及时修正,定义为Ⅴ级围岩,采用系统喷锚对隧道进行初支,拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆,按1.5m(纵)×1.2m(环)梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆,按1.0m(纵)×1.0m(环)梅花型布置。并在开挖后架设钢架,增加围岩稳定性,如图2所示。(3)二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题,加强二衬结构的围岩稳定性,在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔,间距1.5m×1.5m,梅花型布置;并且在二衬支模施工后,注1:1水泥浆液填充密实,加强衬砌的围岩稳定。

  3.2DK134+566段岩溶灾害及治理方案

  鹿公山隧道掌子面开挖至DK134+566完成开挖支护后开始塌方,塌方结束时掌子面拱顶有大小约为5.0m(环向)×4.0m(高)纵向约20m的空洞,塌落体均为角砾土,掌子面揭示其余未塌部分为坚硬岩石,围岩完整。洞顶以上为坡残积成松散~稍密状角砾土,溶洞在第一次坍塌后经注浆处理及管棚作业后发生连续坍塌,第三次坍塌后,时拱顶空洞大小约为5.0m(环向)×8.0m(高),纵向长度不详。揭露溶洞主要分布位于隧道顶部,与隧道的关系主要为相交型,溶洞尺寸较大且高,且隧道纵向深度难以明确探查,存在较大的水平跨度,溶洞顶板的稳定性较差,多次注浆后仍存在塌落现象。根据以上岩溶灾害情况,制定主要的岩溶治理措施方案有:(1)揭露溶洞后临时措施。①采用反压回填土石将掌子面塌方段进行封闭,为顶部溶洞填充提供平台并且充当底膜作用。回填高度高出开挖线外50cm,回填至开挖面前2m;②拱顶预埋准110灌浆管,管口伸入塌腔深度2.5m,然后直接向塌腔内泵送C30混凝土,直到将空腔回填满,防止顶部岩溶溶腔进一步坍塌,避免造成大范围的施工事故和地质灾害。(2)初支变更处理措施。该段原设计定位为Ⅴ级围岩等级,采用系统喷锚对隧道进行初支,拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆,按1.5m(纵)×1.2m(环)梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆,按1.0m(纵)×1.0m(环)梅花型布置,并在开挖后架设I16工字钢钢架。①岩溶塌腔内泵送混凝土回填完成后,在回填面上增加施工超前准108长管棚,长12m,保证下一步洞体开挖稳定;②该段顶部溶腔注浆完成后仍存在较大的开挖风险,为了保证岩溶段开挖的稳定性,在DK134+566~+575段增设准50超前小导管。(3)二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题,加强二衬结构的围岩稳定性,在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔,间距1.5m×1.5m,梅花型布置;并且在二衬支模施工后,注1:1水泥浆液填充密实,加强衬砌的围岩稳定。

  4结论

  岩溶的分布具有不规律性及复杂性,勘察的密度较小,导致隧道沿线众多溶洞难以探测清楚,因此岩溶区域隧道的施工经常遇到溶洞问题,需要对岩溶问题谨慎处理,降低隧道建设风险。本文通过对鹿公山岩溶地区隧道施工岩溶灾害治理的经验总结,得出以下主要的结论:(1)隧道施工揭露的溶洞应在待溶洞坍塌稳定后及时处理,并且应加强监测,岩溶灾害的治理h应优先考虑施工安全,保证安全的前提下再考虑施工进度和成本等因素。(2)超前注浆处理是治理岩溶灾害的主要手段,应根据岩溶灾害类型,结合管棚和超前小导管等其他措施综合治理岩溶问题。(3)根据岩溶的揭露位置应采取不一样的处理措施,隧道顶部溶洞坍塌后,越加接近覆土层,其顶板稳定性更差,具有较大的风险系数,对后期隧道开挖带来较大的安全隐患,应重点并且谨慎处理,当多次处理仍存在坍塌趋势时,应马上回填并且向顶部溶腔灌注混凝土。(4)岩溶发育区域隧道揭露溶洞具有不确定性及较高难度的预见性,在岩溶发育段,应优先对施工段前地质情况进行摸查,可通过超前钻获知隧道前方的地质情况;当隧道埋深较深时,可在掌子面超前钻探采孔取样分析。若发现前方围岩存在岩溶地质灾害时,应制定相应的岩溶灾害预治理措施。

  参考文献

  [1]杨昌宇.岩溶地区隧道设计的几点思考及建议[J].现代隧道技术,2011,48(1):90-93,116.

  [2]李治国.隧道岩溶处理技术[J].铁道标准设计,2003(增刊1):36-40.

  [3]蔡建伟,吴嘉源.软弱围岩复杂岩溶段隧道施工技术要点探析[J].四川水泥,2020(2):287.

  《岩溶发育区隧道工程溶洞处理施工技术》来源:《低碳世界》,作者:祝新建

文章标题:岩溶发育区隧道工程溶洞处理施工技术

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