淺談隧道施工溶洞及塌方處理

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一、工程簡介

　　廈蓉高速公路榕江格龍至都勻段上寨隧道全長2727m,隧道設(shè)計(jì)為雙洞四車道,單洞凈寬11.25m,凈高7.1m。右洞起訖樁號YK170+917-YK172+644;該隧道地處云貴高原東南緣,苗嶺山脈與廣西北部九萬大山的銜接地帶,總體為西高東低,地貌以低山為主,次為丘陵和中山。地貌類型為溶蝕,侵蝕地貌,屬淺、中至深切割中低山及高山區(qū)。峽谷深切,河道彎曲,山峰與河谷相對高差較大,且岸坡陡峻,溝壑縱橫。沿線地層復(fù)雜,巖性多樣。巖性主要為白云巖、漂卵石土、亞砂土、碎石土等。路線經(jīng)過區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈,褶皺和斷層發(fā)育,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,巖石較破碎。該隧道巖溶發(fā)育為厚層—塊狀石灰?guī)r、白云巖灰?guī)r區(qū),地表發(fā)育巖溶地貌,地下發(fā)育溶洞、落水洞、暗河、溶孔及溶隙。

　　二、溶洞概況

　　1.上寨隧道右線YK171+128掌子面前方圍巖溶蝕發(fā)育,發(fā)育有較大溶洞、鈣化、石鐘乳和鐘乳石,溶洞順路線前方及右下方分布,形成長條狀溶洞(由于溶洞內(nèi)地形復(fù)雜,無法探測具體溶洞長度及深度)。

　　2.上寨隧道右線YK171+341.2掌子面左上方拱頂溶洞坍塌,溶腔涌水,形成錐形空腔(弧長6m*縱長3m*高5～8m);右線YK171+341.2位置的洞頂原地表塌陷,形成(長7m*寬6m*深9m)錐型坑洞,塌陷區(qū)位于山谷沖溝,危及隧道安全。

　　3.上寨隧道右線YK171+340～YK171+348段為斷層,并伴有溶洞、孤石、崩塌體和涌水現(xiàn)象,順路線前方發(fā)育。造成YK171+341.2掌子面左上方拱頂溶洞坍塌,YK171+345掌子面正上方拱頂溶洞坍塌,洞頂原地表塌陷,雖采用強(qiáng)支護(hù)施工到目前掌子面,但因溶腔內(nèi)孤石脫落,導(dǎo)致該段拱腰至拱腳初支出現(xiàn)開裂,目前YK171+348掌子面右側(cè)拱頂和左側(cè)拱腳又出現(xiàn)溶洞(暫時(shí)無法確定溶洞大小),左側(cè)拱腳洞內(nèi)有氣流,圍巖極為破碎、松散,巖體自穩(wěn)能力差。

　　三、處理方案

　　1.處理方案選擇原則。(1)安全性。確保施工安全與運(yùn)營安全,圍巖累計(jì)變形量不大于10cm,襯砌完工后隧道不滲不漏。(2)可操作性強(qiáng)。要充分考慮現(xiàn)場機(jī)械裝備狀況和操作人員的技能水平,并盡可能降低施工難度。(3)靈活性好。根據(jù)斷面形狀和尺寸,因地制宜地選擇施工方案,而不局限于一種固定的模式,一旦一種方案不能實(shí)時(shí)或?qū)崟r(shí)效果差時(shí),能較好地轉(zhuǎn)換為替代方案。(4)具有可連續(xù)性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同,能順利地進(jìn)行施工工藝、工序的轉(zhuǎn)換。(5)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)。即在保證安全、質(zhì)量并不破壞環(huán)境的條件下的投入最節(jié)約。(6)處理施工方案科學(xué)。首先保留并加固坍塌體,防止坍方擴(kuò)大,然后施做套拱和超前大管棚,保證正洞開挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌體,進(jìn)入隧道正常開挖、支護(hù)工序,并對隧道基底進(jìn)行注漿加固處理;溶洞段通過后,進(jìn)行拱部坍腔回填處理。

　　2.考慮到隧道上方和下穿溶洞的影響,決定將YK171+128-YK171+148段的支護(hù)參數(shù)定為S-IV1(原設(shè)計(jì)支護(hù)參數(shù)為S-IV2,地質(zhì)超前預(yù)報(bào)建議支護(hù)參數(shù)為S-IV1),上寨隧道右線YK171+128溶洞處理方案:拱部以上(上導(dǎo)洞)空溶洞,采用泵送C25混凝土護(hù)拱,護(hù)拱厚度2米,以加強(qiáng)護(hù)拱,上空腔部分做排水處理(設(shè)置3根Φ100mm雙壁波紋管,波紋管長度根據(jù)現(xiàn)場溶洞位置確定)。

　　S-IV1支護(hù)的具體參數(shù)為:噴射C20混凝土(厚度24cm),Φ25中空砂漿錨桿(長度3.5m,間距1.2m×0.6m),Φ50×4超前小導(dǎo)管(長度4m,間距2.4m×0.4m,拱部140度范圍內(nèi)),Φ8鋼筋網(wǎng)(間距0.2m×0.2m),I18b工字鋼(間距0.6m,拱、墻),50cm厚二次模筑C25鋼筋混凝土襯砌,預(yù)留變形量0.12m。施工過程中應(yīng)做好綜合超前探測工作,及時(shí)了解巖溶發(fā)育程度、走向狀態(tài)、水量大小等情況等。

　　3.上寨隧道右線YK171+341.2掌子面錐形空腔處理:空腔臨空面處理采用厚10cm噴射C20混凝土封閉,腔內(nèi)采用泵送C25混凝土回填,厚度2m,環(huán)向拱腳至拱腰采用Φ50×4小導(dǎo)管(長度4.5m),1.5m×1.5m梅花形布置,并注水泥漿(水泥漿按實(shí)際施工工程量確定)進(jìn)行加固,空腔口采用I14b工字鋼縱向布置形成拱架,長度3m,間距20cm,其余采用吹沙回填密實(shí),空腔做排水處理(設(shè)置2根Φ116mm雙壁波紋管,波紋管長度根據(jù)現(xiàn)場溶洞位置確定);上寨隧道右線YK171+341.2位置的洞頂原地表塌陷,形成(長7m×寬6m×深9m)錐型坑洞,塌陷區(qū)位于山谷沖溝,危及隧道安全。經(jīng)過現(xiàn)場討論,確定塌陷區(qū)處理方案:征用塌陷區(qū)處治工程所需山地、田地;錐型坑洞先采用碎石土回填,再采用C25混凝土封閉,厚0.5m;山谷沖溝并采用(長120m×寬0.6m×高0.8m×厚30cm)M7.5漿砌片石改溝。

　　4.YK171+341.2-YK171+348段采用Φ50X4徑向小導(dǎo)管,固結(jié)圍巖(長度6m,環(huán)向1.2m,縱向0.6m),左側(cè)拱腰至拱腳范圍;YK171+340-YK171+348段采用Φ50×4鎖腳小導(dǎo)管(長度6m),左側(cè)拱腰和拱腳兩處;YK171+340-YK171+348段在原初支上每兩榀型鋼之間增加一榀進(jìn)行加固,保證圍巖穩(wěn)定性;YK171+348掌子面前方采用47根Φ89×8超前管棚支護(hù)(長度暫定9m,若有條件,可視實(shí)際情況調(diào)整其長度,環(huán)向間距30cm),并注水泥漿(水泥漿按實(shí)際施工工程量確定),縮短型鋼間距,換系統(tǒng)錨桿為小導(dǎo)管,施工中預(yù)留沉降量,加強(qiáng)二襯,及時(shí)跟進(jìn)至掌子面;YK171+348掌子面下方基礎(chǔ)的空洞先填充,后灌注混凝土,保證密實(shí)度;

　　四、結(jié)束語

　　通過以上處理措施的實(shí)施,安全通過了溶洞,經(jīng)量測表明,該段下沉、收斂情況穩(wěn)定,支護(hù)結(jié)構(gòu)表面無明顯滲漏水現(xiàn)象。運(yùn)用上述方法,對上寨隧道開挖過程中所遇到的溶洞進(jìn)行了處理,處理效果好、施工進(jìn)度快、工程成本低、安全性高。在今后的巖溶隧道施工中,應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)探、預(yù)報(bào)工作,對隧道前方巖溶進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測,并提前做好穿越巖溶溶洞的應(yīng)急預(yù)案,防止大面積塌方和涌水的發(fā)生。