某鐵路隧道溶洞處理技術(shù)

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　　0引言

　　某隧道為云南省某新建單線鐵路隧道，全長8435m，設(shè)計行車速度為120km/h。該隧道位于云貴高原邊緣與橫斷山脈交接的大理、麗江地區(qū)，地勢東高西低，北高南低，山脈和水系多呈南北向展布。屬溶蝕、剝蝕構(gòu)造中山、低中山地貌。沿線各時代地層分布較為齊全，沉積類型繁多，其間巖漿活動劇烈，巖漿巖規(guī)模巨大。沉積巖、早期火成巖因受高溫高壓動力變質(zhì)作用普遍有不同程度的變質(zhì)。測區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷裂、褶皺發(fā)育，致使巖體節(jié)理發(fā)育、破碎。主要不良工程地質(zhì)有富水?dāng)鄬悠扑閹?、錯落體、危巖落石、泥石流、巖溶、巖堆。水文地質(zhì)條件復(fù)雜，地表水、地下水發(fā)育不均，部分地下水、地表水對混凝土具侵蝕性。

　　1、溶洞的概況

　　該隧道出口段施工至某里程時，掌子面圍巖為Ⅲ級，巖性為灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，厚層狀，巖層層理清晰，巖體完整。上半斷面發(fā)育有一個溶洞，洞內(nèi)充填塊石、碎石夾黏土隨爆破開挖自溶洞洞口涌出，涌出量于80m3，洞徑約3.5米，塊石直徑為0.2～1.2m，最大塊經(jīng)3m，含泥量約占90%；有少量的渾濁的巖溶水沿洞壁流出。經(jīng)在掌子面布設(shè)3個水平探孔探明，前方溶洞無水，充填物主要為塊石、碎石及黏土等，判斷為充填型溶洞。

　　2、隧道溶洞處理方案

　　2.1處理方案選擇原則

　　2.1.1安全性。確保施工安全與運營安全，圍巖累計變形量不大于10cm，襯砌完工后隧道不滲不漏。

　　2.1.2可操作性強。要充分考慮現(xiàn)場機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。

　　2.1.3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時或?qū)崟r效果差時，能較好地轉(zhuǎn)換為替代方案。

　　2.1.4具有可連續(xù)性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進行施工工藝、工序的轉(zhuǎn)換。

　　2.1.5經(jīng)濟性強。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。

　　2.2處理施工方案首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，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，進入隧道正常開挖、支護工序，并對隧道基底進行注漿加固處理，增強隧底承載力；溶洞段通過后，進行拱部坍腔回填處理。

　　處理順序為：封閉掌子面→施作套拱→施作超前大管棚→挖除坍塌體→洞身開挖、支護→邊墻及基底加固處理→坍塌溶腔回填處理。

　　3、溶洞處理關(guān)鍵施工技術(shù)

　　3.1噴射混凝土封閉掌子面在未探明前方地質(zhì)情況之前，為防止前方出現(xiàn)涌水突泥情況發(fā)生，首先保留并加固坍塌體，依靠坍塌體的支撐掌子面，防止塌方進一步擴大，立即對掌子面進行封閉處理。采用噴射C20鋼纖維混凝土封閉坍塌體表面，厚度為20cm，掌子面前方自溶腔內(nèi)涌出塊石、碎石夾黏土等充填物穩(wěn)定掌子面作用，坍體暫不挖除。

　　3.2施作套拱和超前大管棚為保證施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支護并注漿加固溶洞填充物，從而形成復(fù)合穩(wěn)定的固結(jié)體，使周圍地層的力學(xué)性質(zhì)得到改變，穩(wěn)定性能加強；管棚尾端設(shè)鋼格柵混凝土套拱，前端打入穩(wěn)定巖層，形成有效的“棚護”作用。

　　首先在DK79+185位置施作導(dǎo)向墻。導(dǎo)向墻長1.5m，厚80cm，采用兩榀格柵鋼架定位，并起到增強剛度的作用。在鋼格柵加上焊接37根1.5m長φ127的無縫鋼管作為導(dǎo)向管，間距及外插角同大管棚，完成后澆注C25模筑混凝土。大管棚共37根，每根長20m，外插角為5°，大管棚環(huán)向間距為0.3m，注漿材料采用1：1的水泥漿，注漿壓力為0.8～1.0Mpa。

　　管棚鋼管采用φ108無縫鋼管，節(jié)長3m和6m兩種，第一根鋼管加工呈錐形，采用絲扣連接（絲扣長15cm，必須使用標(biāo)準(zhǔn)地質(zhì)絲扣）。同一橫斷面內(nèi)接頭數(shù)量不超過50%，相鄰鋼管的接頭相錯量不小于1m，機械頂進。鋼管前部四周鉆注漿孔，孔徑15mm，孔間距15～20cm，呈梅花型布置，鋼管尾部留1.5m的止?jié){段不鉆孔。

　　3.3洞身開挖及支護注漿完成后洞身采用微臺階法開挖，臺階長3～5m，開挖后立即施做初期支護結(jié)構(gòu)，并采用噴射混凝土立即封閉掌子面。

　　初期支護采用加強支護參數(shù)。參數(shù)如下：全環(huán)設(shè)I20工字鋼加強支護，鋼架間距@＝0.6m，拱墻增設(shè)φ42小導(dǎo)管注漿加固溶洞充填物，每根長l＝4m，間距為1m（縱向）×0.8m（環(huán)向），C25早強噴射混凝土厚度為25cm，φ8鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格20×20cm。

　　溶洞處理段圍巖大部分為溶洞充填物，采用人工配合挖掘機開挖；對于石質(zhì)圍巖部分則采用松動爆破開挖，以盡量減小對溶洞充填物的擾動，避免引發(fā)二次坍塌。

　　3.4邊墻及基底加固處理對隧道頂部進行注漿預(yù)加固處理僅保證隧道拱部開挖安全，邊墻及基底圍巖力學(xué)性能得不到改善，并且曾受到過擾動，極有可能會發(fā)生坍塌事故；另外，即使開挖安全通過溶洞段，也會因溶洞段與溶洞前后隧底巖性不同，使后期隧道襯砌結(jié)構(gòu)沉降不均，從而造成襯砌嚴(yán)重開裂，甚至影響行車安全。因此，必須對邊墻及基底進行加固處理。

　　3.4.1邊墻采用φ42超前小導(dǎo)管注漿加固溶洞充填物。小導(dǎo)管每根長L＝4.5m，間距@＝0.4m（環(huán)向）×2.4m（縱向），外插角α＝25°，漿液采用1：1水泥單漿液，采用劈裂注漿方式，注漿壓力為2MPa。

　　3.4.2基底采用φ75鋼管樁對隧底圍巖注漿加固，加固范圍為仰拱開挖輪廓線以下5m。鋼管樁間距為1.0m，梅花形布置。鋼管樁采用φ75mm、δ=6mm的無縫鋼管加工制作，每根長L=5.5m，尾端50cm伸入仰拱支護結(jié)構(gòu)內(nèi)，同時為增強結(jié)構(gòu)的縱向剛度，鋼管樁尾端之間采用I16工字鋼連接，以增強整體受力性能。漿液采用1：1水泥單漿液，亦采用劈裂注漿方式，注漿壓力2.0MPa。

　　3.5拱部坍塌溶腔回填處理為確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全，保證運營安全，需對拱部坍塌的溶腔進行回填處理。在綜合考慮周邊環(huán)境及溶洞狀態(tài)，并結(jié)合隧道結(jié)構(gòu)特點，采用C15泵送混凝土回填。為減小流塑態(tài)的泵送混凝土對支護結(jié)構(gòu)的沖擊力和側(cè)壓力，回填應(yīng)對稱、分次、分層施工完成，隧道支護結(jié)構(gòu)兩側(cè)混凝土面每次施工高差不得超過0.5m，層厚不大于30cm，每次泵送混凝土厚度不得超過2m，且方量不超過50m3。

　　3.6監(jiān)控量測在洞身開挖施工過程中，每5m設(shè)一組監(jiān)測點，主要監(jiān)測項目為拱頂下沉和周邊收斂，密切監(jiān)視每一工況下隧道支護結(jié)構(gòu)的變形情況并及時反饋，指導(dǎo)下一步施工。

　　4、結(jié)束語

　　通過以上處理措施的實施，安全通過了此處溶洞，經(jīng)長時間不間斷量測表明，該段圍巖變形已穩(wěn)定，支護結(jié)構(gòu)表面無明顯滲漏水現(xiàn)象。盡管安全通過了此處溶洞，并且此次處理方案也直接為后面的幾處溶洞的處理提供了借鑒經(jīng)驗，但是在今后的巖溶隧道施工中，必須加強地質(zhì)超前預(yù)探、預(yù)報工作，對隧道前方巖溶進行準(zhǔn)確預(yù)測，并提前做好穿越巖溶溶洞的應(yīng)急預(yù)案，防止突泥和突水的發(fā)生。需要引起廣大業(yè)內(nèi)人員注意的是，溶洞處理一般只注重結(jié)構(gòu)的環(huán)向剛度的加強，較為忽視結(jié)構(gòu)的縱向剛度的加強，這樣會因溶洞前后側(cè)結(jié)構(gòu)基底剛度差異而導(dǎo)致后期運營時襯砌病害的產(chǎn)生。