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徐家巷隧道岩溶段防护及处理技术研究

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：黄小平

[导读] 摘要：徐家巷隧道全长460米，最大埋深约127m，处于不良地质岩溶段。

        中铁十七局集团第二工程有限公司西安 710043
        摘要：徐家巷隧道全长460米，最大埋深约127m，处于不良地质岩溶段。在施工过程中，采用综合超前地质预报对岩溶进行探查，揭示岩溶所处的位置及结构形态，提出不同形态及所处位置下岩溶防护与处理的技术措施，供类似工程参考借鉴。
        关键词：隧道；综合超前地质预报；岩溶防护；结构形态；处理技术
        1 工程概况
        黔张常铁路徐家巷隧道位于恩施州咸丰县，属低中山区，里程DK42+897~DK43+357，全长460m，为双线隧道，洞身纵坡为11%/403，4.647%/57的单面上坡。进口高程798m，出口高程803m，最大埋深约127m，进口单口施工。
        2 综合超前地质预报
        岩溶的有效探测是保证隧道优质、高效、安全施工的基础，徐家巷隧道采用洞内地质编录+TSP+超前水平钻探+红外探水+地质雷达方式进行综合超前地质预报，主要查明地质界线、地层岩性、断层构造等在隧道洞身的实际位置，确定断层（包括影响带）的产状、物质成分、宽度、富水程度、工程性质；结合地质分析确定岩溶溶腔位置、范围、形态、充填物特征、含水量及水压力大小等。
        隧道掌子面前方岩溶有无突涌水主要采用超前水平钻探[1]与红外相结合，通过钻探速度、钻水颜色判断岩溶的性质；同时采用地质雷达方式对岩溶段隧底及周边进行岩溶探查，确定隐伏岩溶的位置、大小、顶底板厚度。
        3 岩溶防护措施
        根据地勘报告，DK43+000~DK43+060段为Ⅲ级围岩，设计采用支护类型Ⅲy-1：拱墙设置初期支护结构，喷C25混凝土厚12cm，拱部设置Φ6.5钢筋网，网格间距25x25cm；拱部设置组合中空错杆，锚杆长3m，间距1.2x1.5m（环向x纵向）；二次衬砌采用C30混凝土，拱墙、仰拱厚均为40cm；采用台阶法施工。
        DK43+060~DK43+085段为IV级围岩，设计采用支护类型Ⅳy-2：拱墙及仰拱设置初期支护结构，拱墙喷C25混凝土厚23cm，仰拱喷C25混凝土厚15cm，拱墙设置Φ6.5钢筋网，网格间距20x20cm；拱墙设I16型钢钢架，间距1m；拱部设置组合中空锚杆，锚杆长3.5m间距1.5x1.5m（环向x纵向），边墙设置普通砂浆锚杆，锚杆长3.5m间距1.5x1.2m（环向x纵向），二次衬砌采用C35钢筋混凝土拱墙厚均为40cm仰拱厚为45cm，采用台阶法施工。
        DK43+085~DK43+125段为Ⅲ级围岩，设计采用支护类型Ⅲy-1.
        4 岩溶处理技术
        2015年11月18日超前水平钻孔加深炮孔揭示DK43+020前方及右侧有无填充溶洞，无突水突泥风险。11月21日，溶洞揭开后进行溶洞勘察，初步查明溶洞长约115米，溶洞形态复杂，呈狭窄的溶蚀通道与溶蚀大厅相间，大厅呈多层状发育，溶腔最大高度40米，最大宽度30米，且无充填，底部多发育有消水洞，均未见有积水。推测DK43+060为溶洞最低排泄点。溶洞以近水平呈10°角向线路方向延伸，在DK43+000～DK43+025段位于隧道右下侧，起拱线2米范围内进入溶腔。在DK43+025～DK43+070段在隧底下方通过，溶腔最大高度40米位于DK43+050处，最大宽度30米位于DK43+050～DK43+065。在DK43+075～DK43+115段溶腔位于隧道左下侧；DK43+115往大里程方向溶洞变窄。
        结合溶洞发育情况，保证溶洞处理措施的合理性和可靠性，对溶洞分三阶段进行处理，第一阶段DK43+000～DK43+040，第二阶段DK43+040～DK43+065，第三阶段DK43+065-DK43+125，岩溶形态平面图见图1，根据每个阶段的情况，对不同的溶洞形态采取不同的处理方法。

                     图1 岩溶形态平面图

          4.1 第一阶DK43+000～DK43+040段无填充溶洞处理措施
        （1）DK43+000～DK43+040段衬砌支护类型由原设计Ⅲy-1变更Ⅳy-2，拱部Φ42超前小导管注浆，三台阶法施工，如图2所示。

        图2 拱部Φ42超前小导管注浆

        图3 DK43+000～DK43+040溶洞处理典型断面图
        （2）停止掌子面施工，根据现场溶洞揭示情况以DK43+020右侧为施工入口，在第一阶段右侧最低点处DK43+018设一处汇水池，在汇水池两侧DK43+000～DK43+018段，DK43+018～DK43+040段溶洞回填外侧分别设置一道纵坡2%的浆砌片石截水沟，并引入汇水池，汇集第一阶段岩溶水，在汇水池内预埋一根Φ1000市政波纹管连接至溶腔最低点DK43+060天然消水洞作为岩溶水排泄通道，如图3所示。
        （3）隧道基底以下及隧道结构开挖线外3.5m范围内，同时在轮廓线外3.5m处设置片石挡土墙预留泵送混凝土管，待隧道初期支护封闭成环后分层泵送C20混凝土进行回填[2]，回填混凝土前，在DK43+040处设置封堵，以防止混凝土流入第二阶段。
        （4）DK43+018线路右侧设置一处检查洞室，洞室设置一处封闭门，尺寸为1.5x1.8m，洞室支护按照IV级围岩综合洞室施工。
        4.2 第二阶DK43+040～DK43+065段溶洞处理措施
        （1）DK43+040～DK43+065段衬砌支护类型由原设计Ⅲy-1变更Ⅳy-2，拱部Φ42超前小导管注浆，三台阶法施工。
        （2）在DK43+065右侧设置集水井，同时在集水井处设置一根Φ1000市政波纹管，连接至溶腔最低点DK43+060天然消水洞处作为第二阶段排水通道，如图4所示；并且在DK43+060处预埋两根Φ1000市政波纹管作为第三阶段排水通道。

        图4 DK43+040～DK43+065段溶洞处理典型断面图

            图5拱墙外侧混凝土砌筑挡墙
        （3）隧道基底以下溶洞采用C20片石混凝土回填密实，左侧回填至轮廓线外3.5m，同时在轮廓线外3.5m处设置一处C20混凝土，挡墙厚50cm，基础埋深不小于0.5m，挡土墙外采用干砌片石回填。右侧隧道以上位于拱墙外侧的溶洞先采用C20混凝土砌筑挡墙（如图5所示）。待该段初支封闭后对其结构外溶腔采用泵送C20混凝土回填至拱顶以上2m，待回填混凝土达到设计强度后拱顶回填机制砂及水泥拌合料[3]，回填厚度1m。
        4.3 第三阶DK43+065-DK43+125段溶洞处理措施

        图6 DK43+065～DK43+125段溶洞处理典型断面图          图7回填混凝土支立模板
        （1）DK43+085～DK43+125段衬砌支护类型由原设计Ⅲy-1变更Ⅳy-2，拱部Φ42超前小导管注浆，三台阶法施工。
        （2）为保留岩溶水排泄通道，在DK43+070处设置一根Φ1000市政波纹管，与第二阶段预留管道相接，管口及管身采用土工布包裹，作为第三阶段排水通道，如图6所示。
        （3）隧道基底以下及隧道结构开挖线外3m范围内溶洞采用C20混凝土回填密实，轨面以下1m处留50cm平台便于边墙处回填混凝土支立模板，如图7所示。
        5 结语
        本文以徐家巷隧道穿越岩溶段施工为研究背景，首先应对溶洞做具体探测，根据地下水情况、岩层稳定状况，确定岩溶溶腔位置、范围、形态、充填物特征、含水量及水压力大小等，从而提出不同形态及所处位置下岩溶防护与处理的技术措施，施工过程中溶洞处理技术合理可靠，未产生质量缺陷问题，供类似工程参考。
        参考文献：
        [1] 林振华.隧道岩溶施工处理技术[J].广东土木与建筑，2020（4）49-52.
        [2]周晋.山区隧道岩溶处理技术研究[J].工程建设与设计，2019（6）：111-112.
        [3] 谢青华，贾新卷.隧道大型溶洞处治方案研究[J].科技展望，2015，25（12）：940.
        [4] 秦高峰.长大隧道岩溶段综合处理技术研究[J].科技展望，2015，25（12）：940.
        作者简介：
        黄小平-男-1986.7.30-重庆秀山县人，工程师—从事隧道铁路工作。