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。
 

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