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淺談隧道施工溶洞及塌方處理
[摘要]溶洞是地表水和地下水對溶性巖層經過化學作用和機械破壞作用而形成的地下溶蝕現象。巖溶對隧道的影響主要表現為是結構物部分及全部懸空,降低隧道使用的可靠度;季節性的巖溶洞穴涌水,給隧道施工和體系帶來不安全和不穩定因素;塌方冒頂是指隧道施工中,山體上部巖層塌落的現象。是隧道開挖施工后,原先平衡的山體壓力遭到破壞而造成的。因此,制定合理、、有效的溶洞、塌方處理方案對隧道順利穿越巖溶地段非常重要。本文根據廈蓉高速公路榕江格龍至都勻段BT16合同段上寨隧道隧道施工溶洞、塌方處理情況,介紹相關處理方法。[關鍵詞]公路 隧道 溶洞 塌方 處理
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,隧道設計為雙洞四車道,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。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。路線經過區域地質構造運動較強烈,褶皺和斷層發育,地質構造復雜,巖石較破碎。該隧道巖溶發育為厚層—塊狀石灰巖、白云巖灰巖區,地表發育巖溶地貌,地下發育溶洞、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育,發育有較大溶洞、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(由于溶洞內地形復雜,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、崩塌體和涌水現象,順路線前方發育。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,雖采用強支護施工到目前掌子面,但因溶腔內孤石脫落,導致該段拱腰至拱腳初支出現開裂,目前YK171+348掌子面右側拱頂和左側拱腳又出現溶洞(暫時無法確定溶洞大小),左側拱腳洞內有氣流,圍巖極為破碎、松散,巖體自穩能力差。 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)可操作性強。要充分考慮現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。(3)靈活性好。根據斷面形狀和尺寸,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實時效果差時,能較好地轉換為替代方案。(4)具有可連續性。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、工序的轉換。(5)性強。即在保證安全、質量并不破壞環境的條件下的投入最節約。(6)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;溶洞段通過后,進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段的支護參數定為S-IV1(原設計支護參數為S-IV2,地質超前預報建議支護參數為S-IV1),上寨隧道右線YK171+128溶洞處理方案:拱部以上(上導洞)空溶洞,采用泵送C25混凝土護拱,護拱厚度2米,以加強護拱,上空腔部分做排水處理(設置3根Φ100mm雙壁波紋管,波紋管長度根據現場溶洞位置確定)。
S-IV1支護的具體參數為: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超前小導管(長度4m,間距2.4m×0.4m,拱部140度范圍內),Φ8鋼筋網(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,預留變形量0.12m。施工過程中應做好綜合超前探測工作,及時了解巖溶發育程度、走向狀態、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,腔內采用泵送C25混凝土回填,厚度2m,環向拱腳至拱腰采用Φ50×4小導管(長度4.5m),1.5m×1.5m梅花形布置,并注水泥漿(水泥漿按實際施工工程量確定)進行加固,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,空腔做排水處理(設置2根Φ116mm雙壁波紋管,波紋管長度根據現場溶洞位置確定);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,塌陷區位于山谷沖溝,危及隧道安全。經過現場討論,確定塌陷區處理方案:征用塌陷區處治工程所需山地、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徑向小導管,固結圍巖(長度6m,環向1.2m,縱向0.6m),左側拱腰至拱腳范圍;YK171+340- YK171+348段采用Φ50×4鎖腳小導管(長度6m),左側拱腰和拱腳兩處;YK171+340-YK171+348段在原初支上每兩榀型鋼之間增加一榀進行加固,保證圍巖穩定性;YK171+348掌子面前方采用47根Φ89×8超前管棚支護(長度暫定9m,若有條件,可視實際情況調整其長度,環向間距30cm),并注水泥漿(水泥漿按實際施工工程量確定),縮短型鋼間距,換系統錨桿為小導管,施工中預留沉降量,加強二襯,及時跟進至掌子面;YK171+348掌子面下方基礎的空洞先填充,后灌注混凝土,保證密實度;
四、結束語
通過以上處理措施的實施,安全通過了溶洞,經量測表明,該段下沉、收斂情況穩定,支護結構表面無明顯滲漏水現象。運用上述方法,對上寨隧道開挖過程中所遇到的溶洞進行了處理,處理效果好、施工進度快、工程成本低、安全性高。在今后的巖溶隧道施工中,應加強地質超前預探、預報工作,對隧道前方巖溶進行準確預測,并提前做好穿越巖溶溶洞的應急預案,防止大面積塌方和涌水的發生。
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