巖溶發(fā)育區(qū)隧道工程溶洞處理技術(shù)探究
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【摘要】巖溶是自然界天然發(fā)育形成的特殊地質(zhì)，其發(fā)育和分布具有很強(qiáng)的區(qū)域性、不規(guī)則性，而在巖溶區(qū)域施工隧道工程，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，若不妥善處理將引發(fā)嚴(yán)重的工程事故及地質(zhì)災(zāi)害。本文將以鹿公山隧道工程作為實(shí)例，分析工程遇到的巖溶問(wèn)題，探討巖溶治理的技術(shù)措施，為后續(xù)巖溶區(qū)域施工人員提供借鑒和參考。
1巖溶發(fā)育的特點(diǎn)及危害
巖溶是自然界天然發(fā)育形成的特殊地質(zhì)，其發(fā)育和分布具有很強(qiáng)的區(qū)域性、不規(guī)則性，而在巖溶區(qū)域施工隧道工程，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)，若不妥善處理巖溶溶洞和地下水的影響作用，將引發(fā)嚴(yán)重的工程事故及地質(zhì)災(zāi)害。環(huán)繞型巖溶情況下的隧道施工影響主要取決于溶腔與隧道的距離，當(dāng)隧道距離較近時(shí)，其影響逐漸加大。而當(dāng)溶腔與隧道的間距極小并且相交時(shí)，其隧道施工過(guò)程中應(yīng)小心其巖溶填充物坍塌和地下水影響。溶腔發(fā)育較小且位于隧道開(kāi)挖范圍內(nèi)時(shí)候，對(duì)隧道的施工影響較小，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)開(kāi)挖面穩(wěn)定措施。巖溶區(qū)域隧道建設(shè)將極大地考驗(yàn)隧道施工技術(shù)和設(shè)計(jì)處理.本文以鹿公山隧道工程作為實(shí)例，分析工程遇到的巖溶問(wèn)題，探討巖溶治理的技術(shù)措施，為后續(xù)巖溶區(qū)域施工人員提供借鑒和參考。
2隧道工程概況
鹿公山隧道全長(zhǎng)1048m，為單線隧道，電力牽引，設(shè)計(jì)行車(chē)速度120km/h，有砟軌道。隧道進(jìn)、出口里程分別為DK133+978、DK135+026，隧線分界里程分別為DK133+968、DK135+036，明暗分界里程為DK133+984。DK133+978～DK133+984段設(shè)計(jì)為明洞，長(zhǎng)6m。全隧位于直線段上，全隧均位于坡度為8.1‰的上坡上，單車(chē)道斷面，采用無(wú)軌運(yùn)輸。鹿公山隧道的Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占比約為60.1%，洞內(nèi)道床采用一級(jí)碎石道砟，鋪設(shè)Ⅲ型軌枕及60kg/m鋼軌，軌道結(jié)構(gòu)高度766mm。隧道的剖面圖如圖1所示。
3巖溶隧道施工典型災(zāi)害及治理方案
3.1DK134+392~410段巖溶災(zāi)害及治理方案
鹿公山隧道掌子面DK134+395爆破開(kāi)挖，出渣完成后發(fā)現(xiàn)在掌子面右側(cè)及拱頂左側(cè)各有大小不明兩溶洞、中間夾著未掉落大孤石，其中右側(cè)溶腔填充物持續(xù)緩慢溜塌，右側(cè)輪廓線外溶洞大小約為10m（縱）×3m（寬）×5m（高），拱頂孤石侵于開(kāi)挖輪廓線內(nèi)，暫未掉落。現(xiàn)場(chǎng)支護(hù)至DK134+400.5時(shí)，掌子面拱頂孤石左側(cè)垮塌。掌子面中間大孤石全部垮塌，垮塌結(jié)束，砸中兩榀拱架至變形。此次垮塌后暴露開(kāi)挖輪廓線外溶洞大小約為10m（縱）×3.5m（寬）×5m（高），整個(gè)上臺(tái)階掌子面均揭示為溶洞。揭露溶洞主要分布在隧道正面及隧道兩側(cè)，與隧道的關(guān)系主要為相交型和嵌套型。溶洞尺寸較大，且隧道縱向深度較深，有較大的水平跨度，后期爆破震動(dòng)及施工開(kāi)挖易引起溶洞頂板塌落，威脅施工安全，為隧道施工的順利進(jìn)行，需要對(duì)揭露溶洞進(jìn)行治理。根據(jù)以上巖溶災(zāi)害情況，制定主要的巖溶治理措施方案有以下幾種：（1）揭露溶洞后臨時(shí)措施。揭露巖溶后，應(yīng)立即對(duì)巖溶災(zāi)害進(jìn)行臨時(shí)治理，防止隧道進(jìn)一步坍塌，危害施工安全及影響項(xiàng)目進(jìn)度。主要的措施有：①對(duì)揭露溶洞表面采用C20混凝土進(jìn)行噴混凝土處理，防止洞壁巖體掉塊，增強(qiáng)溶腔體的穩(wěn)定性；②在處理溶腔表面預(yù)埋準(zhǔn)50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置，為后期二襯施工前注漿提供通道；③對(duì)于不穩(wěn)定的溶洞采用噴射混凝土回填密實(shí)，防止溶洞進(jìn)一步坍塌。（2）初支變更處理措施。原設(shè)計(jì)該段定位為Ⅲ級(jí)圍巖等級(jí)，采用系統(tǒng)噴錨對(duì)隧道進(jìn)行初支，頂部采用2m長(zhǎng)的準(zhǔn)25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。揭露溶洞后，對(duì)地質(zhì)情況進(jìn)行及時(shí)修正，定義為Ⅴ級(jí)圍巖，采用系統(tǒng)噴錨對(duì)隧道進(jìn)行初支，拱頂采用3m長(zhǎng)的準(zhǔn)25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。拱腔采用3m長(zhǎng)準(zhǔn)22砂漿錨桿，按1.0m（縱）×1.0m（環(huán)）梅花型布置。并在開(kāi)挖后架設(shè)鋼架，增加圍巖穩(wěn)定性，如圖2所示。（3）二襯施工處理措施。為處理二襯施工期間隧道襯砌與巖溶溶腔的縫隙問(wèn)題，加強(qiáng)二襯結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性，在處理溶腔噴射混凝土回填前預(yù)埋準(zhǔn)50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二襯支模施工后，注1:1水泥漿液填充密實(shí)，加強(qiáng)襯砌的圍巖穩(wěn)定。
3.2DK134+566段巖溶災(zāi)害及治理方案
鹿公山隧道掌子面開(kāi)挖至DK134+566完成開(kāi)挖支護(hù)后開(kāi)始塌方，塌方結(jié)束時(shí)掌子面拱頂有大小約為5.0m（環(huán)向）×4.0m（高）縱向約20m的空洞，塌落體均為角礫土，掌子面揭示其余未塌部分為堅(jiān)硬巖石，圍巖完整。洞頂以上為坡殘積成松散～稍密狀角礫土，溶洞在第一次坍塌后經(jīng)注漿處理及管棚作業(yè)后發(fā)生連續(xù)坍塌，第三次坍塌后，時(shí)拱頂空洞大小約為5.0m（環(huán)向）×8.0m（高），縱向長(zhǎng)度不詳。揭露溶洞主要分布位于隧道頂部，與隧道的關(guān)系主要為相交型，溶洞尺寸較大且高，且隧道縱向深度難以明確探查，存在較大的水平跨度，溶洞頂板的穩(wěn)定性較差，多次注漿后仍存在塌落現(xiàn)象。根據(jù)以上巖溶災(zāi)害情況，制定主要的巖溶治理措施方案有：（1）揭露溶洞后臨時(shí)措施。①采用反壓回填土石將掌子面塌方段進(jìn)行封閉，為頂部溶洞填充提供平臺(tái)并且充當(dāng)?shù)啄ぷ饔谩；靥罡叨雀叱鲩_(kāi)挖線外50cm，回填至開(kāi)挖面前2m；②拱頂預(yù)埋準(zhǔn)110灌漿管，管口伸入塌腔深度2.5m，然后直接向塌腔內(nèi)泵送C30混凝土，直到將空腔回填滿，防止頂部巖溶溶腔進(jìn)一步坍塌，避免造成大范圍的施工事故和地質(zhì)災(zāi)害。（2）初支變更處理措施。該段原設(shè)計(jì)定位為Ⅴ級(jí)圍巖等級(jí)，采用系統(tǒng)噴錨對(duì)隧道進(jìn)行初支，拱頂采用3m長(zhǎng)的準(zhǔn)25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。拱腔采用3m長(zhǎng)準(zhǔn)22砂漿錨桿，按1.0m（縱）×1.0m（環(huán)）梅花型布置，并在開(kāi)挖后架設(shè)I16工字鋼鋼架。①巖溶塌腔內(nèi)泵送混凝土回填完成后，在回填面上增加施工超前準(zhǔn)108長(zhǎng)管棚，長(zhǎng)12m，保證下一步洞體開(kāi)挖穩(wěn)定；②該段頂部溶腔注漿完成后仍存在較大的開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)，為了保證巖溶段開(kāi)挖的穩(wěn)定性，在DK134+566～+575段增設(shè)準(zhǔn)50超前小導(dǎo)管。（3）二襯施工處理措施。為處理二襯施工期間隧道襯砌與巖溶溶腔的縫隙問(wèn)題，加強(qiáng)二襯結(jié)構(gòu)的圍巖穩(wěn)定性，在處理溶腔噴射混凝土回填前預(yù)埋準(zhǔn)50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二襯支模施工后，注1:1水泥漿液填充密實(shí)，加強(qiáng)襯砌的圍巖穩(wěn)定。
4結(jié)論
巖溶的分布具有不規(guī)律性及復(fù)雜性，勘察的密度較小，導(dǎo)致隧道沿線眾多溶洞難以探測(cè)清楚，因此巖溶區(qū)域隧道的施工經(jīng)常遇到溶洞問(wèn)題，需要對(duì)巖溶問(wèn)題謹(jǐn)慎處理，降低隧道建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。本文通過(guò)對(duì)鹿公山巖溶地區(qū)隧道施工巖溶災(zāi)害治理的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，得出以下主要的結(jié)論：（1）隧道施工揭露的溶洞應(yīng)在待溶洞坍塌穩(wěn)定后及時(shí)處理，并且應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，巖溶災(zāi)害的治理h應(yīng)優(yōu)先考慮施工安全，保證安全的前提下再考慮施工進(jìn)度和成本等因素。（2）超前注漿處理是治理巖溶災(zāi)害的主要手段，應(yīng)根據(jù)巖溶災(zāi)害類型，結(jié)合管棚和超前小導(dǎo)管等其他措施綜合治理巖溶問(wèn)題。（3）根據(jù)巖溶的揭露位置應(yīng)采取不一樣的處理措施，隧道頂部溶洞坍塌后，越加接近覆土層，其頂板穩(wěn)定性更差，具有較大的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，對(duì)后期隧道開(kāi)挖帶來(lái)較大的安全隱患，應(yīng)重點(diǎn)并且謹(jǐn)慎處理，當(dāng)多次處理仍存在坍塌趨勢(shì)時(shí)，應(yīng)馬上回填并且向頂部溶腔灌注混凝土。（4）巖溶發(fā)育區(qū)域隧道揭露溶洞具有不確定性及較高難度的預(yù)見(jiàn)性，在巖溶發(fā)育段，應(yīng)優(yōu)先對(duì)施工段前地質(zhì)情況進(jìn)行摸查，可通過(guò)超前鉆獲知隧道前方的地質(zhì)情況；當(dāng)隧道埋深較深時(shí)，可在掌子面超前鉆探采孔取樣分析。若發(fā)現(xiàn)前方圍巖存在巖溶地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，應(yīng)制定相應(yīng)的巖溶災(zāi)害預(yù)治理措施。
參考文獻(xiàn)
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作者:祝新建 單位:湖南中核巖土工程有限責(zé)任公司
