隧道溶洞

2024-09-17

隧道溶洞（精选9篇）

隧道溶洞篇1

一、工程概况

本隧道, 设计净高4.95m, 净宽9.76m, 设计行车速度60km/h, 为双向4车道分离式长隧道。隧道左线起讫里程K5+469—K7+980, 长2511m, 起讫点设计高程分别为576.075m及513.300m;右线起讫里程K5+457—K7+970, 长2513m, 起讫点设计高程分别为576.375m及513.550m。隧道左、右线均为单向纵坡, 纵坡均为-2.5%。隧道最大埋深左线约429m、右线约416m。隧道左、右线全线均按分离式隧道布设。

隧道主要岩层有灰岩、白云岩和泥质白云岩, 存在的不良地质主要为:隧址区岩溶水十分发育, 地下水含量丰富, 有多处岩溶和岩溶水十分发育, 可能发生涌突水、突泥等;隧道通过IV级围岩段时, 围岩稳定性较差, 也易发生突水、突泥;隧道穿越段岩溶十分发育, 在7个地段遭遇溶洞和暗河的可能性大;隧道也将穿越多处断层破碎带。

由于隧道埋深大, 地质构造复杂, 在施工中受岩溶及岩溶水、突水突泥、围岩失稳、断层及破碎带等地质灾害影响较为严重。

二、溶洞情况

隧道出口左线开挖至里程K7+765.5时, 隧道左侧面及底部开始出现溶洞, 该溶洞朝隧道进口方向一直延伸, 在K7+760处显现出一个大空腔, 再向前延伸至里程K7+741.5处, 轴线方向长24m, 溶洞向上未见顶, 向下延伸深度约3.5m。溶洞内充填有黄色泥土, 并有少量渗水, 隧道开挖过程中间断掉泥土及石块, 其四周岩石为灰岩, 节理裂隙发育。

该段溶洞设计为III类围岩, 为保证溶洞段围岩的稳定和后期防排水及二次衬砌施工, 必须及时研究技术处理措施, 加强支护力度。

三、溶洞处理技术措施

(一) 施工顺序

排危并清除洞内泥土及杂物→喷射混凝土及铺钢筋网→施作超前锚杆→安设系统锚杆→干砌片石→浆砌片石护拱→铺钢筋网→架设钢拱架→喷射混凝土及铺钢筋网→埋设排水盲管→铺设防水卷材→制作二衬钢筋→施作二次衬砌。

(二) 具体施工方法

1.首先组织工人和机械对溶洞周围进行排危处理, 随后将溶洞内黄泥土及杂物清理干净;其次在溶洞周围围岩壁上初喷1层混凝土, 厚3~5cm, 防止岩块掉落伤到施工人员;然后在左上角隧道拱部以上的溶洞处铺设Φ6.5的钢筋网片, 间距15cm×15cm, 钢筋网片与锚杆焊接;最后在钢筋网片上施作10cm厚喷射混凝土, 以确保下道工序施工安全。

2.在隧道拱顶120°范围内施作CDZ32自进式中空注浆锚杆。超前锚杆单根长5m, 环距0.40m, 排间距2.25m, 搭接长度≥1m。自进式中空注浆锚杆采用水泥-水玻璃双液, 其注浆参数为:①注浆压力0.5~1.0MPa;②水泥浆水灰比为1︰1;③水泥强度等级为P·O42.5;④水玻璃为30Bé, 模数为2.4。注浆参数可根据现场试验及注浆效果进行调整和优化。

3.待超前锚杆施作完成后, 安装系统锚杆, 系统锚杆采用22mm砂浆锚杆, 长度为2.5m, 间距为100cm×100cm。锚杆施工时应结合岩层产状适当调整锚杆位置和方向, 垫板要紧贴初喷面。

4.由于该隧道左侧面及上部溶洞较大, 为保证隧道施工质量及安全, 必须进行堵塞、加固处理。在溶洞处干砌一层片石作为缓冲层, 厚1.0~1.5m, 片石要求质地坚硬, 中部厚度≥15cm, 砌筑时选用大片石, 并应错缝相挤紧密, 不松动。

干砌片石施工时的安全防护措施为:①采用壁厚3.5mm、直径为48mm的钢管搭设脚手架, 搭设高度和长度满足施工需要, 选用毛竹排作为脚手板, 在脚手架上满铺, 并用铁丝固定;②施工人员必须佩戴安全帽, 施工高度>2m时必须系上安全绳;③安排1名专职安全员, 施工前对工人进行安全技术交底, 并在现场进行安全监督;④确保溶洞内施工照明度, 确保作业人员安全。

5.在干砌片石层上施作1层M7.5浆砌片石护拱, 片石要求坚硬, 其强度≥MU30, 中部厚度≥15cm。其砂浆配合比为水泥∶砂∶水=1.0∶4.83∶0.8, 砂浆采用搅拌机拌制, 拌好后的砂浆要求具有适当的流动性和良好的和易性。

浆砌片石施工时的安全防护措施为:①按照干砌片石施工搭设钢管架的要求搭设脚手架;②施工人员佩戴好安全帽, 施工高度>2m时必须系好安全绳;③安排1名专职安全员, 施工前对工人进行安全技术交底, 并在现场进行安全监督;④确保溶洞内施工照明度, 确保砌筑人员人身安全。

6.铺设钢筋网片, 采用Φ6.5的钢筋, 间距为20cm×20cm, 钢筋网片与锚杆焊接。

7.架设钢拱架, 采用I16, 按照60cm/榀间距架设, 范围为溶洞沿纵向的宽度每边各增加1.5m, 型钢拱之间采用22螺纹钢筋连接, 连接钢筋环向间距为1m, 交错布置, 型钢支撑与架立钢板、连接钢板均采用焊接, 连接钢板间采用螺栓连接。施工中钢架要与锚杆连接, 保证焊接质量和焊接密度, 最终使锚杆、钢架和衬砌形成整体承载结构。

8.施作C20喷射混凝土, 喷层厚度为15cm, 其配合比为水泥∶砂∶碎石∶水∶速凝剂=1.0∶2.0∶2.0∶0.45∶0.04, 必须要求喷射混凝土覆盖钢架。

9.溶洞处环向盲管设计每处为1根, 经研究调整为3根 (排管) , 同时环向盲管的纵向间距由10m调整为2m。并相应增加横向排水管的数量, 以确保溶洞内的水可以顺利排入中心排水沟内。

10.防水处理好后, 开始铺设防水板, 采用JT02-3C2500预铺防黏防水卷材, 卷材厚1.5mm, 并在其上覆盖一层250g/m2土工布。防水板采用无钉热合铺设法, 接缝处采用自动爬焊机焊接。

11.防水板铺设完成后, 进行二衬钢筋制作, 主筋采用HRB335, 22的钢筋, 箍筋采用HPB235, 8和HPB235, 10的钢筋。

12.待钢筋制作完毕后, 开始浇筑二衬混凝土, 厚50cm, 混凝土强度等级为C30。在施工中, 二衬混凝土中要掺入胶凝含量8%的HE微膨胀高效抗裂防水剂, 要求抗渗等级≥P8, 确保该溶洞段二次衬砌在隧道运营过程中不出现裂缝和渗水问题。

13.该溶洞段底部由于空洞面积较大, 施工中采用片石混凝土填充, 混凝土强度等级为C15。待片石混凝土填充完成后再进行仰拱浇筑, 浇筑厚度与二衬一致。

(三) 施工监控量测

该隧道左线K7+765.5—K7+741.5段溶洞开挖支护过程中, 对其进行周边位移、拱顶下沉及围岩内部位移量测, 布置方法为:每5m一个断面, 每个断面设置2~11个测点, 量测间隔时间为1~2次/d。量测完成后对其数据进行整理分析。

(四) 溶洞处理

四、效果分析

该隧道现已基本完工, 根据洞内监控量测数据分析, 左线K7+765.5-K7+741.5溶洞段围岩比较稳定, 周边位移收敛值和拱顶下沉值都非常小, 均在正常范围之内;该溶洞段二衬施作后至今未出现开裂和渗水现象, 衬砌也比较稳定。此项溶洞处理技术措施在本隧道出口中的应用取得了良好效果。

五、结语

该快速通道工程全线共有5条公路隧道, 在施工过程中遇到类似溶洞的有3座, 本隧道出口段溶洞的施工为其提供了宝贵经验, 加快了整个快速通道工程的施工进度, 并且降低了工程造价, 获得了相关单位好评。

隧道溶洞篇2

摘要：岩溶不良地质条件给隧道的施工和运营造成了严重的威胁，如何正确处理隧道大型溶洞是隧道施工中面临的一项重要课题。文章以灯盏窝隧道为例，对岩溶地区隧道的大型溶洞处理工程进行探讨，以提供一定的工程实践参考。

关键词：公路隧道；大型溶洞；处理

1.工程概况

灯盏窝隧道为上、下行分离的四车道高速公路隧道，位于湖北省宜都市聂家河镇丁家坪村，紧邻县道X224，隧道洞轴线走向方位角225。。隧道左洞起止里程为ZK61+628-ZK62+523，长895米，最大埋深为104米；隧道右洞起止里程为YK61+635-YK62+527，长892米，最大埋深为115米，隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。

2.设计隧道不良地质

隧址区主要不良地质为岩溶，主要表现为溶蚀裂隙发育，不仅影响岩体间的结合状态，还是地下水的有效途径。隧址区属构造剥蚀溶蚀低山地貌，受肖家隘断层影响，构造变形较大，节理发育，节理贯通性好，局部存在风化和溶蚀强烈的白云岩，地表水和地下水流量受季节影响明显。地下水的补给主要靠大气降雨，排泄方式主要为地表径流、蒸发以及通过小型溶蚀裂隙向河流或坡脚排泄等方式。

3.超前地质预报

隧道超前预报采用地质雷达结合工程地质调查分析推断法进行。地质雷达每次预报长度为30m，并且重叠5m。工程地质调查分析推断法是隧道超前预报中使用最早的方法。通过区域地质调查与资料分析、隧道轴线地表和洞内工程地质调查，了解隧道所处地段岩层地质年代、结构构造。借助地质学有关理论、经验公式、岩体力学、工程地质学和传统方法，推断前方的地质情况。包括地层与岩性的产出特征、构造的发育规律、地下水成因规律和水量等，预测隧道掌子面前方不良地质现象可能的类型、部位、规模，为隧道施工中采取合理的工艺与措施提供科学依据。

地质雷达利用超高频窄脉冲电磁波反射探测不同介质分界面的一种勘测方法。基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。

根据灯盏窝隧道超前地质预报报告显示，灯盏窝隧道右洞YK62+217附近左侧及前方存在一大型溶洞，溶洞长度约20m，宽度约22m，高度16米。

4.溶洞发育情况

灯盏窝隧道右洞掘进至掌子面YK62+216时，掌子面上台阶左侧拱脚揭露出一宽约4m、高约2m的溶洞口。经过现场勘察，溶洞位于隧道上台阶左侧下方，围岩岩性为中风化白云岩：浅灰色、灰白色，中厚层状，细一中晶结构。岩体较完整，节理裂隙不太发育，无粘土充填。岩层锤击声较清脆，属于较坚硬岩。围岩岩溶溶槽发育，岩溶各向��性明显，竖向、侧向溶蚀交替出现，沿其岩溶发育走向、倾向追踪呈条带状分布特点较明显，以垂直溶蚀为主。

溶洞位于隧道YK62+216-YK62+165段隧道上台阶左侧下方，沿隧道轴向发育2个垂直型大型溶洞和1个水平管道型溶洞。第一个大型溶洞长21米、宽23米、高15米；第二个大型溶洞长30米、宽20米、高20米。2个大型溶洞相对独立，第一个大型溶洞在下部经一狭窄溶蚀缝隙与第二个大型溶洞底部连通。水平管道型溶洞位于在第一个大型溶洞底部，沿与隧道轴线约15。夹角发育。发育长度约60m范围洞径约在0.6-3m之间，可容纳一人通过。发育长度50m后洞径变窄，无法通过。洞底及洞身有泥质、钙质胶结物，钟乳石极其发育，洞底沟槽有流水，流水经岩溶溶隙向下排泄。

通过地质雷达和钻孔相结合的方法，进一步探明溶洞底部地质情况，发现溶洞底部以下无明显异常情况及大型溶洞发育。

5.方案比选

根据YK62+215-YK62+165溶洞勘察情况，围岩为中风化白云岩，溶腔稳定，且无填充物。结合实测溶洞断面，溶洞位于隧道上台阶左侧下方，约一半溶腔与隧道相交，并考虑溶洞底部溶槽排水。提出了C15砼回填及跨越两种处理方案。

对于跨越方案，由于采用桩基、墩柱及纵横梁，为混凝土刚性结构，确保了隧道整体稳定性，并且对溶洞内排水没有影响。但是由于先开挖隧道，将整个溶洞揭露，导致上台阶拱架或下台阶拱架长时间悬空，存在安全隐患，只能在横梁施工完成后才能封闭成环。在溶洞内施工桩基及墩柱，施工难度大，并且隧道开挖时，掉落石块对墩柱存在严重影响。施工纵梁横梁采用现浇，支架搭设极其困难。施工难度大，施工安全存在隐患，造价高，进度慢。

对于回填方案，由于采用C15素混凝土回填，为刚性结构，确保了隧道整体的稳定，能够确保施工过程安全及后期运营安全，并且施工进度快，施工较简单，排水利用溶槽设置排水通道。

经过比选采用C15素混凝土回填的方案。根据溶洞发育特点和洞内水文情况，并保证隧道施工安全及衬砌结构安全，采用C15素混凝土进行回填至隧道仰拱底，回填前对溶洞底进行清理，并预留好排水通道。

6.处理方案

6.1根据地下水的`流向及泄水路径，清除底部掉落洞渣，利用溶槽设置排水通道，排水通道采用φ60cm钢筋混凝土圆管涵，沟底回填范围内并设置一处平均宽度2m高度lm的碎块石外包+q-布，溶洞内的天然泄水通道相连，以便能及时排出溶洞内的过境水。

6.2采用C 15素混凝土分层回填至隧道仰拱底。

6.3该段初期支护及二衬加强处理。拱架由原设计的格栅调整为118工字钢，间距由120cm调整为100cm，C20喷射混凝土厚度由原来20cm调整为25cm，08钢筋（20cm×20cm）由单层调整为双层，系统锚杆由纵向间距为120cm调整为100cm，环向间距为140cm。二衬和仰拱由40cmC25素混凝土调整为45cmC25钢筋混凝土，主筋φ25双层钢筋间距为25cm。

6.4增设锁脚注浆小导管。

6.5加强监控量测，周边收敛和拱顶下沉观测，每5m一个断面。

7.主要施工工序

7.1下台阶开挖至掌子面YK62+216，施作初期支护。

7.2揭开溶洞后，在溶洞内竖向分层浇筑C15素混凝土至仰拱底。

7.3全断面进行隧道开挖，每循环进尺控制在1.0m。

7.4施作初期支护，靠空洞侧顶部工字钢采用注浆小导管进行锁脚，初期支护施工完毕后，初期支护外空洞侧泵送C15混凝土进行回填。

7.5施工钢筋混凝土仰拱及回填；

7.6根据监控量测结果，施工钢筋混凝土二衬。

8.结语

浅谈隧道施工溶洞及塌方处理篇3

【关键词】隧道溶洞；塌方；处理

1.隧道溶洞简述

在隧道的开挖施工中,塌方作为一种比较常发的事故,会给隧道施工造成极大的危害,比如延误工期、出现比较严重的机械损失,甚至威胁着施工人员的生命安全。目前,国内很多在建的或者已建的隧道都有过塌方现象。防止塌方的发生、塌方出现后的治理工作已经成为隧道施工的关键所在。隧道施工中造成塌方的原因是多样的,有地质自然条件的原因也有人为施工方法、施工质量的原因。因此,要加强对隧道施工的管理,从地质因素与人为因素出发,防止塌方事故发生,采用正确方法处理塌方事故，黄土成分复杂，且不同地区的黄土成分也有所不同，成分不同的黄土受水的影响也不尽相同。施工前应进行土力学试验，以指导施工过程中的含水量控制。黄土隧道施工前应查明地表情况，尽量减轻地表水对隧道上覆土层的影响，必要时采用注浆加固、回填夯实等方式进行处理。假如隧道在较长范围内沿着黄土冲沟走向或者与黄土塬边平行走向，而覆盖层又较薄或偏压很大，就轻易发生较大的坍塌或滑坡现象。大断面黄土隧道施工，宜根据隧道断面大小、埋深，考虑围岩的自稳能力，选用双侧壁导坑法、CRD法、CD法或弧形导坑法施工。大断面黄土隧道施工应遵循“先预、预加固、严治水、短开挖、少扰动、强支护、早成环、快封闭、勤量测”的原则。黄土隧道塌方后，塌方体已不具备自稳能力。因此，塌方后须先对塌方体进行加固处理，使塌方体自身具有一定的自稳能力，然后采用大管棚过渡。由于受地质勘探的局限性、地质条件的多变性以及黄土成分的复杂性影响，黄土隧道施工中存在很多影响安全的不确定因素。施工中每一项工作都与安全紧密相关，环环相扣，这就需要工作一丝不苟。对于大断面黄土隧道施工，则应慎之又慎。

2.隧道溶洞的塌方原因

不良地质条件。隧道施工时穿过断层或者地层覆盖比较薄弱的地段,比如穿过水源比较丰富的土层如水塘、冲沟、水库等,穿过风化比较严重的岩层,或者在隧道施工中遇到溶洞、裂隙、软硬差异比较大的岩层分界处,这些都是会引起隧道塌方的比较常见的不良地质现象，施工方法与措施不当。施工时对地质条件掌握的不全面,导致选择不正确的施工方法。由于地质勘测做的不准确,参与施工的人员经验不足,在不良地质地段的钻探工作做的不好,施工不认真而引起塌方。施工安排不当,工序安排不合理,有的工序时间间隔拉的过长,支护、衬砌不及时,导致围岩暴露的时间长就会引起风化,从而导致塌方。在爆破时使用的药量过大,强烈的震动引起塌方。使用钢质支撑时,支撑架质量低下或支护松动后没有及时加固引起塌方，因塌方段为大断面、大跨度结构，开挖对较大范围内的围岩造成了扰动。使错落体内的围岩自稳性更低。因偏压的作用，初期支护受力复杂，易产生破坏。在雨水的渗透作用下，上覆土层粘聚力大幅降低甚至消失，绝大部分洞顶土体自重施力于隧道初期支护上。当初期支护局部强度不够。或者由于洞顶地表土体的垮塌形成冲击荷载而使初期支护强度相对不够时，就会造成局部坍塌，并很快引起连锁反应，造成大面积的突发性塌方。此外，由于大断面黄土隧道施工经验不足，施工人员主观上对黄土的熟悉不足。缺乏对这种突变性情况的预见性，也是事故发生的间接原因。坍方前的征兆:(1)量测信息所反应的围岩变形速度或数量超过允许值；(2)喷射混凝土产生纵横向的裂纹或龟裂；(3)在坑顶或坑壁发生不断掉下土块、小石块或构件支撑间隙不断漏出砂、石屑；(4)岩层的层理、节理缝或裂缝变大、张开。(5)支撑梁、柱变形或折断，楔子压扁压劈，填塞木弯曲折断，扒钉受力变形，木支撑发出“噼啪”破裂声。(6)坑道内渗水、滴水突然加剧或变浑。塌体段为白垩系下统灰绿色泥质砂岩，泥质胶结，砂状结构，薄层～中厚层构造，水平层理极其发育，经铁四院检测后发现该种砂岩为膨胀性质，且属于中度膨胀。由于膨胀土围岩具有“吸水而膨胀，失水而收缩”的特性。塌方段为富水段，围岩遇水极易软化崩解，围岩中度膨胀性加速、加大围岩应力释放，造成围岩松动圈范围大，在初期支护支撑力不够的状态下，由于围岩压力和膨胀压力的综合作用，使围岩产生局部破坏，然后逐渐牵引周围土体的连续破坏。

3.隧道溶洞塌方处理

塌方事故发生后，各方对事故的处理提出各自的方案，归结有以下三种：(1)注浆锚固法。该方法是以“非套管成孔技术”和“中高压注浆”为基础的注浆锚固法塌方处理方案。此方案中“非套管成孔技术”是方案成败的关键，它可以保证钻孔的稳定， “中高压注浆”式压力注浆，扩大有效注浆半径，连接超前长锚杆使之与压力注浆加固体成为有机整体，可以最大程度地发挥了超前锚杆的支护效果。但是此方案最终未被施工单位采纳，主要由于此方案中要在塌方区上方打入超长锚杆(30 m以上)，施工难度相当大；大管棚注浆超前支护(小导洞法)。该方法主要采用注漿大管棚辐以注浆小导管，对塌方体进行预支护。采用短进尺、分阶段开挖，对塌方体的支护做到随挖随支。此方案充分考虑了隧道的工程地质条件与施工技术条件，充分发挥了注浆法和管棚法的优点。但管棚和注浆的施工必须达到预期效果，即形成一个能支撑上面松散岩石的壳体；(1)减少混凝土内外温差和混凝土表面温度梯度，防止表面裂缝；(2)防止混凝土超冷，应尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度；(3)防止旧混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到一方面使混凝土免受不利的温度、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩；另一方面使水泥水化作用顺利进行，以使混凝土达到设计的强度和耐久性。适宜的温湿度条件是相互关联的，混凝土的保温措施往往也有保湿的作用，漏顶塌方且处于浅埋地段的,这类塌方一般会堵塞进洞口,要先对洞口附近未塌方地段加固,再加强塌洞的洞壁如采用局部打设锚杆挂钢筋网并喷射早强。然后看塌方规模大小制定是整体清除还是部分清除塌方体。塌方量较小的情况下采用整体清除,可以边清除边支护。在塌方量较大的情况下采用部分清除,先进行加固防止塌方进一步扩大,然后进行渣体的清除,并及时进行支护(或衬砌)。在总体上进行塌方加固后,紧接着要对塌方地表漏洞进行回填,使之恢复原状。同时,在回填的进行中,量测人员要注意衬砌上的预埋量测点,以分析其对隧道衬砌的影响。在变质岩地段，应超前钻探，以探明前方地质状况，作好支护，以避免坍塌。

4.总结

综上所述,隧道塌方会对工程的安全造成很大的危害,所以在施工过程中要采取有效的措施,避免塌方发生,把防塌、治塌作为重中之重。防塌就要在地质勘测上下功夫,为隧道设计提供较为全面的材料,提前勘察出不良地质,在此基础上制定出切合实际的设计。治塌时要根据塌方的实际情况,采取不同的处理方法。同时,还要采用正确的施工方法,加强对隧道施工质量的监控。

【参考文献】

［１］任文胜.隧道塌方原因分析及处理方案研究［J］.山西建筑,2008(3).

毛家岩溶隧道溶洞处理技术篇4

关键词：隧道,岩溶,处理技术

1 工程概况

贵广高铁客运专线毛家隧道起止里程桩号为DK415+142～DK415+645,全长503 m,纵坡为+12‰。本隧 DK415+310～DK415+420范围内隧底设双孔拱涵,孔径2 m,涵洞长度75 m,涵洞轴线与左线线路中线交于DK415+371.12,夹角26°49′38″,涵洞采用10‰的纵坡,涵洞设置范围内溶洞露空部分采用C15混凝土回填密实。

2 溶洞情况描述

毛家隧道出口掘进至里程DK415+310附近时,拱底爆破隧底溶洞有轻微振动,隧底发育一条岩溶地下通道,此溶洞为特大溶洞,充填物多,且范围大。溶底淤泥层较厚,溶底有暗河流过,溶洞最大净空16 m。

1)溶洞的位置关系如图1所示。

2)溶洞洞内描述。

溶洞为背斜溶蚀结构,岩溶裂隙发育,裂隙水比较丰富。溶洞顶部经多年滴水而形成一条大裂隙,地下水从裂隙内不断流出,在溶洞顶部裂隙呈股状流出;溶洞长度蜿蜒四通八达,发育极其丰富,高度达17 m,溶洞最宽处约16 m,上小下大呈倒漏斗形状,隧道与主溶洞斜交,呈约26°49′38″夹角,溶洞内小溶洞发育,深不见底;溶洞底部淤泥厚度在8.5 m～25 m之间,溶洞的顶部有危石、悬泥,溶洞壁竖直陡峭;涌水突泥后,经测量人员检测溶洞壁淤泥厚度范围在0.1 m～1 m之间,沉积的大部分淤泥表层淤泥呈流塑性,褐色、黄褐色,下部为硬块状,分层明显。隧道穿越溶洞段,围岩倾角比较缓,岩体破碎呈薄层状、块状结构,层间结合较差。

3 施工方法及处理技术

3.1 施工准备

根据溶洞内的实际情况,由于淤泥层很厚,在清除淤泥时遇到很大的困难,而且溶洞进口很小,施工时机械很难被移进,给施工造成很大的麻烦。对于淤泥层的处理采用了水泥旋喷桩的施工工艺软基处理方案。

为了便于高压旋喷桩的施工,首先对场地进行必要的平整,便于对钻机的就位。为了施工安全,溶洞内危石进行排除以免在施工过程中存在安全隐患。

3.2 高压旋喷桩施工

在准备工作完成后,即可进行高压旋喷桩施工。基底采用直径50 cm旋喷桩加固处理,间距为1 m×1 m,交错布置,桩长嵌入基岩不小于1 m控制,为束缚基底粘土层变形及地下水渗入加固体,于拱涵端各设置3排直径60 cm旋喷桩止水帷幕,核心间距0.4 m,咬合0.2 m,嵌入基岩不小于1 m控制。

3.3 双孔拱涵的浇筑

待做完桩基抗压的检测后,在桩顶施作拱涵底板,绑扎钢筋并且浇筑C35混凝土,在底板面预埋接槎钢筋,然后进行拱涵的施作,拱涵采用分段立模现浇方式进行施工,每5 m为一段落,设置沉降缝一处,宽为3 cm,接缝表面铺设0.5 m宽之一层沥青侵制麻布和两层石棉沥青之防水层,防水层以下接缝处,外侧以油浸麻筋填塞,深度为10 cm,内侧以M10水泥砂浆填塞,深度为30 cm。

3.4 回填C15混凝土

双孔拱涵完成后,可进行溶洞空隙的回填。采用泵送混凝土的施工方法对空腔进行回填,涵洞两侧上方立筑当头模板直接浇筑混凝土,基本浇筑满腔。

对于个别小空腔在隧底钻孔3 m×3 m,梅花形布置,若钻孔揭示溶洞内有空腔,依据钻孔揭示情况,于正洞仰拱底部设置25 cm的钻孔,自正洞采用C15细石混凝土进行二次回填密实,防止仰拱下沉。

4 经验总结

隧道溶洞篇5

城口至万源快速公路通道八台山隧道是一座双向两车道二级公路隧道, 设计速度60 km/h, 主洞里程桩号K43+205~K48+480、长5 275 m, 避难通道里程桩号YK43+206~YK48+450、长5 244 m, 属特长隧道。隧道穿越3个背斜、2个向斜构造, 地质条件极为复杂。穿越二叠系茅口组、吴家坪组、长兴组、三叠系大冶组、嘉陵江组;岩性为灰岩、白云岩、盐溶角砾岩、泥质灰岩、炭质页岩、粉砂质页岩等。不良地质现象:岩溶及岩溶水、穿煤及瓦斯, 膏岩大变形、硬岩岩爆等。

2 溶洞情况

2012年8月3日, 八台山隧道施工至K45+480时, 揭露出一个大型溶洞 (见图1) 。溶洞长约87 m (K45+480~K45+567) , 宽35 m~66 m, 高度10 m~50 m (可见高度) , 走向大致与线路中线一致, 由左向右前方斜交。K45+480右侧发育一溶隙, K45+540洞顶见一斜向上延伸的岩溶通道, 延伸未知。K45+567.9发育一溶洞, 其延伸约60 m, 最宽处约13 m, 最高处约17.1 m (如图2所示) 。

溶腔壁局部有掉块现象, 节理发育, 局部有滴水现象。溶腔填充物主要为大块孤石夹小块石、碎石等。堆积物干燥无水, 溶洞内最低点处未发现有地表水存在, 只有砂土和水浸痕迹, 溶洞四壁无水。

3 溶洞区原设计情况

隧道在K45+480~K45+567段穿越地层为二叠系下统茅口组灰岩。位于背斜2轴部, 岩层产状变化大, 岩体相对较破碎, 岩体中发育两组裂隙。弱风化灰岩Rc=50 MPa, 完整性系数Kv=0.65, [BQ]=332.5。围岩等级为Ⅳ级。

4 处治方案

4.1 处治原则

立足于保护环境, 以隧道结构安全和施工安全为基本, 因地制宜, 综合治理, 彻底整治, 不留后患。

4.2 施工中保护措施

隧道K45+487~K45+542段完全位于溶腔内, 溶洞内不时会有岩块掉落, 为了防止隧道施工出现安全事故, 该段采用柔性防护钢棚洞+工字钢棚架进行临时防护。

4.3 具体处治方案

根据溶洞形态、地质勘察资料、溶洞与隧道的位置关系的不同, K45+480~K45+567段溶洞处治采用分段处治的方式。

1) K45+480~K45+487段。该段位于溶洞口部, 溶腔顶部高度基本与隧道顶板齐平。采用衬砌加强的方式处理。初支采用24 cm厚C20喷射混凝土, 18工字钢加劲, 纵向间距50 cm。锚杆采用42 mm注浆小导管, @50×100 cm, 长3.5 m, 二衬采用70 cm厚钢筋混凝土。拱底基础处理采用C15片石混凝土换填, 溶腔内部及衬砌位于溶腔充填物内的部分, 初期支护外侧增加C20混凝土护拱, 厚度150 cm (见图3) 。

2) K45+487~K45+495段。该段溶洞基本情况:a.拱顶以上空腔高度小于10 m, 二次衬砌施作完成后, 通过拱顶回填后空腔高度控制在6 m以内;b.衬砌施工完成后左侧空腔宽度大, 右侧空腔范围在1.5 m内;c.衬砌底部部分为坍塌渣充填物;d.岩溶壁裂隙较发育, 但无大的贯通裂缝切割, 基本无掉大块危岩情况。

处治方案:采用拱顶回填+衬砌加强+基础换填的措施处治 (见图4) 。拱顶采用洞渣回填, 以防止溶腔顶部岩块掉落, 砸坏衬砌, 回填面离二次衬砌的最小距离大于3.5 m (靠溶腔右壁的空洞, 因空间太小, 洞渣回填困难, 采用泵送C10混凝土填充) 。衬砌采用100 cm厚的钢筋混凝土结构。基础采用C15片石混凝土回填。

3) K45+495~K45+542段。该段溶洞基本情况:a.拱顶以上高度20 m~50 m, 隧道从溶腔中部偏右侧通过;b.衬砌施作完成后左右侧空腔宽度均大于5 m以上;c.拱底溶腔填充物厚度为3.5 m~10 m;d.岩溶壁大部分松脱岩块、危石已掉落, 偶尔出现小块块石掉落现象。该段拱顶及衬砌处理方式同K45+487~K45+495段, 采用拱顶回填+衬砌加强的方式进行处理, 对拱底基础处治, 提出如下三个方案 (见图5~图7) 。

方案一:桩基+承台方案。桩承台厚度2 m, 采用C30钢筋混凝土结构, 桩基直径1.5 m, 横向间距5.25, 纵向间距5 m, 共45根桩, 平均桩长11 m。桩基嵌岩深度不小于3倍桩径。方案二:托板+底板小导管注浆加固方案。托板厚度2 m, 采用C25钢筋混凝土结构。基底注浆采用89 mm钢花管注浆, 按1.5 m×1.5 m梅花形布置, 深度要求嵌入基岩不小于1.5 m, 注浆压力1.0 MPa。方案三:钢筋混凝土整体式基础+基底夯实方案。考虑到该溶洞规模较大, 存在的时间应该比较长, 洞顶岩体坍塌至底部后, 也经历了较长的时间, 目前溶腔填充物应该处于固结状态, 基本稳定, 发生不均匀沉降的几率较小。因此, 提出对基底进行夯实后, 拱底增加2 m厚C25钢筋混凝土整体式基础的形式进行处理。

4) K45+542~K45+567段。K45+541揭露基岩, 完整性右侧较好、左侧较为破碎;顶面距拱顶开挖轮廓线约5 m~6 m。采用暗挖的方式进行处理, 对衬砌进行了加强, 初支采用24 cm厚C20喷射混凝土, 18工字钢加劲, 纵向间距50 cm。锚杆采用25 mm中空注浆锚杆, @50×100 cm, 长3.5 m, 二衬采用55 cm钢筋混凝土。超前支护采用大管棚 (见图8) 。

4.4 防排水方案

1) K45+480~K45+487段防排水设计同隧道一般段。在溶腔内埋设200 UPVC双壁打孔波纹管 (外裹无纺布) , 将溶腔内的水排至中心排水沟, 波纹管每排间距2.5 m, 每排2根。2) K45+487~K45+567段, 二次衬砌背后防排水同隧道一般段, 对环向盲沟进行加密, 每环间距10 m。为了防止溶洞底部水平向流水通道被堵塞, 在隧道基础下方埋设碎石盲沟, 20 m一道。3) K45+542~K45+567段, 衬砌防排水同隧道一般段, 要对环向盲沟进行加密, 每环间距10 m。

5 方案比选

处治方案在隧道洞顶回填及衬砌加强方面都是相同的, 区别在于K45+495~K45+542段基础的处理不同。

各方案比较见表1。

比选结果:虽然方案一在施工工期和工程造价均劣于方案二、方案三, 但方案二、方案三在施工中均存在不确定因素, 后期运营安全中存在一定的风险。因此, 经综合比较, 推荐方案一。

6 结语

通过对八台山隧道K45+480~K45+567段大型溶洞的处治, 笔者有几点体会:1) 溶洞处治费用较高、工期较长, 工程风险大、难度高。在岩溶隧道选线中应重视地质选线, 尽量避开岩溶发育区。2) 溶洞处治方案选择时应综合考虑岩溶不同形态、地质条件、与隧道的位置关系等。3) 溶洞处治时, 要注意确保原有岩溶管的排水系统畅通, 切忌堵塞原有排水管道。

参考文献

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社, 2003.

[2]支卫青.公路隧道穿越大型溶洞处理方案的确定[J].现代隧道技术, 2006 (5) :70-73.

[3]张家铭.岩溶地区高速公路隧道溶洞处理[A].第二届全国岩土与工程学术大会学术论文集[C].2006:594-600.

隧道溶洞篇6

关键词：高速公路,隧道,溶洞,处理技术

0 引言

岩溶溶洞是可溶性岩层受具有溶蚀力地表水和地下水的化学和机械作用下而形成的地下溶蚀现象, 易产生的溶洞结构形态有沟槽、裂隙、空洞和暗河, 隧道场区属长江水系乌江上游地区, 地质属扬子准地台→黔北台隆→遵义断拱→毕节北东向构造变形区大寨背斜轴向近东一面, 于ZK132+790 (YK132+802) 通过鸡公山隧道, 岩体溶蚀节理裂隙发育频繁, 极易出现断层破碎带及溶蚀空洞, 岩溶溶洞对隧道施工的影响有洞害、水害、溶腔充填物及坍塌、洞顶原地表塌陷、破碎带无规则滑塌、溶蚀孔洞内涌气六个方面。

1 隧道溶洞类型

针对云贵高原所特有的卡斯特体貌, 受侵蚀-溶蚀现象较为突出, 地形条件较复杂, 项目地处黔西北溶蚀中低山地貌区段, 地形起伏落差大, 在山体间低洼处多存在山间冲沟, 岩溶裂隙水赋存于灰岩层, 风化砂泥岩富水情况较为明显, 加之大气降水量多, 地表下可溶性岩层在水的化学作用和机械冲刷作用下, 易形成暗沟槽、裂隙、空洞等, 结合杭瑞高速贵州省毕节至都格 (黔滇界) 公路两阶段施工设计图工程地质图水文地质条件, 以及现场施工过程中凸显的不确定因素, 将隧道溶洞分为以下六种类型: (1) 隧道轮廓线外小型溶洞; (2) 隧道拱腰以上发育大型溶洞; (3) 拱腰以下发育大型溶洞; (4) 隧道中心线纵向贯通溶洞; (5) 充水型溶洞; (6) 涌气型蜂窝状溶蚀孔洞。

2 溶洞的处理原则

施工中, 应严格按照施工图纸设计及“新奥法”施工方法施作, 在溶洞处理的过程中, 坚持精细组织、科学管控、以人为本, 以设备物资保障为基础, 以强化过程管控为理念, 以超前预报、监控量测、技术指导为前提, 以安全、质量为核心, 循序渐进, 确保溶洞周围岩体的整体稳定, 减少施工爆破中对溶洞周边岩体的扰动及破坏。

2.1 地质超前预报必须及时准确。

准确预测、预报隧道围岩的地质情况是合理选择施工方案、方法、方案优化、机械设备配置的必要前提。

2.2 过程管控坚持不懈。

过程管控要细化到每道工序的每一环节, 充分发挥人的主观能动性, 使现场施工作业标准化、习惯化、精细化, 做到理论与实践的有机统一, 同时要实践与反思相结合, 不断摸索、不断学习、不断积累、不断总结、不断创新, 形成切实可行的溶洞处理方案及经验, 为后续施工提供有力的理论、实践支持。

2.3 安全第一、紧抓质量。

从开挖到二衬施工, 严格按照相关技术规范进行操作, 对隧道进行实时监控, 严控隧道溶洞位置的不均匀变形及沉降, 预控异常涌突水情况的发生及连带冒顶塌方。做到防排水设计方案确实可行, 减少隧道二衬施工后渗漏水的二次投入和潜在安全隐患的避免。

2.4 施工方案可操作性强。

结合现场实际情况, 充分考虑人员、机械设备现场的可操作性及施工过程中的执行情况, 避免施工过程中的人、机、料的衔接不合理, 兼顾施工人员的操作难易程度及施工中活动范围, 尽可能优化现场施工方案, 降低施工难度, 使施工进入良性运作。

2.5 经济性优。

在保证安全、质量的前提下, 使施工方案做到最优化。

3 岩溶超前探查及施工中存在的问题

工程地质勘察的目的是为设计和施工提供工程地质依据, 便于施工现场施工方案的制定及比选, 但在岩溶地区地形起伏变化大, 岩石出露无连续性和规律性, 表层岩层往往十分破碎。普通的地质钻探难度大, 很难反映场区的岩溶地质情况, 往往在隧道施工过程中要始终坚持地质预报先行, 超前地质钻探及红外探水相结合的方法进行全程预控, 配合人工流动监测相结合进行隧道围岩及水源分部情况的全过程管控。一般地质雷达监测图像及成果如图1和表1所示。

结合岩溶区域地质形态和特点, 隧道施工在开挖过程中, 由于地层受力状态发生变化, 原结构层面被强行破坏, 会引起地层变形沉降, 隧道工程施工中常见问题如下: (1) 钻探塌孔、卡钻、埋钻; (2) 涌泥、涌砂现象严重; (3) 隧道塌方、冒顶; (4) 地表塌陷; (5) 溶腔填充物垮塌; (6) 涌突不明气体。

4 溶洞一般处理技术措施

4.1 超前地质预报。

地质预报可采用地质物探、钻探、探洞、描述相结合的综合地质探测手段, 掌子面水平钻孔宜采用高效钻机钻探, 减少预报周期, 节约施工成本, 为施工方案的比选提供地质及水文资料基础。

4.2 隧道开挖及预支护。

根据隧道围岩变化及超前地质预报资料, 当隧道开挖至接近断层破碎带、填充富水型溶洞岩溶地段时, 应严格控制二衬、仰拱与掌子面的安全距离, 确保施工安全稳定。溶洞段爆破开挖时, 根据超前探察结果, 增设超前小导管。若前方区段富水量大, 围岩破碎程度严重, 可增设排水设施、编制引排方案, 预先采用超前管棚进行加固处理, 也可采用环向帷幕注浆止水处理 (超前预注浆布置图、流程如图2、3、4所示) 。确保超前预支护施工质量符合预期效果要求, 控制好单次开挖长度, 若需局部爆破, 则需重点控制起爆药量及爆破范围。

止水帷幕注浆注意事项: (1) 在预注浆前应认真分析设计提供的勘测资料, 通过超前地质预报、超前物探及超前钻孔等方法探明地下水、裂隙水的发育情况, 超前钻孔应在距离预测涌突水位置前5~10m进行布设。 (2) 注浆孔自掌子面沿开挖方向以隧道中心线为中心呈伞状布置, 全断面帷幕注浆范围为开挖轮廓线外5m, 共设6环注浆孔, 第Ⅰ~Ⅲ环每环22个注浆孔, 第Ⅳ环16各注浆孔, 第Ⅴ环10个注浆孔, 第Ⅵ环4个注浆孔, 局部注浆孔数及位置可以根据现场实际情况进行调整。 (3) 每循环注浆长度为25m, 注浆后开挖20m, 预留5m不开挖作为下一循环注浆的止浆岩盘, 施工中注浆段落位置及长度可根据现场地质情况综合考虑进行调整。 (4) 单孔注浆液扩散半径为2.0m, 每循环孔底间距不大于3.0m, 使注浆扩散圈。有效重叠形成阻水帷幕。 (5) 注浆前在止浆岩盘内钻准115钻孔并埋设准108×4热轧无缝钢管作为孔口管, 孔口管长3.0m, 孔口管外露20~30cm, 其余注浆孔为准90钻孔。 (6) 注浆材料采用水泥—水玻璃双液浆, 浆液浓度应据地质及水文条件进行调整, 初拟注浆参数为:C:S (体积比) =1: (0.6~1.0) , 水泥浆水灰比为0.8:1~1:1, 水玻璃模数2.6~2.8, 水玻璃浓度35Be', 注浆压力为0.5~1.5MPa。 (7) 注浆结束标准:单孔注浆压力达到设计终压并稳定10min以上可结束本孔注浆, 单孔注浆量与设计注浆量基本相同, 结束时的进浆量在20~20L/min以下时可结束本孔注浆。 (8) 注浆堵水效果检查:每循环全部注浆孔注浆完成后, 在主要出水点附近设置至少5个检查孔测孔内涌水量, 要求全断面涌水量小于1.0m/d.m, 或进行吸水试验, 即在0.75MPa的压力下吸水量小于2L/min为注浆合格, 否则应补孔注浆。 (9) 超前预注浆起始工作面应距预测突水位置5~10m, 以保证足够的止浆盘, 其终点应超过预测突水段5m。

4.3 隧道结构及支护。

当隧道穿越软弱围岩地带时, 开挖后岩体变形大, 尤其大溶洞填充物破碎带开挖会对溶洞自身稳定造成很大影响。导致隧道初支、二衬承受局部应力集中, 影响隧道的受力结构。因此, 在隧道施工中应与设计方密切联系, 及时跟踪调查, 拟定合理的开挖方案及支护参数, 编制预留沉降量控制方案及监控量测方案, 必须时可增设套拱及双拱架进行支护, 初期支护尽早封闭成环, 确保开挖断面的整体受力均匀, 二衬、仰拱及时跟进。

4.4 隧道防、排水处理。

对于地下水发育的岩溶隧道, 采用“以排为主、防堵结合”的原则, 在隧道施工过程中尽可能维系原地下水排放通道, 若切断原地下水排放系统可采用分流、迂回疏通的方式来闭合原有水流通道或永久引排。对探测大型富水溶腔应先进行集中引排处理后, 在进行掘进施工, 施工中及时梳理中心排水系统, 避免洞内积水带来的安全隐患。

4.5 隧道防堵气处理。

对于瓦斯、涌气的隧道, 坚决贯彻“安全第一, 预防为主, 依靠科学, 综合管理”的方针, 施工中的管理工作必须在此方针的基础上做到科学、简便、严密、系统。采用“短进尺, 弱爆破、强支护, 勤监测, 强通风, 快喷锚”的施工原则进行作业。

5 施工中常见溶洞处理措施

5.1 隧道开挖轮廓外发育小型溶洞处理方案如下:

(1) 对隧道拱顶及拱腰以上发育深度小于2m的溶洞, 清除溶洞充填物后在溶洞周边打设Φ22药卷锚杆 (长2.0~3.0m, 间距120×120cm, 深入基岩>1.0m) , 待初期支护施作完成后分次泵送C15混凝土回填; (2) 对于隧道边墙发育高度小于3m的溶洞, 用干砌片石回填, 并采用厚度不小于2m的M7.5浆砌片石进行封堵, 并且每隔2m设置一道Ф100mm软式透水管与中心排水沟相连; (3) 对于隧道仰拱及路面下发育深度小于2m的溶洞, 清除溶洞充填物后采用C15片石混凝土回填;该类型溶洞按原设计开挖方法均可顺利通过。 (图5-7)

5.2 隧道拱腰以上发育大型溶洞处理方案如下:

(1) 对于拱腰以上发育大型无充填物 (或填充物可清除) 的溶洞, 沿溶洞周边打设Φ22药卷锚杆 (长3.0m, 间距120×120cm, 深入基岩>1.5m) , 设置Φ22钢筋网 (间距20×20cm) 后泵送浇注C25混凝土, 其最薄厚度不小于80cm, 两侧嵌入岩石内不小于50cm, 待混凝土强度达到70%后采用吹沙回填做缓冲层; (2) 对于拱腰以上发育大型有充填物的溶洞, 沿溶洞周边打设超前超前小导管或大管棚作为超前支护, 隧道开挖后初喷10cm厚混凝土, 然后施工I20b型钢拱架、准6.5钢筋网20×20cm (双层) 及喷射50cm厚混凝土作为护拱, 并设置长3.0m长Φ22锁脚锚杆, 在护拱保护下再施工初期支护及二次衬砌; (3) 当施工中遇到岩溶水时, 综合采取截、堵、排、防措施进行治理, 岩溶水水量不大时, 优先进行疏导, 当岩溶水量较大, 应根据实际情况分别采用帷幕注浆、局部注浆等方式进行堵水, 同时应对施工可能引起水资源漏失程度做出评价, 必要时对当地生产和生活用水采取适当的保护措施。 (图8-15)

5.3 隧道仰拱及边墙发育大型溶洞处理方案如下:

(1) 上部宽度较窄的溶洞, 采用M7.5浆砌片石回填及C25钢筋砼梁跨越, 施工中预埋Ф100mm软式透水管作为泄水通道; (2) 上部宽度较宽的溶洞, 采用工字钢砼梁跨越。开挖方法可按台阶及预留核心土法施作。 (图16-19)

5.4 溶洞引起的地表坍塌采取的施工措施:

(1) 洞顶覆盖层较厚, 洞顶原地表采用回填夯实处理, 同时对原地表水源进行引排, 同时做好地表沉降观测, 洞内采用”大管棚+小导管+临时支撑+超前帷幕注浆”进行综合处理; (2) 洞顶覆盖层较薄, 洞顶原地表采用注浆预加固使得地表岩体得到加固, 洞内采用”大管棚+小导管+临时支撑”进行综合处理, 小导管及管棚加大了支撑体系的刚度, 防止地表岩体坍塌。施工中应严格控制注浆质量, 确保其作用的发挥良好, 同时做好地表排水及监控量测工作; (3) 此溶洞段破碎带开挖开挖可采用CD或CRD进行施作。 (图20-27)

5.5 充水型溶洞采取的施工措施。

当掌子面短距离超前探孔内发生涌水后, 可采用钻机进一步探测, 探明溶洞发育深度、充水量, 取证其水流补排途径。通过钻孔排水后, 监控其水量、水压变化;地下水丰富的隧道, 一般采取“以排为主, 绕排结合”的施工方法, 通过增设泄水洞对溶洞水直接排放处理。针对可能造成地下水大量流失、环境遭到破坏的溶腔, 主要以“以堵为主, 限量排放, 排堵结合”的施工原则进行治理。在施工中采用全断面帷幕注浆技术充填衬砌开挖轮廓线5m范围内岩溶腔体及裂隙, 防止开挖过程中发生突泥、突水等地质灾害, 保证施工安全。 (图28-29)

5.6 针对鸡公山隧道涌气性溶蚀孔洞采用的施工措施。

鸡公山隧道ZK132+710掌子面出现不明气体从掌子面围岩裂隙喷出, 气体压力达1-2MPa, 时间不长即充盈整个掌子面, 随即出现工人呼吸困难、眩晕、浑身酸软无力、呕吐等症状, 装载机也出现熄火现象。工班长立即撤出作业人员, 掌子面揭露的岩石为灰黑-灰绿色炭质泥岩夹灰绿色钙质泥岩, 岩质软~较软, 岩体破碎~较破碎, 在构造挤压作用下褶曲发育 (见图30、图31) ;局部岩石上附着的石英、Si O2盐类白色晶体见图32、图33) , 根据岩层产状和构造情况, 隧道左洞进口掌子面已快接近背斜核部, 受背斜构造影响上部岩层皱褶发育处于一种封闭环境, 导致背斜内物理、化学反应产生气体不能释放, 故背斜核部积聚气体压力大, 只能通过掌子面开挖裂隙涌突, 持续时间长, 给施工现场造成严重影响。

2013年9月11日, 及时邀请中煤科工集团重庆研究院工程师现场对气体取样。9月19日下发监测报告气体成分如下:氧气 (O2) 3.248%, 氮气 (N2) 95.67%, 甲烷 (CH4) 753.8PPM, 一氧化碳 (CO) 28.48PPM, 二氧化碳 (CO2) 598.6PPM, 硫化氢 (H2S) 0.9PPM, 其它0.75%。

采用措施: (1) 鸡公山进口左幅ZK132+710~ZK132+725段掌子面采用全段面帷幕注浆封闭气体处理, 注浆液采用有机高分子双液浆注浆材料 (波雷因) , 钻孔采用ZY-1250型煤矿用全液压钻机。 (2) 洞内增设一台风机进行加强通风, 2台风机24小时全天侯作业。 (3) 施工作业人员全部带氧作业, 隧道内增设供氧设备集中供氧。 (4) 现场专职安全员采用瓦斯监测仪、硫化氢监测仪等相关便携式仪器24小时轮班对掌子面有毒、有害气体浓度进行跟踪监测。5、现场安排应急救援物资及医疗器具, 确保隧道施工人员人身安全。 (5) 严控掌子面开挖进尺, 及时支护, 及时封闭初支。 (6) 邀请相关专家亲临现场进行工序作业指导。

采用以上施工措施保障, 注浆效果明显, 气体涌突得到了有效抑制, 现隧道已安全通过覆盖区, 二衬均已全部封闭, 无人员伤亡, 鸡公山隧道涌气段施工为我们提供了宝贵的学习及实践经验。

6 注意事项

6.1 反坡施工的隧道应配备满足排水所需的机具设备, 并确保设备处于良好的运行状态, 对长大隧道应间隔一定距离设置集水井, 采用中转进行引排, 减少资源浪费。

6.2 做好超前地质预报, 结合地层产状, 分析地质构造, 采用多方法结合, 准确识别其工程地质情况, 可以比较准确地判断围岩掩体特性, 制定详实可行的操作方案。

6.3 施工中要高度重视监控量测工作, 计算并预留足够的沉降变形量。

6.4 加强初期支护质量, 尤其围岩堆积体、破碎带位置测量放线必须准确, 保证初支及时有效, 不侵限。

6.5 注意单次开挖进尺控制, 同时仰拱、衬砌及时跟进, 确保施工安全。

6.6 加强掌子面的引排水, 避免积水浸泡基础。

6.7 定期做好人员的安全、质量、技术教育工作。

7 小结

岩溶地区高速公路隧道施工遭遇溶洞和溶槽几率较大, 给施工造成一定的影响较为常见。所以对溶洞处理研究显得尤为重要制定操作性强、安全稳妥的处理方案十分重要。本文结合毕都高速公路龙场隧道、鱼塘梁子隧道、鸡公山隧道遭遇溶洞时的处理方案, 介绍了岩溶地区不同位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件溶洞的处理办法, 分别为封闭、回填、护拱、缓冲层、承台跨越、超前注浆或管棚施工工艺。上述处理技术绝大部分经过实地验证, 经济, 安全, 实用;施工中要严格遵循处理原则, 切实执行处理方案, 根据现场实际地质情况进行合理调整施工各参数, 保证施工安全。上述施工总结对岩溶地区高速公路隧道溶洞处理较为实用, 希望在以后岩溶地区施工中, 借鉴使用, 创造最佳经济效益。

参考文献

[1]JTG F60-2009, 公路隧道施工技术规范[S].

[2]JTG/T F60-2009, 公路隧道施工技术细则[S].

[3]毕都高速公路《两阶段施工图设计》.

[4]王锐.浅谈隧道溶洞处理[J].中国水运期刊, 2012.

[5]黄伯瑜.岩溶地基稳定性评价与工程处理勘察科学技术[J].1988.

[6]郭凯.大柳塔矿综采工作面采空区氮气涌出原因分析及控制技术研究[D].硕士论文.

[7]张发文.水溶性聚氨酯注浆技术在地下室渗漏治理中的应用[J].科技风期刊.

[8]雷升祥.瓦斯隧道施工技术与管理[M].中国铁道出版社, 2011.

隧道溶洞篇7

基于鄂西山区复杂岩溶地质情况, 本文根据鄂西山区特殊地质情况, 结合COMSOL Multiphysics数值模拟软件计算结果, 指导岩溶隧道溶洞区隧道施工要求, 提出针对鄂西山区高速公路岩溶隧道溶洞处治技术。

一、溶洞对隧道围岩稳定性的影响数值分析

1. 计算模型参数及边界条件的选取

分析溶洞对隧道围岩稳定性的影响, 溶洞简化为圆形。采用摩尔一库伦本构模型。本次计算模型以恩黔恩来高速白岩脚隧道为例, 选取隧道中点为坐标原点, 考虑边界效应, 故计算模型选取隧道横向 (X向) 长度100m, 竖直方向 (Z向) 长度为100m, 纵向 (Y向) 长度为6m。

(1) 边界条件:固定下边界垂直位移, 固定左右边界水平位移, 固定前后边界纵位移。

(2) 隧道开挖方法为上下台阶法, 先开挖隧道上台阶, 再开挖下台阶。

(3) 具体计算参数:

隧道选取横向跨度10m, 溶洞选取水平跨度10m, 高跨比为1。

2. 计算结果分析

(1) 应力场分析

隧道开挖最大压应力发生在拱脚部位, 随着隧道开挖, 围岩应力场发生变化, 隧道拱顶部位压应力逐渐增大, 拱顶两侧和拱脚部位率先发生应力集中现象。

3. 位移场分析

(1) 竖向位移

开挖后周边位移随溶洞到隧道底部的距离的增大而发生变化。当隧道底部有溶洞存在时, 底部竖向位移变化最大。拱脚的竖向位移大于无溶洞时的隧道开挖位移, 隧道底面竖向位移亦大于无溶洞时的隧道开挖位移;拱顶点在底部有溶洞分布时, 竖向位移小于无溶洞时的隧道开挖位移, 拱腰点竖向位移也是小于无溶洞时的隧道开挖位移。

(2) 横向位移

随着隧道开挖后, 水平位移随溶洞到隧道底部的距离的增大而发生变化。隧道拱脚两处水平位移变化最大。

4. 对施工的指导作用

数值分析结果表明, 随着隧道的开挖, 隧道拱顶两侧和拱脚处最易发生较大形变, 且若发生塑性破坏, 率先由此处发生。当溶洞位于隧道底板下方时, 拱脚处更易发生变形破坏, 故施工时应加强监测该处的周边位移, 并及时施作锁脚锚杆, 及时封闭成环。如有需要及时施作仰拱。但针对穿越隧道的大型溶洞, 宜采取下文处治方案。

二、溶洞处治目的及处治原则

1. 溶洞处治目的

(1) 确保施工期间机具、人员安全

位于隧道底板下方的部分溶洞, 其填充物为淤泥和松散的细砂, 承载力很低 (40~80Kpa) , 通过对溶洞处理, 确保大型机具安全、顺利通过溶洞区, 避免机具突陷等意外事故的发生。

(2) 防止地表塌陷和过大沉降

位于隧道拱顶上方的部分溶洞, 其填充物为淤泥、砂层和粘土, 而隧道围岩为中、微风化灰岩, 是典型的上软下硬地层。不少溶洞呈串珠状分布于隧道拱顶上方, 对于浅埋段, 易造成塌方冒顶等事故。通过处理, 使隧道拱顶上方地层和山体能保持稳定, 防止拱顶坍塌、冒顶等事故, 减少地表沉降。

(3) 满足永久隧道结构的承载力、变形、防水要求

溶洞填充物和灰岩地层承载力有很大的差别。通过对地层处理, 提高该处地层的承载力, 减小不同地层之间的差异沉降, 减少隧道内渗水, 以满足隧道正常运营。

2. 溶洞处理原则

(1) 物探先行, 钻探跟进

对地质异常段进行物探。使用各种物探手段对含水构造进行定性探测, 确定该含水构造的性质。通过含水构造的边界、充填介质和含水率来定性判断充水 (泥) 溶洞、暗河、溶管 (溶槽) 、裂隙或是断层。

在采用物探手段进行定性判断之后, 实施钻探并结合相应的可视化手段, 对溶洞区域进行进一步的精确判断。查明水压、水量、充填介质。同时根据钻孔涌出物来判断是否连通暗河。

(2) 分区治理

根据各涌水段不同涌水原因、不同地质构造、不同涌水方式采取不同的治理方式, 称为分区治理。根据涌水原因和地质构造来选择注浆治理的机械设备和注浆方式, 根据水压、水量提出对注浆材料的要求来确定注浆材料。根据含水构造的形式和涌水方式选择适用的注浆工艺。

(3) 堵排结合, 集中可控排放

本着对工程地区生态环境负责任的态度, 对于隧道内的各种形式涌水原则上都要采用完全封堵的方式来治理, 但是由于工程技术原因决定了不是所有的突涌水都彻底封堵, 于是需要区分对待不同形式的工程水害来在保证生态的前提下, 来实现工程效益和经济效益的最大化、合理化。

(4) 择机治理

在溶洞治理过程要高度重视封堵时机的选择, 在最大保证工程安全和最大程度节约治理的成本的前提下选择适当的机会对岩溶水进行封堵。对于空腔型蓄水结构在实施超前注浆治理无效后可以选择施工绕避;在封堵岩溶地区的季节性岩溶水时, 在不影响正常施工的前提下可以选择枯水季节进行治理。

三、典型的工程案例

1. 工程概况

大岩坝隧道是湖北恩施至重庆黔江公路路线上的一座分离式隧道。隧道起讫里程桩号左线:ZK41+224~ZK42+559.691, 长1335.691m;右线:YK41+229.5~YK42+565, 长1335.5m, 为长隧道。隧道最大埋深约141m, 洞轴线方位角约237°~230°。隧址山体覆盖层零星分布, 主要为残坡积 (Q4el+dl) 的粉质黏土、坡积 (Q4dl) 角砾及崩坡积 (Q4dl+c) 碎石土, 出口附近有少量坡冲积 (Q4dl+al) 粉质黏土, 岩层为二叠系下统茅口组 (P1m) 灰岩。隧址地质构造为单斜岩层构造, 岩层产状在325°∠28°~345°∠45°之间。

2. 溶洞揭示情况

大岩坝隧道Y K 4 1+2 3 5处隧底有大型溶洞, 溶洞纵向发育长约35m (YK41+235~YK41+270) , 深约40m, 水平宽度约55m。在隧道ZK41+240处与地下岩溶通道相连, 不可见底, 终点处岩层倾角约75°。溶洞区最大边长超过22m, 平面投影面积超过300m2, 洞高1.0~11.00m, 洞宽0.5~3.5m。底板自ZK41+262~ZK41+240大约呈25°自上向下发展。

3. 溶洞治理方案

由于该溶洞距离洞口15m, 隧底洞身地质条件较差, 为V级围岩支护, 溶洞顶板距离隧底有一定的厚度, 溶洞净空太高。如果采取梁板跨越方案需爆破隧底扩宽溶洞入口, 很容易造成洞口段洞身塌方, 而且施工周期长。经过论证采取回填方案, 如图3所示。

溶洞入口采取如下治理措施:

开挖轮廓线以上边墙坍塌部位采用Ф42注浆小导管挂网防护, 小导管长度3.5m, 梅花型布置, 间距为1m×1m;挂Ф8钢筋网, 间距为20cm×20cm, 喷10cm厚C20混凝土进行封闭;

开挖轮廓线一下直至溶腔底部采用Ф22砂浆锚杆挂网防护, 形成安全施工通道, 砂浆锚杆长度1.5m, 梅花型布置, 间距为1.2m×1.2m, 挂Ф8钢筋网, 间距为20cm×20cm, 喷10cm厚C20混凝土进行封闭。

溶洞底部施作碎石盲沟, 与溶洞周边及溶洞底部地下水系相连, 保证地下水通畅。

溶洞底部采用3m厚度干砌片石回填, 在片石上面采用隧道洞渣进行回填, 对回填洞渣要分层夯实, 回填至距离溶洞空腔顶约2m高度。

待洞渣沉降稳定后, 顶部铺设钢筋网及喷砼封闭。

喷砼封闭后以上溶洞空腔采用C15混凝土进行回填, 直至充满溶洞余留空腔。

待溶洞回填全部结束后, 在回填顶面预埋2至3根混凝土泵送管和检查管, 然后再进行隧道仰拱及仰拱回填施工。如有溶洞空腔回填砼沉降, 可通过预埋的砼泵送管注浆或泵送砼将空洞回填密实。

四、结论

1. 本文归纳总结了鄂西山区恩黔恩来高速公路溶洞分类情况, 针对特殊位置的溶洞采用数值模拟的方法进行计算分析, 得出结论, 当溶洞位于隧道底板下方时, 在拱脚两侧最易发生变形破坏, 故应在此处加强支护;

隧道溶洞篇8

1.1 岩溶地区隧道围岩分级应考虑因素

岩溶的发育演化一般可划分为三个阶段:形成阶段, 主要表现为溶蚀现象;发展阶段, 主要表现为溶洞和地下暗河;衰亡阶段, 主要表现为崩塌、钟乳石类次生化学沉积大量发育、洞穴空间逐步壅塞减小。

岩溶对隧道的危害主要分为四种类型:洞穴的存在使隧道全部或部分悬空, 将极大地降低隧道的安全性;岩溶水中可溶性物质含量增高, 水的流通将给隧道结构带来侵蚀, 影响隧道的使用寿命;洞穴堆积物因松软易坍塌下沉, 改变洞穴周边的应力分布形态, 影响隧道的结构稳定;隧道中地下水流失, 使隧道顶部地面岩溶塌陷, 也是造成隧道结构不稳定的原因。

1.2 岩溶地区围岩分级建议

对于处于形成阶段的岩溶, 由于其对岩石整体稳定性影响小, 基本可以不考虑其影响, 可根据主体围岩等级直接划定, 但应在地质文件中指出其范围, 并做适当描述。

对于发展阶段的岩溶, 如果隧道与其大型地下洞室 (暗河) 相交, 只能指出溶洞 (暗河) 与隧道相交长度及其大小而不能分级, 但是靠近溶洞、暗河区域, 在围岩分级上应考虑其影响在适当长度范围调整围岩级别。

对于衰亡阶段的岩溶, 基本原则同发展阶段的岩溶, 如果隧洞在洞穴堆积物中通过距离较长, 性质较单一, 也可定为VI级围岩, VI级围岩的结构衬砌设计、施工方案只能是初步设计, 应通过实验、小范围验证才可铺开实施。

2 岩溶地区隧道衬砌结构设计思考

2.1 岩溶地区隧道一般衬砌结构要注意的问题

虽然岩溶的发展变化十分缓慢, 但究竟在发展, 隧道设计如果不根据已有存在的溶蚀现象预留适当的过水管道, 而是强行用衬砌阻断水源, 可能使衬砌结构承受额外水压, 导致结构的安全系数降低。

同时地下水中CO2浓度较大, 具有较强的腐蚀性, 隧道初期支护必须考虑防腐蚀问题, 采用防腐蚀砼材料, 防水层材料也要相应增加检测指标, 保证在CO2饱和浓度下的耐久性。隧道的二次衬砌可不采用防腐蚀砼, 但是洞内用于排除围岩渗水的中央水管、水沟也须有防腐蚀考虑。

有资料表明, 当溶洞不具有坍塌条件的完整顶板, 其厚度≥洞跨度的1/2时或当溶洞节理裂隙发育, 且胶结不良, 具有坍塌条件的不完整顶板, 其厚度≥5倍洞高时且无明显渗、漏水的情况下可以不处理而直接通过该溶洞。即洞内采用路基或桥梁方案过溶洞, 而不作初期支护和二次衬砌, 可称为洞内无衬砌结构。

采用无衬砌结构时, 发现洞内存在明显渗、漏水情况时, 应考虑棚洞或明洞结构, 用以保护溶洞内道路行车安全。

3 岩溶地区隧道溶洞处理

3.1 溶洞处置的主要原则

隧道遭遇到发展和衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞、暗河时, 应对溶洞逐个处理, 不必寻找标准的设计。设计的通用原则是:隧道的衬砌结构有足够安全性、保证在可预见期内洞穴的稳定性、原有水流通道不被阻断、方案较为经济适用。

3.2 溶洞处理主要方式

隧道过溶洞处置方式有内增设边墙梁、行车梁、支墩、承托纵梁、拱桥、加大隧道净空宽度跨度、跨越岩溶或对隧道周边岩体进行封闭、加固、加强衬砌等。

当溶洞规模较大、溶洞内充填物松软, 基础处理工程修建困难、耗资巨大, 或者溶洞虽小但水流较大时, 可根据具体条件采用相应的梁跨、板跨等形式跨越岩溶地段。

此方式一般采用钢筋混凝土梁跨越, 梁体采用抗侵蚀砼。当隧道衬砌断面需要开挖围岩才能满足净空要求时, 应先开挖围岩, 再施工跨越结构, 以确保安全, 同时应注意不同受力结构间的断缝设置及连接措施设置。

已停止发育的干溶洞, 在考虑有效的过水通道后, 可采用砼、浆砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。

为防止洞穴岩壁或顶板坍塌, 在清除松动岩石困难的情况下, 可采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体。此时隧道衬砌应考虑抗冲击措旌, 一般采用明洞衬砌, 衬砌顶部设置回填体, 其表面设置护面结构, 回填体以上空间的溶洞洞壁采用锚杆、钢筋网、喷射砼封闭支护;若溶洞较大, 可设置横向钢轨或设人字形钢轨栅架。

当隧道穿过的溶洞由碎、块石及淤泥土充填, 充填物的松散密实程度不一时, 隧道底部应考虑采用钢筋混凝土底板, 清除底板下松散体, 回填碎石, 并在底板下加设钢筋混凝土桩进行支顶。

4 岩溶水处理的思考

4.1 岩溶水的处理原则

对岩溶水的处理通常原则是以“排”为主, 截、堵、排、防相结合的综合处理措施, 笔者认为应该是以“通”为主, 截、排、堵相结合的综合处理措施。“通”是指尽量保持原有过水通道, 不能因为隧道的修建发生大的变化;“截”是指截断原有地下水通道, 改走其他通道;“堵”是封死相交的地下水通道;“排”是特指引入隧洞, 通过排水沟排走;“防”是指防止地下水进入隧道。

岩溶水处理的工程措施有泄水洞和涵洞两类, 采用泄水洞排水属于“排”和“截”的范围, 采用涵洞过水属于“通”和“截”的范围。

4.2 泄水洞排水

当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大, 而隧道确实无法避开时, 需考虑专门设置排水隧洞, 达到排除岩溶水, 降低地下水位, 保持隧道干燥和施工安全的目的。

泄水洞应位于地下水来向一侧, 为防止岩溶水突然袭击, 施工中要采用超前钻孔探测, 预备足够的抽水设备。泄水洞的设置可能对生态环境有不利影响, 应从施工、环保、安全等多方面进行评价, 以保证方案考虑周全, 成本最低。

4.3 涵洞、倒虹管吸过水

隧道断面与岩溶水相交时, 为保证岩溶水畅通, 在隧道底部设钢筋混凝土圆涵, 或倒虹管, 同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘采用浆砌片石回填密实。在采用此方案时要正确考虑涵洞过水断面, 一般应按丰水季节流量考虑。

5 其他要考虑的问题

5.1 洞穴堆积物及地表塌陷处置

当隧道必须穿越洞穴堆积物地段时, 可采用桩基、换填、注浆等加固岩体的处理措施。隧道中地下水渗流排泄, 导致岩溶地面塌陷, 造成隧道开挖时坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通过该地段形成过程和突然发生所参与的力是相当复杂的。施工中可采用化学注浆和管棚支撑开挖, 同时从地表高压注浆, 固结塌陷松散体, 避免出现突泥现象。

5.2 设计阶段工程量估算

隧道溶洞篇9

为了解溶洞分布形态对围岩稳定性的影响,以龙潭特长隧道为依托工程分别对拱顶的不同溶洞分布进行数值模拟,详细工况见表1。

如图1所示,为表达方便特做以下规定: A点表示拱顶位置,B点表示拱腰位置,C点表示拱隅角位置,D点表示拱底位置;R表示溶洞半径,L表示溶洞与隧道的净距。

2 计算模型与计算参数

据Saint Venant原理及相关文献资料,计算模型以该隧道ZK72+752断面为典型断面进行建模,模型范围为113.6 m(水平宽度)×86.5 m(竖向高度),左、右边界为水平方向约束,底部为竖直方向约束,顶部为自由面,并施加5.041 MPa的均布压力P,以模拟模型上部186 m岩(土)体的自重影响。

计算所选用的力学参数如表2所示。

3 分析阶段

根据龙潭隧道原施工图设计文件,隧道周围为Ⅳ类围岩,采用全断面法,分析阶段见表3。

4 计算结果分析

4.1 围岩周边变形的特征

图2～图7揭示出以下特点:

1) 溶洞周围出现的应力集中使得原本水平分布的应力出现竖向分布,随着半径的增大这种影响就越大。

2) 隧道开挖后Uy随着溶洞半径的增大而减小,随着净距L的增加而变大。

3) 从理论上可以理解为溶洞本身已成环稳定,在隧道开挖后,其顶部正是两种集中应力相互作用最明显的区域,由于两者对顶部围岩的力学效应相反,因而使得隧道顶部的应力集中大部分被缓解,从而使得开挖溶洞下方的断面时顶部竖向位移随溶洞尺寸增大而减小。

如上所述,隧道拱顶出现溶洞单从Uy角度看,溶洞的半径越大,溶隧净距越小,Uy越小,隧道反而越安全,因此,以下需从应力和安全系数角度来分析其受力特征。

4.2 塑性区分布特征

通过对图8～图9的分析比较,得到以下结论:

1) 塑性区主要分布在拱底仰拱部位,拱顶处在压力区范围内安全系数较高。

2) 当溶隧净距一定(以L=0.50 m为例)时,随着溶洞半径的增加:随着半径的增大拱腰开始出现塑性区,并进一步向拱顶扩展与溶洞周位的塑性形成贯通,拱底塑性区变化不大。

3)当溶洞半径一定时(以最不利R=4.00 m为例)随着溶洞与拱顶边缘净距的增加,塑性区逐渐减小并向两侧收缩,剪应力和压力集中区的应力在增加。

4)拱顶溶洞的影响主要在于增大了拱部的塑性区范围。

4.3 隧道周遍应力分布特征

4.3.1 拱顶A点

A点系化如图10～图13所示。

拱顶溶洞分布对拱顶A点影响如下:

1)L≥2 m 时,溶洞分布对拱顶围岩的稳定性影响很大,L减小,R增大,拱顶σ1急剧减小并有出现拉应力的趋势;拱顶σ2则急剧增大,拱顶τxy急剧增大,安全系数急剧变小。

2)L>2 m时,σ1、σ2、f呈线形变化,除拱顶τxy变化不大外,其余变化趋势基本同上。

4.3.2 拱腰B点的变化

B点变化如图14～图17所示。

拱顶溶洞分布对拱腰的σ1、σ2、f影响不大,仅使拱腰的τxy变小。

4.3.3 仰拱隅角处C点的变化

C点变化如图18～图21所示。拱顶溶洞分布对仰拱隅角σ1、τxy、f影响不大,仅使σ2变小。

5 结论

隧顶溶洞分布对围岩稳定性的影响主要表现在以下几个方面:

1) 隧道顶部溶洞对拱部围岩稳定性的影响较大,对边墙和底部的应力场影响不大。

2) 当溶隧净离L≤2 m时,溶洞对拱部围岩的稳定影响非常明显;L>2 m时拱顶溶洞对拱部τxy影响不大,其拱顶A点σ1、σ2、f与溶洞的半径和净距呈线性变化如下:

${\begin{cases} σ_{1} = - 0.181 2 L - 0.005 5 R - 6.286 1 ‚ \\ σ_{2} = 0.836 3 L - 2.429 9 R - 22.321 ‚ \\ f = 0.126 9 L + 0.107 8 R + 2.006 9 . \end{cases}$