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浅谈隧道施工溶洞及塌方处理
[摘要]溶洞是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空,降低隧道使用的可靠度;季节性的岩溶洞穴涌水,给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素;塌方冒顶是指隧道施工中,山体上部岩层塌落的现象。是隧道开挖施工后,原先平衡的山体压力遭到破坏而造成的。因此,制定合理、、有效的溶洞、塌方处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段非常重要。本文根据厦蓉高速公路榕江格龙至都匀段BT16合同段上寨隧道隧道施工溶洞、塌方处理情况,介绍相关处理方法。[关键词]公路 隧道 溶洞 塌方 处理
一、工程简介
厦蓉高速公路榕江格龙至都匀段上寨隧道全长2727m,隧道设计为双洞四车道,单洞净宽11.25m,净高7.1m。右洞起讫桩号YK170+917-YK172+644;该隧道地处云贵高原东南缘,苗岭山脉与广西北部九万大山的衔接地带,总体为西高东低,地貌以低山为主,次为丘陵和中山。地貌类型为溶蚀,侵蚀地貌,属浅、中至深切割中低山及高山区。峡谷深切,河道弯曲,山峰与河谷相对高差较大,且岸坡陡峻,沟壑纵横。沿线地层复杂,岩性多样。岩性主要为白云岩、漂卵石土、亚砂土、碎石土等。路线经过区域地质构造运动较强烈,褶皱和断层发育,地质构造复杂,岩石较破碎。该隧道岩溶发育为厚层—块状石灰岩、白云岩灰岩区,地表发育岩溶地貌,地下发育溶洞、落水洞、暗河、溶孔及溶隙。
二、溶洞概况
1.上寨隧道右线YK171+128掌子面前方围岩溶蚀发育,发育有较大溶洞、钙化、石钟乳和钟乳石,溶洞顺路线前方及右下方分布,形成长条状溶洞(由于溶洞内地形复杂,无法探测具体溶洞长度及深度)。
2.上寨隧道右线YK171+341.2掌子面左上方拱顶溶洞坍塌,溶腔涌水,形成锥形空腔(弧长6m*纵长3m*高5~8m);右线YK171+341.2位置的洞顶原地表塌陷,形成(长7m*宽6m*深9m)锥型坑洞,塌陷区位于山谷冲沟,危及隧道安全。
3.上寨隧道右线YK171+340~ YK171+348段为断层,并伴有溶洞、孤石、崩塌体和涌水现象,顺路线前方发育。造成YK171+341.2掌子面左上方拱顶溶洞坍塌,YK171+345掌子面正上方拱顶溶洞坍塌,洞顶原地表塌陷,虽采用强支护施工到目前掌子面,但因溶腔内孤石脱落,导致该段拱腰至拱脚初支出现开裂,目前YK171+348掌子面右侧拱顶和左侧拱脚又出现溶洞(暂时无法确定溶洞大小),左侧拱脚洞内有气流,围岩极为破碎、松散,岩体自稳能力差。 三、处理方案
1.处理方案选择原则。(1)安全性。确保施工安全与运营安全,围岩累计变形量不大于10cm,衬砌完工后隧道不渗不漏。(2)可操作性强。要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平,并尽可能降低施工难度。(3)灵活性好。根据断面形状和尺寸,因地制宜地选择施工方案,而不局限于一种固定的模式,一旦一种方案不能实时或实时效果差时,能较好地转换为替代方案。(4)具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同,能顺利地进行施工工艺、工序的转换。(5)性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。(6)处理施工方案。首先保留并加固坍塌体,防止坍方扩大,然后施做套拱和超前大管棚,保证正洞开挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌体,进入隧道正常开挖、支护工序,并对隧道基底进行注浆加固处理;溶洞段通过后,进行拱部坍腔回填处理。
2.考虑到隧道上方和下穿溶洞的影响,决定将YK171+128-YK171+148段的支护参数定为S-IV1(原设计支护参数为S-IV2,地质超前预报建议支护参数为S-IV1),上寨隧道右线YK171+128溶洞处理方案:拱部以上(上导洞)空溶洞,采用泵送C25混凝土护拱,护拱厚度2米,以加强护拱,上空腔部分做排水处理(设置3根Φ100mm双壁波纹管,波纹管长度根据现场溶洞位置确定)。
S-IV1支护的具体参数为:喷射C20混凝土(厚度24cm),Φ25中空砂浆锚杆(长度3.5m,间距1.2m×0.6m),Φ50×4超前小导管(长度4m,间距2.4m×0.4m,拱部140度范围内),Φ8钢筋网(间距0.2m×0.2m),I18b工字钢(间距0.6m,拱、墙),50cm厚二次模筑C25钢筋混凝土衬砌,预留变形量0.12m。施工过程中应做好综合超前探测工作,及时了解岩溶发育程度、走向状态、水量大小等情况等。
3.上寨隧道右线YK171+341.2掌子面锥形空腔处理:空腔临空面处理采用厚10cm喷射C20混凝土封闭,腔内采用泵送C25混凝土回填,厚度2m,环向拱脚至拱腰采用Φ50×4小导管(长度4.5m),1.5m×1.5m梅花形布置,并注水泥浆(水泥浆按实际施工工程量确定)进行加固,空腔口采用I14b工字钢纵向布置形成拱架,长度3m,间距20cm,其余采用吹沙回填密实,空腔做排水处理(设置2根Φ116mm双壁波纹管,波纹管长度根据现场溶洞位置确定);上寨隧道右线YK171+341.2位置的洞顶原地表塌陷,形成(长7m×宽6m×深9m)锥型坑洞,塌陷区位于山谷冲沟,危及隧道安全。经过现场讨论,确定塌陷区处理方案:征用塌陷区处治工程所需山地、田地;锥型坑洞先采用碎石土回填,再采用C25混凝土封闭,厚0.5m;山谷冲沟并采用(长120m×宽0.6m×高0.8m×厚30cm)M7.5浆砌片石改沟。
4.YK171+341.2-YK171+348段采用Φ50X4径向小导管,固结围岩(长度6m,环向1.2m,纵向0.6m),左侧拱腰至拱脚范围;YK171+340- YK171+348段采用Φ50×4锁脚小导管(长度6m),左侧拱腰和拱脚两处;YK171+340-YK171+348段在原初支上每两榀型钢之间增加一榀进行加固,保证围岩稳定性;YK171+348掌子面前方采用47根Φ89×8超前管棚支护(长度暂定9m,若有条件,可视实际情况调整其长度,环向间距30cm),并注水泥浆(水泥浆按实际施工工程量确定),缩短型钢间距,换系统锚杆为小导管,施工中预留沉降量,加强二衬,及时跟进至掌子面;YK171+348掌子面下方基础的空洞先填充,后灌注混凝土,保证密实度;
四、结束语
通过以上处理措施的实施,安全通过了溶洞,经量测表明,该段下沉、收敛情况稳定,支护结构表面无明显渗漏水现象。运用上述方法,对上寨隧道开挖过程中所遇到的溶洞进行了处理,处理效果好、施工进度快、工程成本低、安全性高。在今后的岩溶隧道施工中,应加强地质超前预探、预报工作,对隧道前方岩溶进行准确预测,并提前做好穿越岩溶溶洞的应急预案,防止大面积塌方和涌水的发生。
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