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2023
隧道
穿越
溶洞
施工
技术
隧道穿越溶洞施工技术
原正峰
:隧道穿越溶洞施工,风险大、不确定因素多,溶洞类型复杂多样,给施工带来极大的困难。施工中采用溶洞回填技术加上超前支护和初期支护措施的不同组合,选择适宜的开挖方法,利用信息技术指导施工,可以平安顺利的穿越溶洞。
关键词:溶洞 回填
中图分类号:U45文献标识码:
A
1. 引言
当隧道穿过可溶性岩层时,有的溶洞位于隧道底部,充填物松软且深,隧道基底难于处理;
有的溶洞岩质破碎,容易发生坍塌;
有时遇到大的水囊或暗河;
岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道;
有时遇到填满饱含水分的充填物溶槽,当坑道掘进至其边缘时,含水充填物不断涌入隧道,难以遏止,甚至地表开裂下沉,山体压力剧增;
有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广,处理十分困难。本文介绍了含水填充型溶洞涌水涌泥的处理。
2. 工程概况
杉木墩隧道位于铜陵县钟鸣镇境内,隧道全长982.49m,隧道进出口里程分别为:DK151+778.51、DK152+761;
隧道最大埋深约136m,其中DK152+350~DK152+761段为灰岩区,局部地段岩溶发育,岩石破碎。
3. 工况
2022年6月26日掌子面开挖至DK152+550,揭示围岩为灰岩,强风化~弱风化,节理裂隙发育,沿裂隙面充填软弱夹层,DK152+546~+550段拱部左侧2m至右侧拱腰发育有一小型溶腔,溶腔内充填软塑状粘土,局部夹块石,2022年6月29日掌子面开挖至DK152+548处,拱部突然发生涌泥、掉块,且伴有水流涌出,内有较大孤石,涌泥后在DK152+548~+540段拱部以上形成空腔,高度约10m,宽度约6m。涌泥将开挖台车向后推出8m远,并严重损毁,掌子面前已支护好的一榀工字钢变形侵限,在掌子面前方形成涌泥堆积物,堆积物最上方漏出一溶洞口。如以下图:
涌水涌泥位置隧道埋深约70米,开挖采用三台阶法开挖,衬砌结构采用Ⅴb型衬砌结构,超前支护采用φ50超前双层小导管,钢架采用Ι22a型工字钢,间距0.6m,钢筋网采用φ6.5圆钢,网格间距25cm×25cm,喷射混凝土采用C30喷射混凝土。
通过观测,溶洞形态推测如以下图:
4.总体施工方案
涌泥发生后,溶洞内填充物由于掌子面堆积物到达暂时平衡,溶洞内仍然有泥水混合物未流出,如果轻易将涌泥堆积物挖除,溶洞内填充物将继续向外涌泥,对机械和人员将非常不平安。经过反复研究,对溶洞先采用回灌混凝土和注浆回填并超前预加固后,再挖除涌泥堆积物继续向前开挖,这个方法根本上可以确保平安。
5. 施工方法及工艺
涌水涌泥发生后,禁止人员和机械设备停留掌子面前,对掌子面进行观察,待涌水涌泥根本稳定后,在涌水涌泥堆积物前方开挖积水井,利用抽水泵将溶洞内水流泵送至临时排水设施,防止水浸泡隧道基底。然后采取以下措施进行处理。
5.1 反压封闭
利用尼龙袋装沙土,在掌子面前方堆积物从坡脚堆码至坡顶,堆码两层,对掌子面进行反压,反压将掌子面全部封闭,靠拱部位置预留0.5m2灌浆孔。沙袋外采用C25喷射混凝土封闭,封闭厚度30cm,并设置Φ8钢筋网,网格间距20cm×20cm。
5.2 初支监控
掌子面前方10m范围钢架加密设置拱顶下沉与周边收敛监控测点,每隔2m设置一组监测点,每隔4小时对拱顶和收敛监测一次,并及时整理数据得出结论反响施工,以便进一步采取措施。
5.3 初支加强
反压封闭,掌子面稳定后,对掌子面前纵向6m范围内初支加强支护,沿钢拱架环向方向打设砂浆锚杆,砂浆锚杆长度3m,环向间距3m,加固范围上台阶140度范围内,锚杆头焊接在钢拱架上,焊缝长度不小于5cm。并将变形钢架撤除,重新安装钢架,撤除一榀,安装一榀,除按照设计要求施做外,按照上述方法进行加强。
5.4 溶腔回填
待掌子面前方空腔稳定后,在预留孔向溶洞顶送入φ133泵送混凝土管,要尽可能接近顶部,并对预留孔口进行封闭,封闭完成后,溶腔采用泵送C35混凝土回填,回填高度至少到达3m,在拱部形成加固圈,混凝土塌落度要适当大些,使混凝土尽可能流到溶洞的每一个位置,回填完成后,利用泵送管孔对回填背后进行吹沙,吹沙厚度不小于50cm。
5.5 埋设引水管
利用泵送混凝土管或利用凿岩机钻孔埋设引水管,引水管直径不小于φ50,纵向每2m设置一处,将溶洞内流水引至洞内。在后面做初期支护和二次衬砌施工时,将水引至隧道内永久排水沟,保证溶腔内水不会聚集形成压力水,影响运营平安。引水管埋设如以下图:
5.6 超前支护
待回填混凝土强度到达70%后,撤除掌子面前方局部堆码沙袋,在拱部140度范围内施做洞身φ89管棚,管棚壁厚5mm,管棚内注水灰比1:1水泥浆。开挖时采用φ42超前单层小导管配合施工。
5.7 仰拱、二衬紧跟
掌子面前方仰拱紧跟至距掌子面35m范围内,同时二衬紧跟。
5.8 开挖支护施工
待泵送砼强度到达100%后,方可进行拱部开挖,开挖采用三台阶临时仰拱法施工。撤除掌子面堆砌沙袋,开始进行爆破开挖施工,爆破采用弱爆破,尽量做到多打眼、打浅眼,并控制药量。开挖进迟0.6m(一榀钢架间距),掌子面翻开后,拱顶由于回填混凝土形成混凝土外壳,外壳混凝土比较稳定,对拱顶以下作业人员形成有效的保护。支护采用强支护,措施有:钢架采用HW175型钢,间距0.6m,喷射混凝土采用C30混凝土,厚度28cm,钢筋网采用φ6.5圆钢,网格间距25cm×25cm,钢架之间采用W钢带连接。
5.9 衬砌加强
衬砌施工时将该溶洞地段衬砌厚度增加10cm,变更为60cm,对以后隧道的运营平安要确保100%。
6. 施工本卷须知
隧道在溶洞地段施工时,应根据设计文件有关资料及现场实际,查明溶洞分布范围、类型情况(大小、有无水,填充物)、岩层的稳定程度和地下水流情况,然后根据以上情况采取必要的施工措施。
6.1 施工前应对地表水进行详细勘查,注意研究岩溶状态,估计可能遇到溶洞的地段,以提前预警。了解地表水、出水地点的情况,并对地表进行必要的处理,以防止地表水下渗。
6.2 当施工到达溶洞边缘,各工序应紧密衔接。同时要设法尽量探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况,据以制定施工处理方案及平安措施。
6.3 隧道溶洞地段要备好足够数量的抽水设备和其他应急物资。
6.4 涌水涌泥发生后,加强洞内溶腔及地表的动态观察,观察地表有无塌陷,观察溶洞内状态,并能及时反响,以便指导溶洞处理;
6.5 涌水涌泥发生后,溶腔未稳定之前严禁进行开挖支护等人员作业;
6.6 泵送C30砼时应严格预留排水孔及吹沙孔,并严禁随意堵塞;
6.7 严格按照设计工法施工,弱爆破,及时支护,每循环开挖进尺不大于0.6m;
6.8 严格按设计要求加强隧道拱墙周边5m范围、随地一下15m范围岩溶的探查工作,并及时将探查结果上报相关单位核备;
6.9 仰拱紧跟、二衬及时施作;
6.10 假设地质情况发生变化应及时研究对策,以便下一步处理。
7. 结束语
隧道穿越溶洞施工是隧道施工中的重点和难点,溶洞内一般有填充物,遇到溶洞一般会发生塌方、涌水涌泥,对隧道施工人员和机械平安非常不利。溶洞大小形状不一,内部充填情况也不尽相同,危害风险程度也不完全一样。穿越溶洞时,采用溶洞回填技术加上超前支护和初期支护措施的不同组合,选择适宜的开挖方法,利用信息技术指导施工,必将能平安可靠的穿过溶洞。同时要加强一次衬砌和二次衬砌结构,做好地下水引排工作,对隧道运营平安也至关重要。