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黔桂线拉岜隧道岩溶特征及整治措施

2011-07-30张雨露

铁道建筑 2011年8期
关键词:隧底边墙溶洞

张雨露,冯 涛

(中铁二院工程集团有限责任公司 地勘岩土公司,成都 610031)

1 工程概况

黔桂铁路位于广西壮族自治区西北部和贵州省东南部,是联结两省区的重要交通纽带,也是西南、西北地区与华南经济区联系的重要纽带[1]。

拉岜隧道在施工过程中揭示的岩溶在隧道施工中比较典型,本文就黔桂线拉岜隧道工程中的岩溶特征进行简要分析,给出一些工程上的治理措施。

黔桂线拉岜隧道穿越低山溶蚀峰丛,山体上基岩裸露,零星生长低矮灌木,斜坡陡峻,多陡坎、绝壁。岩表溶蚀强烈,多见溶沟、溶洞、溶槽、溶隙,进出口端溶蚀谷地较平坦、开阔,多被垦为水田。在施工时D1K326+228—D1K326+450段揭露出较大的溶洞,对隧道施工及运营存在较大影响。

2 拉岜隧道岩溶特征

2.1 地表岩溶特征

2.2 充填物特征

施工中拉岜隧道 D1K326+228—D1K326+450段共发育有4处岩溶,长度共计129 m。溶洞大部分为空洞,底部充填物大致分为两层:①碎石土层,稍湿松散,其中碎石约占80%,夹个别块石,呈尖梭状,分布于隧道通过的溶洞内。这些碎石土上部分为施工时的隧道弃渣,下部为溶洞顶板掉落的碎石块土。②淤泥层,流塑至软塑状,土质较纯,厚约0~2 m,局部达3.0 m,分布于溶洞底部。

2.3 水文地质特征

地下水主要为岩溶水。因隧道通过的高程高于进出口谷地高程6~8 m,地下水位还在谷地以下1~2 m,故隧道位于岩溶水的垂直渗流带与季节变动带分界附近。岩溶水的补给主要靠大气降雨下渗补给,溶洞底多充填淤泥,消水、排水不畅,溶洞内易形成积水。隧道最大涌水量为1 578.2 m3/d。由于隧道施工侵占原有的溶洞空间,对溶洞处理稍有不慎,会使溶洞积水水位升高,对隧道结构和运营存在严重的安全隐患。

2.4 岩溶形态特征

D1K326+228—D1K326+264段1号溶洞平面形态呈长条形。长轴与线路夹角约21°,长轴长约45 m,宽1~9 m,高5~15 m。洞壁及洞顶钟乳石较发育,底部充填厚约2~3 m的淤泥,洞底较平,无明显的流水痕迹。雨洪期洞内积水,根据水淹痕迹最高水位高程约为916.0 m。1号溶洞在中间位置横断面面积比两端小,但碎块石和淤泥的厚度随着线路里程数增加而增加,在中间位置底部有直径约2.0 m的漏斗形土坑,为该溶洞的消水通道,见图1。

图1 1号溶洞平面示意

D1K326+298—D1K326+339段2号溶洞在隧道左侧,2号溶洞溶蚀大厅平面形态如“掌”型,溶洞沿隧道长41 m,侵入隧道左侧0~3 m。左侧洞边缘发育多个支洞,延伸至中线左侧外44 m,洞高50~70 m。洞顶偶有钟乳石,洞壁上发育有个别较大石笋,洞底为淤泥充填,厚2 m左右。隧道底至洞底淤泥面5~6 m,洞底有流水痕迹,局部有少量积水,推测为主要消水处。雨洪期溶洞内有较深积水,最高水位为916.0 m,比隧道底高程低0.7 m。从小里程端到大里程端,岩溶形状由不规则向规则发展,在中间地段碎石土和淤泥厚度明显增加,溶蚀空洞体积达到最大,约为小里程端的2倍,见图2。

D1K326+353—D1K326+365段3号溶洞与2号溶洞大厅相通,该溶洞呈长条形,长轴与隧道中线约呈68°斜交(图2),并穿过隧道。宽 2~12 m,高 12~26 m,两端逐渐变小。局部洞壁发育钟乳石,底部充填淤泥,厚2~3 m,洞壁较稳定。洞底有沟形,水流向是由隧道右侧向左侧,最高积水高程为916.0 m。与隧道交叉处溶洞顶高于拱顶约45 m,洞底低于隧道底4~5 m。从小里程端到大里程端,溶洞底部碎块石和淤泥层厚度增大,横向距离逐渐减小。

D1K326+435—D1K326+445段4号溶洞呈长条形,长轴与线路交角约70°。溶洞由隧道右侧30 m处向左侧发育,实测至左侧70 m还未见尽头,宽2~8 m,高3~12 m。与隧道交叉处溶洞顶接近隧道拱部,溶洞底低于隧道底约2 m。局部洞壁钟乳石较发育,洞底有流水的痕迹,并在右侧有落水洞,最高水位约915.0 m。溶洞底部由较厚的碎块石和淤泥充填,见图3。

图2 2、3号溶洞平面示意

图3 4号溶洞平面示意

3 岩溶危害性分析

岩溶危害是指对经济建设和人民生活构成安全和经济方面的危害。这些危害包括:岩溶洞穴致使建筑物基础悬空;洞穴沉积物的松散与松软特性,导致建筑物下沉变形;岩溶水淹没、冲毁各种建筑设施;岩溶地面塌陷造成破坏及其诱发的其他危害。岩溶塌陷的理论研究、模型预测及防治工程已有众多的工程实例[2-6],形成了较为丰富的研究体系。但是,岩溶发育的影响因素众多,如碳酸岩矿物成分及含量、地质构造、水文地质条件等。因此,岩溶发育形态各不相同,对工程的危害性亦区别较大。根据本工段的实际资料,推测本工段容易发生的危害有以下几点:

1)1号溶洞,溶洞面积和深度均较大,溶洞底部淤泥易发生突泥现象。岩溶洞内明显出现消水不畅,岩溶水聚集的情况,在洪峰季节岩溶水增多,易发生涌水现象。当部分淤泥或岩土体和溶蚀后的碎屑一起被岩溶水带走时,将容易产生塌陷和基础悬空的情况。同时,1号溶洞和隧道相交有一定的夹角,若发生突水突泥,必将对隧道工程的安全造成很大的威胁。

2)2号溶洞面积较大,溶洞底淤泥层较厚,容易发生突泥现象。但岩溶水量明显较1号溶洞小,结合钻探和物探资料分析2号溶洞应该为主要消水处,因此,发生涌水现象的可能性较小。

3)3号溶洞面积最大,淤泥层也比较厚,最大的威胁在于岩溶壁发育钟乳石,而且和隧道工程的线路成一定夹角,岩溶壁的强度很低,容易造成塌陷,直接威胁到隧道工程的安全。

4)4号溶洞底面高程低于隧道底约2 m,此处岩溶如果发生塌陷的话,将直接影响隧道工程的正常使用和运营。而且局部洞壁钟乳石较发育,已发生塌陷,同时和隧道线路有一定夹角,对隧道的影响较大。

4 治理措施

4.1 1号溶洞

1)隧道衬砌:隧道衬砌按Ⅴ级加强衬砌。

2)隧底处理及溶洞排水:D1K326+225—D1K326+275段隧道基础处理前,应首先清除溶洞内全部弃渣,恢复原有溶洞形态,恢复消水洞的消水功能。本段溶洞隧底采用C15片石混凝土换填,换填深度至基岩以下0.5 m,并清除换填范围内溶洞底部之充填淤泥。隧道边墙外露空部分采用C25混凝土加厚边墙,拱脚位置加厚0.5 m,边墙外侧边坡坡率1∶0.2。边墙加厚与拱部回填部分应与二衬一并灌筑,见图4。

图4 1号溶洞处理措施(单位:cm)

4.2 2号溶洞

1)隧道衬砌:隧道采用Ⅴ级加强衬砌,隧道边墙外露空部分采用C25混凝土加厚边墙,拱脚位置加厚0.5 m,边墙外侧边坡坡率1∶0.2。其余露空部分,采用C25混凝土回填填实。边墙加厚与拱部回填部分应与二衬一并灌筑。

2)基底处理:隧底溶洞充填的淤泥质黏土层采用φ50 cm高压旋喷桩加固,高压旋喷桩桩间距1.0 m,深度以穿透黏土层达到岩层为准。地基加固后,复合地基承载力不得小于200 kPa,见图5。

4.3 3号溶洞

1)隧道衬砌:治理措施同2号溶洞。

2)隧底处理及溶洞排水:隧底以下已开挖部分采用C15片石混凝土回填,并于隧底预埋2根 φ300铸铁管加强溶洞横向排水。管底高程应与溶洞开挖之前淤积面高程一致,施工开挖产生的弃渣、弃土应堆放于隧道弃渣场,禁止堆弃在溶洞内,以防弃渣、弃土堵塞溶洞消水通道,危及隧道衬砌结构安全。隧底溶洞充填淤泥质黏土采用φ50 cm高压旋喷桩加固,高压旋喷桩桩间距1.0 m,深度以穿透黏土层达到岩层为准。地基加固后,复合地基承载力不得小于200 kPa。如图6所示。

图5 2号溶洞处理措施

图6 3号溶洞处理措施

4.4 4号溶洞

1)隧道衬砌:治理措施同2号溶洞。

2)隧底处理及溶洞排水:4号溶洞与隧道斜交并且有水通过,为保留溶洞过水通道,于D1K326+441设过水建筑物一处为2.0 m箱涵(如图7所示)。隧底溶洞充填淤泥质黏土采用 φ50 cm高压旋喷桩加固,高压旋喷桩桩间距1.0 m,深度以穿透黏土层达到岩层为准。地基加固后,复合地基承载力不得小于200 kPa。

图7 4号溶洞处理措施

5 结语

通过对拉岜隧道 D1K326+228—D1K326+450段四处岩溶和岩溶水的发育特征的分析,指出该段岩溶对铁路施工和运营可能造成的危害,提出相应的工程治理措施,避免因处理措施不合理而出现其它病害。黔桂铁路拉芭隧道从2009年10月通车至现在,由于对溶洞处理措施合理,未出现病害。通过本文介绍的隧道岩溶处理实例,期望对今后岩溶地区铁路建设具有借鉴作用。

[1]黄波.黔桂线扩能改造工程主要技术标准研究[J].铁道工程学报,2010(8):1-5.

[2]徐卫国,赵桂荣.论岩溶塌陷形成机理[J].煤炭学报,1986(2):1-11.

[3]刘辉.铁路施工中处理岩溶塌陷的几点认识[J].地质灾害与环境保护,1998(3):62-64.

[4]涂国强,杨立中,贺玉龙.铁路沿线岩溶塌陷预测模型[J].西南交通大学学报,2001(4):35-36.

[5]盛莉.齐岳山岩溶隧道施工处理[J].铁道建筑,2009(5):61-84.

[6]杨秀清,柳墩利.内尾隧道溶洞处理技术[J].铁道建筑,2009(11):42-44.

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