高速公路隧道大型复杂岩溶坍塌涌泥处治实例分析

2012-08-15杨秀飞

黑龙江交通科技 2012年6期

杨秀飞

(贵州省高速公路开发总公司)

1 引言

岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石(如石灰岩、石膏等)，受含有二氧化碳的流水化学溶蚀，并包括水的机械侵蚀和崩解作用，以及物质携出、转移和再沉降的综合地质作用结果。我国是碳酸盐类岩石分布极为广泛的国家，覆盖、掩埋、出露的碳酸盐岩总面积约占我国领土面积的三分之一，其中西南地区是我国岩溶发育最广的地区。随着我国西部大开发战略的实施，越来越多的隧道及地下工程在岩溶地区修建，隧道施工及运营过程中时常面临坍塌、涌水、突泥、涌砂、地表塌陷、地表水枯竭等岩溶地质灾害。贵州省黎平至洛香高速公路上皮林隧道施工过程中，曾发生大规模岩溶坍塌涌泥岩溶地质灾害，给隧道施工带来极大困难。本文根据该隧道岩溶坍塌涌泥特点及溶洞发育形态，综合考虑隧道施工及运营的安全性，根据现场实际情况提出了相应的处治措施。

2 工程概况

2.1 隧道概况

上皮林隧道位于贵州省从江县境内，是一座双向四车道高速公路分离式长隧道，隧道左幅隧道起讫桩号为ZK43+912～ZK45+340，长1 428 m，最大埋深约149 m;右幅隧道起讫桩号为YK43+915～YK45+350，长1 435 m，最大埋深约159 m。隧道场区位于雪峰山脉西南端与云贵高原的东缘，地势整体北高南低，属浅切低山侵蚀、剥蚀、溶蚀型地貌类型。隧道通过一高大山体，四周地形低，为较独立山体，山体上植被发育，主要为灌木，无地表水流。隧道轴线通过段高程介于411～591 m，相对高差180 m。

2.2 工程地质及水文地质

隧道地表覆盖层主要为第四系残坡积层粉质黏土，黄褐色，可～硬塑，含少量碎石，厚度0～3 m。下伏基岩为石炭系中至上统的黄龙组、马平组中至厚层白云质灰岩，其下为石炭系下统的摆佐组、大塘组中厚层夹薄层砂质泥岩、泥质砂岩，砂岩层间夹厚2～10 cm钙质泥岩。其中黄龙组、马平组白云质灰岩赋水、导水性好，为含水岩组，摆佐组、大塘组砂质泥岩透水性弱，为相对隔水岩组，砂岩层透水性好，为含水岩组，位于隧道设计标高以下，易形成承压水。因隧道所处位置较高，地下水类型主要为基岩裂隙水、岩溶溶洞水，地下水埋深较大。雨季连续降雨后经节理裂隙、岩溶管道下渗后会在泥岩层顶面附近形成临时性较高的连续的地下水位。隧道通过段地下水下蚀基准面位于泥岩顶部，地下水活动频繁，为地下水运移通道，在灰岩底部与泥岩接触带部位节理裂隙发育，岩体破碎，节理面多见水蚀痕迹，存在较强的岩溶发育现象。

3 岩溶坍塌涌泥过程及现状

该隧道左右洞分别从进口及出口双向掘进施工，右幅隧道出口端开挖至YK45+130断面开始揭示溶洞，掌子面右侧为强～弱风化白云质灰岩，灰白～灰黄色，节理裂隙发育，局部裂隙为粉质粘土填充，岩体破碎，呈点滴状渗水，掌子面左侧出现溶洞，充填物为软～可塑状褐黄色粉质粘土，隧道开挖过程中，溶洞内填充物不断发生掉落。当隧道掌子面掘进至YK45+125断面时，岩溶范围进一步扩大，掌子面溶洞发生坍塌，施工现场采取了临时措施封闭掌子面，并采用水平钻孔探测了溶洞纵向发育规模。在隧道掌子面共设置6个水平超前探孔，根据超前探孔资料揭示 YK45+125～YK45+095段拱顶及掌子面左侧为填充型溶洞，溶洞内填充物为软～可塑状褐黄色粉质粘土夹碎(卵)石，且所夹颗粒磨圆度好，成分多样。推测该溶洞为早期发育的岩溶管道，由于场区内基准侵蚀面下降，地下水稳定水位下降，该岩溶管道成为雨期地表水下渗、下泄的岩溶竖向发育体系的组成部分。该溶洞发育规模大，溶洞内填充物自稳能力差。水平超前探孔基本探测溶洞范围后，施工现场准备按CRD法逐步向前掘进施工，对掌子面进行局部清理，准备开挖时发生涌泥，涌泥长度约30 m。

涌泥发生后现场再次布置3个竖向地质钻孔勘察溶洞发育规模，经竖向钻孔、超前探孔资料综合分析，该处溶洞发育大，其发育空间形态复杂。除溶洞顶部少量空间无充填外，大部分充填粉质粘土(含部分碎卵石及细砂)。发育段落为YK45+125～YK45+065段，纵向长60 m，纵向整体呈斜向的椭圆形、中间大两头小。溶洞最大高度约36 m，中间为部分岩体呈树枝状伸入，溶洞横向发育宽度总体位于隧道界线以内，局部呈树枝状向外延伸。隧道内溶洞周壁岩体因溶蚀作用呈强风化状，岩体破碎。YK45+090～YK45+125段溶洞发育于隧道洞身段及隧道拱顶以上，YK45+090～YK45+065段溶洞总体向上延伸，分布于隧道拱顶7～16 m以上，呈叉状分布。

4 处治措施

由于该溶洞发育规模大，其发育空间形态复杂，溶洞内充填的可～软塑状含碎(卵)石粉质粘土及细砂结构松软，加之溶洞局部有残留的水体，施工中可能存在充填物二次坍塌、涌泥现象。岩溶横向发育宽度总体位于隧道界线以内，局部呈树枝状向外延伸，因此，从隧道施工及运营安全角度出发，该溶洞主要从洞内采取强支护处治，具体处治措施如下:

(1)在确保安全条件下，对洞内涌泥进行逐段清除。由于该溶洞涌泥为软～可塑状褐黄色粉质粘土夹碎(卵)石，在补充勘察阶段受地质钻孔用水及地下渗水影响，局部粉质粘土呈流塑状，洞内突泥清除过程中密切注意洞内情况，若有二次涌泥迹象，应立即停止清理工作，并及时撤出人员及机械，确保施工安全。

(2)大管棚作为隧道超前支护，在岩溶坍塌涌泥处治中有较好效果。当洞内涌泥清除至YK45+130附近时，在保证土体稳定前提下，采用袋装土石堆砌形成反压平台，扩挖YK45+136～YK45+130段拱部形成管棚工作室及导向墙，施工φ108×6 mm大管棚。隧道拱部溶洞范围内设置φ108×6 mm大管棚，纵向共设置2个循环，第一循环长35 m，设置管棚工作室，管棚外插角1～3°，第二循环长20 m，不设置管棚工作室，两循环管棚之间搭接长度为5 m，大管棚环向间距35 cm。管棚注浆采用水泥浆液，添加水泥浆液体积5%的水玻璃，水泥浆水灰比1:1水玻璃浓度35波美度，注浆压力为0.5～2.0 MPa。拱顶溶洞部位φ108×6 mm大管棚之间以及溶洞两侧拱部135°范围内设置φ42×4 mm超前小导管，长4.0 m，环向间距35 cm，纵向排距200 cm，外插角10 ～15°。

(3)对隧道YK45+130～YK45+125段因坍塌涌泥局部破坏的初期支护进行恢复，YK45+125～YK45+080段岩溶发育段加强支护结构，具体支护措施为:初期支护采用I20b型钢拱架、φ6.5双层钢筋网(间距20×20 cm)、喷28 cm厚C20混凝土及拱部溶洞部位设置φ42×4斜向注浆钢花管(L=4.0 m，间距50×120 cm)、溶洞以外两侧设置 φ25中空注浆锚杆(L=3.5 m，间距50×120 cm)。鉴于岩溶部位为软～可塑状褐黄色粉质粘土及块石填充，自稳能力极差，承载能力低，为避免初期支护侵限，设置30 cm预留变形量。二次衬砌采用70 cm厚C25钢筋混凝土，环向主筋为Φ22钢筋，间距16.7 cm，纵向采用Φ12钢筋，间距25 cm，箍筋采用φ8钢筋，间距50×16.7 cm。

(4)岩溶发育段采用三台阶七部法施工，即首先环形开挖上台阶Ⅰ部，施作初期支护①，然后开挖中台阶Ⅱ、Ⅲ部，及时施作相应的初期支护②、③，再开挖下台阶Ⅳ、Ⅴ部，及时施作相应的初期支护④、⑤，再分台阶开挖核心土Ⅵ-1、Ⅵ-2、Ⅵ-3，仰拱Ⅶ开挖后，及时封闭初期支护⑦，使初期支护封闭成环。全断面初期支护施作完成后及时施作仰拱⑧并进行仰拱回填⑨，然后整体模筑二次衬砌⑩，二次衬砌必须及时紧跟。隧道施工严格控制开挖进尺，上台阶开挖每循环进尺为0.5～1.0m，并不大于每2榀拱架间距，中、下台阶左右两侧跳槽开挖并及时施作初期支护，双侧交错落底，避免上台阶两侧拱脚同时悬空，单侧每次落底长度小于2榀拱架。