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岩溶地区隧道溶洞处理技术

2015-08-21

山西建筑 2015年11期
关键词:溶腔直径约掌子面

李 伟

(中铁十五局集团第一工程有限公司,陕西西安 710018)

0 引言

渝湘高速公路中兴隧道(K50+064.58~K56+170)全长6 105.42 m,位于重庆市武隆县境内乌江北岸,是全线第一长隧道。隧道区属乌江侵蚀河谷发育的峡谷溶蚀、剥蚀中低山区,地势陡峭,沟谷深切,属单斜构造,地表分布有众多岩溶洼地、漏斗、落水洞等,为岩溶的主要补给区。隧道最大埋深1 000 m,穿越地层依次为第四系全新统、三叠系中统雷口坡组、三叠系下统嘉陵江组、三叠系下统飞仙关组、二叠系上统长兴组、二叠系上统吴家坪组、二叠系下统茅口、栖霞、梁山组以及志留系和奥陶系,岩性主要为石灰岩、页岩和砂岩,地下水主要为岩溶水和基岩裂隙水,是典型的岩溶发育区。

1 溶洞分布及基本情况

中兴隧道在施工过程中先后揭示了多处大溶洞和岩溶裂隙(图1为中兴隧道主要溶洞分布平面示意图),大致可分为三种溶洞类型:大型溶洞伴有突泥突水、岩溶裂隙涌水和溶腔。各个溶洞的形态及涌水状况描述如下:

K54+919:开挖至掌子面发生突泥突水,持续2 h,突泥突水量约15万m3。掌子面左下角有一个向左上方延伸的分支大溶洞,底部溶腔直径约6 m,向上方延伸的溶洞直径约3 m,向左边延伸的溶洞直径约2.0 m,溶洞深度无法探明。

K54+380:掌子面右下侧3 m×3 m范围内共11个探孔出现压力水,持续时间约60 h。揭示一直径约1 m×2 m的溶洞,沿右侧墙脚下方向小里程方向斜向外延伸,溶洞出水量约为600 m3/h,遇暴雨溶洞出水量剧增。

K56+070,ZK55+974:该两处上导坑开挖时出现溶洞,伴有大量涌水。右洞溶洞处于右侧边墙斜向下延伸,溶腔直径约3 m,左洞溶洞处于隧底中心,竖直向下延伸,溶腔直径约1 m,两溶洞涌水持续26 h,经探测,两个溶洞互为连通。

K53+890:掌子面施工超前探孔时,向左下角探孔突然出现大量喷水,喷水射程约30 m,喷水持续240 h,喷水量约4 000 m3/h。释放完毕后揭示一溶槽直径约1.5 m,沿掌子面左下角向前延伸,长度无法探明。

K54+120~K55+300:该段有6处掌子面开挖后出现多处股状压力水喷出,拱顶及边墙均有大量裂隙出水,呈线性雨状,且持续时间长。

K54+063:掌子面右侧出现高压力水,喷水射程达15 m左右,喷水持续120 h。掌子面右侧揭示一溶槽纵向沿边墙斜向小里程方向向上延伸,溶槽最大可见深度约4 m,宽度约2 m。

1.1 溶洞系统特征

根据地质构造和气候综合影响情况及相应的环境特征,隧道区所穿越的岩溶属深谷洞穴系统模式,具有以下特征:

1)有近于垂直通道如落水洞、漏斗等存在,其深度较大;

2)溶洞中地下水具有较大的坡降,水压力较大;

3)近于水平岩溶通道存在;

4)洞穴系统出现垂直的多层结构;

5)溶洞系统的地下水补给主要依靠落水洞、岩溶漏斗,受大气降水补给明显。

1.2 溶洞涌水特征

在施工过程中,共发生5次特大涌水,其特点是来势凶猛,涨水速度快,涌水量大,尤其是强降雨天气直接影响溶洞的涌水量。2008年7月武隆地区普降暴雨,日降雨量达到200 mm,隧道溶洞出水暴涨,导致隧道施工中断近一个月,严重影响了施工进度。

2 溶洞的处理

2.1 大型溶洞的处理

对于 K56+070,K55+974,K54+919,K54+380,K53+890五个大型溶洞段的隧道洞身采取调整围岩级别和支护参数的措施,以确保隧道结构安全。具体处治措施如下:

隧道开挖断面由原设计断面外轮廓扩大为洞口加强段开挖轮廓,初喷混凝土厚度25 cm;初期支护采用18号工字钢作为支撑拱架,0.6 m/榀,全断面设置;拱墙设置 φ8钢筋网,间距为20 cm×20 cm;拱墙设置φ25中空注浆锚杆,每根长度为5 m,环向×纵向间距为1.2 m×1.2 m;二次衬砌改为钢筋混凝土衬砌,厚度60 cm,施工时先在溶腔内做支撑模板,以避免混凝土堵塞溶洞而影响溶洞排水。

溶腔内壁采取封闭围岩的方法进行处理,先在溶腔内壁施打φ22砂浆锚杆,梅花形布置,间距1.2 m,每根锚杆长2.5 m,然后再挂设φ8钢筋网片,最后喷射5 cm厚混凝土将围岩与空气隔绝,防止其因水流或空气作用而出现掉块乃至坍塌(见图2)。

2.2 岩溶管道及裂隙处理

对于K54+120~K55+300段岩溶管道及裂隙采取增加砂浆锚杆、钢筋网片、格栅拱架等加强支护的措施进行处理。在加固初期支护的同时,将排水设施一同施工,以达到加固和排水的目的。

2.3 一般溶槽处理

K54+063在开挖时出现压力水,属于溶槽内存积大量的水压力所引起的;开挖泄水之后,该溶槽深度范围可见,且没有出水现象。针对该类溶槽,首先在溶槽内壁喷射5 cm厚的混凝土以封闭围岩面,使其不再受到空气和水的侵蚀,然后再回填混凝土,确保其不会发生坍塌。

3 隧道防排水处理

岩溶发育地段的隧道,对岩溶水的整治采取“堵、截、排、防”相结合的综合治理措施,以排为主,排堵结合。

3.1 大型溶洞防排水处理

由于隧道历次涌水主要来源于K56+070,K55+974,K54+919,K54+380,K53+890五个大型溶洞,突发性强,水量大,且溶洞涌水与大气降水联系密切,采取集中排水为主的方案。中兴隧道设计最大涌水量为89 000 m3/d,但经过长达一年的水文观测,隧道最大涌水量为250 000 m3/d,远远大于隧道原有设计排水量,施工过程中部分初期支护和仰拱被胀裂,鉴于此特殊情况,为确保隧道初期支护及二次衬砌安全,采取在隧道主洞之间增设泄水洞的方案来排泄几个大型溶洞的涌水。泄水洞位于隧道两主洞之间正下方,长1 800 m,断面2.5 m×3 m;在每个溶洞处设置横洞与引水洞相连,引水洞与隧道洞口一4 m×4.5 m钢筋混凝土盖板涵连通,确保隧道内涌水顺利排出(见图3)。

3.2 岩溶裂隙防排水处理

岩溶裂隙出水的特点是分布较广、涌水量不大,一般在拱顶和拱腰都有出现。针对此类型的岩溶水,采取注浆堵截,集中排放的方案进行处理。为了将渗水集中排放,在涌水段拱部增加径向施作φ42小导管注浆补强措施,具体参数为:φ42小导管每根长3.5 m,1.5 m ×1.5 m 梅花形布置,注浆采用纯水泥浆,水灰比为1∶0.8 ~1∶1,注浆压力为0.4 MPa~0.5 MPa;对集中出水点打φ89 mm引水孔,孔深4 m,并安装管头封闭的φ75引水钢管,引水钢管端头1 m范围内钻孔,再采取PVC管引排至中心排水沟;加密环向盲管,每5 m设置一道。

3.3 单点岩溶出水

在隧道施工过程中,单点岩溶出水是非常普遍和常见的,一般经常用沿出水点开槽至拱脚,埋设梅花眼钢管或透水性PVC管,用三通与隧道纵、横向排水盲管相连,最后经中央排水沟排出洞外。

4 经验总结

在岩溶隧道施工过程中,必须加强地质超前预报探测,对隧道前方的地质情况需要进行准确的预测。如揭露隧道侧壁及掌子面有小溶洞,且溶洞越来越多,则前方可能会有大型岩溶溶洞。此时应对隧道前方进行物探与钻探相结合,打适量探孔以探明溶洞壁和隧道开挖轮廓线之间的关系,提前作好穿越岩溶溶洞的应急措施,一般岩溶隧道水和淤泥较多,施工应注意安全,预防突泥和突水。施工过程中关键应确保溶洞壁稳定和作好隧道防排水设施。

[1] 杨昌宇.武隆隧道岩溶暗河整治方案探讨[J].现代隧道技术,2003(6):67-68.

[2] 袁道先.中国岩溶动力系统[M].北京:地质出版社,2002.

[3] 李卫华.超前地质预报技术在武隆隧道 岩溶地质施工中的应用[J].铁道标准设计,2003(s1):165-167.

[4] JTG F60—2009,公路隧道施工技术规范[S].

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