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复杂岩溶地质条件下隧道大跨施工技术的运用

2021-04-24陈力

广东建材 2021年3期
关键词:明洞管棚溶洞

陈力

(中铁十一局集团第四工程有限公司)

1 工程概况

朱家隧道处于湖南省永顺县,位于万民乡熊家寨东侧,地势为典型的中低山地区,高程480~720m,相对高差200~300m。隧道起讫里程DK131+274~DK133+188,全长1930.56m,最大埋深204.2m,浅埋沟最小埋深约25m。进口DK131+274~DK131+464 因车站进洞,设计为三线断面。三线断面开挖宽度20.8m,高度16.53m,断面面积278m2。

隧道进口属低山区,主要岩性为灰岩夹页岩,岩质坚硬,节理裂隙较发育,岩层为NE 走向,表层风化严重,地表溶芽溶漕发育。溶洞、落水洞及岩溶漏斗较为发育,沿构造带方向串珠状分布,隧道附近相对稀少,其中DK132+800 左侧约1100m 处发育两处出水溶洞,出水量较大。同时该区域沟谷水量较大,很容易受到季节的影响,进口沟谷支流水量较大,地下水为裂隙溶洞水。

2 岩溶问题处理方案

本隧道三线段位于可溶岩中,岩溶发育程度为中等发育。

⑴隧道施工前,不仅要应用“超前地质预报”对隧道岩溶情况进行探测,还要加强隧道隐匿位置的探测,隧道基底岩溶探测工作主要应用到的设备为地质钻机,探测间距为5m 一个断面,每个断面设置3 个探测点。针对隧道拱墙位置的探测需要应用到的设备为隧道系统锚杆。

⑵在处理隧道岩溶洞穴的原则是“探明情况、因地制宜、消除水患、综合治理”。通过探测,了解明岩溶洞穴规模、水文、地质以及内部充填物的情况。针对岩溶发育地段的施工,严禁随意封堵,尽量维系岩溶通路。另外,施工中,为了避免发生突水涌泥类问题,需要进行超前孔探测,这个过程需要准备足够充足的抽水设备,以保证施工过程的安全性。

⑶针对不同的岩溶洞穴,采取更具针对性的处理技术和方案。

3 隧道大跨施工方案

朱家隧道进口大跨段岩性为灰岩夹页岩,岩质坚硬,节理裂隙较发育,岩体较状态完整。该区域岩溶是主要的地质问题,开挖施工中很可能出现溶洞、溶腔等溶蚀现象,另外局部也可能会出现突、涌水现象。针对该区域的施工,施工团队经过商议后决定采用双侧壁导坑法进行施工,支护参数见表1。

表1 三线大跨隧道复合式衬砌支护参数

4 隧道大跨施工技术的应用

4.1 洞口及明洞

朱家隧道DK131+274~DK131+464 车站三线大跨段部位的明洞施工,采用双侧壁导坑法进行开挖。其中DK131+276~DK131+316 段采用φ108 大管棚进行超前支护,全环采用I25a 型钢钢架加强支护,间距为1 榀/0.5m;DK131+316~DK131+464 段采用φ89 洞身中管棚+φ42 超前小导管注浆超前支护。全环拱架采用I25a 型钢钢架加强支护,间距为1 榀/0.5m。

临时边仰坡完成开挖后,需要及时组好临时防护,防护措施主要有:打锚杆、挂钢筋网、喷混凝土等,以防围岩风化、雨水渗透而滑塌。隧道进出口永久边仰坡采用截水骨架进行护坡,隧道出口采用小导管注浆进行加固,对截水骨架和框架锚杆梁做好绿化处理。隧道施工完成,明挖段洞顶回填至设计位置后,施工仰坡混凝土骨架。个别隧道仰坡因洞口地形条件限制而无法直接刷坡至设计坡度时,先按既有条件进行临时支护,待明洞段回填完成后再行处理。

明洞开挖完成,需要检测基底,基地检测合格,及时填充明洞仰拱,避免其承载能力下降。明洞钢筋在加工厂加工制作,汽车运输到工作面,现场绑扎施工。明洞衬砌采用整体液压衬砌台车作内模,外模采用建筑钢模板,钢管弯制外拱架组成外支撑体系,拉杆联成整体。明洞衬砌混凝土在拌和站集中拌制,混凝土搅拌运输车运输,泵送混凝土入模。明洞衬砌浇筑完成后,进行覆盖洒水养生。

4.2 超前大管棚及导向墙

大管棚采用φ108,壁厚6mm、节长3m,6m 热轧无缝钢管加工制成,交替使用,以保证隧道纵向同一横断面内的接头数不大于50%。管身钻孔,孔眼直径6mm、间距25cm,按梅花形交错布孔以加大浆液渗透能力,管头加工成锥形以便于送入,管棚尾部预留100cm 止浆段不钻孔。DK131+316~DK131+464 段采用φ89 洞身中管棚+φ42 超前小导管注浆超前支护。其中,φ89 管棚为热轧无缝钢管,长10~12m、外插角6~8°、环向间距60cm,纵向搭接长度不小于3m,压注水泥浆液。管棚间设超前小导管,长4.0m、间距60cm、纵向搭接1m,外插角10°。边墙采用φ22 普通砂浆锚杆长5.0m,锚杆尾端均应配有垫板、螺母。φ89 管棚每环28 根,φ42 超前小导管每环27 根,φ22 普通砂浆锚杆长5.0m 每环18根[1]。

导向墙从DK131+276 处开始施做,采用C25 混凝土,截面尺寸为1m×1m,导向墙内设I20a 工字钢间距为50cm。导向墙环向长度以保证两侧基础稳定为原则,根据现场地形、地质条件确定,导向墙内按管棚设置参数预留导向孔,导向钢管采用φ140×5mm 钢管,导向管外插角3°。

4.3 爆破设计

隧道开挖施工中,如果应用机械进行开挖,严禁应用钻爆法开挖。如果现场施工条件必须采用钻爆法开挖时,先做松动爆破设计,严格控制爆破,选择合理的循环掘进进尺,自稳性差的围岩循环掘进进尺宜用短进尺,支护紧跟开挖面,以缩短围岩应力松弛时间及开挖面的裸露时间;对开挖裸露面及时施作初期锚喷支护,使围岩变形得到有效控制,不致变形过度,充分发挥围岩的自承能力。

4.4 支护

⑴φ42 超前小导管,长4m、间距60cm,纵向搭接不小于1m,外插角10°。

⑵水泥浆水灰比为0.5~1 调节,浆液由稀到浓逐级变换,即先注稀浆,然后逐级变浓至1 为止。

⑶位于土层时,小导管压注水泥浆,压力不小于2MPa,其余地段压注水泥砂浆,压力不小于1MPa。

4.5 喷射混凝土

混凝土喷射采用湿喷机施工,本项目应用的混凝土材料是普通硅酸盐水泥、硬质洁净砂、连续级配碎(卵)石、化验合格的拌和用水拌和而成。喷射混凝土严格按设计配合比进行拌和,配合比及搅拌的均匀性每班检查不少于两次[2]。

5 岩溶段施工防治措施

5.1 隧道岩溶探测

隧道岩溶状态发育,在探测过程中,不仅要应用超前地质探测技术探测隧道岩溶情况,还要探测隐藏的隧道轮廓线。探测过程主要是应用地质钻机探测隧道基底熔岩,为了保证探测结果,将每5m 的探测间距作为一个断面,每个断面内设置3 个探测点,隧道拱墙探测工作的实现则是利用隧道系统锚杆实现的。隧道岩溶探测工作开展的主要目的是了解岩溶洞穴的规模、地质以及水文情况,同时探明内部充填物。

5.2 隧道岩溶处理原则

国内隧道工程施工中,隧道岩溶洞穴的处理原则是“探明情况、因地制宜、消除水患、综合治理”。在岩溶发育地段进行施工的过程中,注意维系岩溶的通路,不能在未探测的基础上进行随意的封堵。为了防止出现突水涌泥问题,保障施工安全,不仅要做好超前探测,还要提前准备好充足的抽水设备,以此为基础,妥善的采取截、堵、排、综合治水措施。

5.3 岩溶洞穴处理方案和技术对策

隧道施工中,针对不同的岩溶洞穴,应该采取不同的施工处理方案和对策,具体来说:

⑴溶洞位于隧道拱部。①回填:如果溶洞在拱顶,同时发育规模不大,不存在空腔,那么就可以应用回填的方法进行处理;②护拱+缓冲层:如果溶洞在拱顶,发育规模较小,或者溶洞宽度较窄,就可以应用护拱+缓冲层的处理办法;③护拱+缓冲层+喷锚网防护:如果溶洞稳定性较好,且呈现出纵横向发育较广的特点,可以采用护拱+缓冲层+喷锚网防护的处理措施;④立柱支顶:如果溶洞处于拱顶以上10m 以内,同时纵横向发育范围较广,可以采用立柱支顶的处理措施;⑤拱罩防护+缓冲层:如果隧道顶板稳定性较好,溶洞纵横向发育范围较广,发育溶洞位于拱顶10m 以上的位置,同时危石清理难度大,施工范围内存在小块落石可能的溶洞,可以采用拱罩防护+缓冲层的处理措施[3]。

⑵溶洞位于底部。①回填+换填:如果溶洞位于隧底附近,属于半充填型溶洞,可以采用回填+换填的处理措施;②钢管群桩注浆:如果溶洞处于隧底10~15m,可以应用两种方式形成具有一定承载能力的注浆改良地基:注浆(溶洞具有良好的可注性);钢管群桩注浆(溶洞可注性较差);③板(梁)跨越:如果溶洞位于隧道底部,属于充填型溶洞,同时深度较大,可以应用板(梁)调整地基的整体均匀性,避免差异性沉降问题的发生;④拱桥跨越:如果溶洞位于隧道底部,溶洞深度较大,纵向发育空间有限,可以应用拱桥跨越的方式进行处理;⑤桩基承台:如果溶洞位于隧道底部,属于较大的空腔,或者溶洞充填物承载力较低,可以采用桩基承台的方法进行处理。

⑶溶洞位于侧部。①护墙防护:如果溶洞侵入隧道开挖轮廓线范围较小,可以采用护墙防护的方法;②护墙支顶:如果溶洞侵入隧道范围较大或横穿隧道,可以采用护墙支顶的处理方法。

6 结语

复杂岩溶地质条件下的隧道施工,环境风险较大,地质条件复杂,只有加强超前勘探,严密做好施工组织,才能安全快速的穿越岩溶区域,进而顺利有序地完成施工,并确保隧道施工的质量。

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