中復隧道DK188+747溶洞綜合治理施工技術

摘 要本文通過中復隧道“DK188+747”溶洞綜合治理過程，從溶洞發(fā)現(xiàn)、補充探測、泄水降壓、注漿加固和綜合整治等方面進行詳細介紹，為類似巖溶隧道施工積累一點經(jīng)驗。

關鍵詞 溶洞綜合地質(zhì)預報泄水降壓綜合整治

中圖分類號：U45文獻標識碼：A

1 工程概況

贛龍鐵路中復隧道位于福建省長汀縣南山鎮(zhèn)境內(nèi)，起訖里程DK185+004～DK189+500，全長4496m。隧道洞身通過的主要地層有石炭系石英砂巖、礫巖夾千枚狀頁巖以及灰?guī)r等，最大埋深366m。根據(jù)20萬區(qū)域地質(zhì)資料，中復隧道出口段處于向斜灰?guī)r段翼部，核部為C2h灰?guī)r，底部為C1砂巖、D2-3砂巖夾頁巖。中復隧道出口段表層處于灰?guī)r地段，底部為砂巖。地質(zhì)情況見圖1。

圖1中復隧道出口區(qū)域地質(zhì)平面圖

2 灰?guī)r段巖溶預報方法

為順利通過灰?guī)r段，項目部設立超前地質(zhì)預報小組，制定了以地質(zhì)調(diào)查法為基礎，以超前鉆探法為主，結(jié)合多種物探手段進行綜合超前地質(zhì)預報，并采用宏觀預報指導微觀預報、長距離預報指導中短距離預報的方法。采用TSP、地質(zhì)雷達、超前水平探孔、加深炮孔及地質(zhì)素描5種方法進行探測。根據(jù)巖溶發(fā)育特點及專家意見，在巖溶探測時重點探測拱部巖溶。超前水平探孔及加深炮孔孔位布置圖如圖2、3。

圖2：超前水平探孔布置圖 圖3：加深炮孔布置圖

3 DK188+747巖溶地質(zhì)預報

在前期施工過程中DK188+845—DK188+765段巖溶數(shù)量及規(guī)模逐漸減小，且?guī)r溶普遍呈現(xiàn)右側(cè)較發(fā)育。根據(jù)動態(tài)設計原則，在進行DK188+765--+735段地質(zhì)預報時，超前水平探孔由5孔調(diào)整為2孔，重點探測拱頂及右側(cè)拱腰。探測結(jié)果顯示圍巖節(jié)理裂隙稍發(fā)育，呈塊狀結(jié)構(gòu)，巖體較完整，局部有少量裂隙水。

2013年7月10日在施做DK188+747左側(cè)加深炮孔時發(fā)現(xiàn)有黃黑色涌水，水壓較大，涌水打在施工工人身上，工人難以站穩(wěn)，涌水噴射約4m。現(xiàn)場停止掘進，人員、機械安全撤離。隨后水壓逐漸增大，最大射程達到18m，由上臺階拱腳噴射至下臺階，最大涌水量75 m3/h。

圖4： 涌水點位于上臺階掌子面左側(cè)拱腳圖5：涌水壓力較大,已噴射至下臺階,射程18m

4 DK188+747溶洞處理

4.1溶洞補充探測

由于巖溶巖壁已被加深炮孔擊穿，現(xiàn)采用地質(zhì)雷達、超前水平探孔對掌子面發(fā)現(xiàn)溶洞規(guī)模及位置進行補充探測，為下一步有針對性的制定溶洞治理方案提供依據(jù)。

4.1.1 地質(zhì)雷達

為全面探測溶洞覆蓋位置，在已開挖段邊墻布設11條測線，重點探測上臺階左側(cè)拱部，747掌子面由左至右布設1條，在上臺階面向下布設3條測線，共15條測線。

經(jīng)探測中、下臺階及上臺階右側(cè)邊墻未發(fā)現(xiàn)不良波形；上臺階左側(cè)邊墻及掌子面左側(cè)，在初支背后5～15米范圍內(nèi)雷達反射波波幅及相位變化較大，預計本段范圍內(nèi)存在溶洞并填充大量淤泥和水；上臺階下方由左向右2.5米-6米的下部雷達反射波波幅及相位變化較大，推斷為溶洞。地質(zhì)雷達波形圖見圖6。

圖6： 地質(zhì)雷達測波形圖

4.1.2超前水平探孔探測

①超前水平探孔布孔

根據(jù)地質(zhì)雷達素描結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場實際情況對掌子面布設4個、邊墻布設2個共6個超前水平探孔。超前水平探孔孔位布置圖及孔位偏角見圖7、8。

圖7： 超前水平探孔孔位布置圖圖8：超前水平探孔參數(shù)

②超前水平探孔探測結(jié)果

DK188+747～DK188+732段以弱風化灰?guī)r為主，巖溶發(fā)育，在掌子面前方2-8.5m的地方存在溶洞，溶洞寬度在0.5-1.4m范圍內(nèi)，左側(cè)邊墻外4.8m至9.8m處有溶洞，溶洞寬度在0.5-1.2m。超前水平探孔有巖溶水水流出，涌水量為18m3/h，探孔揭示溶洞填充物為黃色泥沙。

圖9：超前水平探孔涌水、溶洞填充物揭示為黃色泥砂

③溶洞聯(lián)通性探測

超前水平探孔探測結(jié)果表明，6個探孔在不同深度不同方位均探測到溶洞，為進一步驗證各溶洞的聯(lián)通性，現(xiàn)場采用高壓風探測。先利用高壓閘閥關閉4個探孔，在其中1個探孔接入高壓風，打開另一個探孔，如有高壓風吹出則表明兩者是聯(lián)通的。探測結(jié)果顯示除1#探孔揭示溶洞獨立外，其他探孔均是聯(lián)通的?，F(xiàn)場測試見圖10。

圖10： 高壓風測試不同探孔揭示溶洞聯(lián)通性

4.1.3溶洞分布及規(guī)模研判

根據(jù)預報結(jié)果，綜合判定DK188+747～+732段為Ⅴ級圍巖，在掌子面前方2-8.5m的地方存在溶洞，溶洞寬度在0.5-1.4m范圍內(nèi)。左側(cè)邊墻外4.8m至9.8m處有溶洞，溶洞寬度在0.5-1.2m，左上部7m范圍外有較大溶洞。溶洞分布圖見圖11、12。

圖11：地質(zhì)雷達揭示溶洞分布情況 圖12：超前水平探孔揭示溶洞分布情況

4.2DK188+747溶洞治理

鑒于超前地質(zhì)預報已探明在上臺階左上方存在規(guī)模較大的溶洞，向下發(fā)育為兩支，一支伸至掌子面前方，另一支經(jīng)洞身向斜下方發(fā)育。為順利通過溶洞影響范圍，根據(jù)專家會意見制定排水降壓、注漿加固、超前支護、加強結(jié)構(gòu)、綜合整治的處理原則。

4.2.1排水降壓

結(jié)合邊墻地質(zhì)雷達探測成果，在上臺階左側(cè)邊墻施作3個徑向泄水孔，終孔于開挖輪廓線外5m，并進入溶洞，終孔高出拱頂?shù)木嚯x分別為：3m、5m、6.5m。施工過程應加強觀察，如有堵塞，需進行掃孔，確保施工處于低水壓狀態(tài)。

現(xiàn)場施工情況表明，3個泄水孔在不同高度、不同方位均打穿溶洞側(cè)壁，起到泄水降壓作用，為掌子面下部開挖加固起到安全保障。見下圖13、14。

圖13：泄水孔布置圖 圖14：施工泄水孔起到泄水降壓作用

4.2.2注漿加固及超前支護

針對溶洞分布位置，在上臺階左半幅90°范圍內(nèi)打設洞身管棚，進行注漿及超前支護。根據(jù)開挖情況局部套打超前小導管。管棚長12m，布設方式見圖15，注漿材料采用1：1水泥漿，注漿壓力不小于1MPa；另外1#孔流出水泥漿時關閉閘閥，2#孔流出水泥漿時停止注漿。注下一孔時把1#泄水孔用鉆機進行清孔。

現(xiàn)場施工情況：本次注漿分三個階段進行共消耗水泥504t，平均單孔注漿量23t/孔。根據(jù)滲水量分析，注漿效果顯著，具備開挖條件，現(xiàn)場開挖結(jié)果印證注漿效果良好，見圖16。

圖15：DK188+747管棚注漿孔位布置圖圖16：開挖后左側(cè)溶洞水泥漿板結(jié)塊

4.2.3結(jié)構(gòu)及綜合整治

本段原設計為Ⅲb復合式襯砌，為保證施工及運營階段不存在安全隱患，調(diào)整為抗0.5MPa水壓襯砌，初支采用I20工字鋼，鋼架間距0.6m/榀，二襯為抗水壓鋼筋混凝土。

加強二襯防排水，將橡膠止水帶改為鋼邊止水帶，增加環(huán)向盲管，對拱墻5m范圍內(nèi)進行注漿加固。仰拱施工后進行隧底地質(zhì)雷達掃描，如有異常進行鉆探，經(jīng)探明隧道與溶洞之間的巖盤滿足安全要求，僅對隧道周邊圍巖裂隙進行注漿加固；如不滿足，應對溶洞底部回填混凝土或注漿以增加巖盤厚度，同時對隧道周邊圍巖進行注漿加固。

5 施工注意事項

（1）鑒于巖溶發(fā)育的不規(guī)律性，超前預報應按長短結(jié)合的方式進行探測，根據(jù)地質(zhì)預報結(jié)果進行動態(tài)設計，組織現(xiàn)場施工。

（2）對發(fā)現(xiàn)的溶洞，先采用多種預報手段探明溶洞位置及規(guī)模，再進行有針對性的整治，并應突出重點，不能全斷面按統(tǒng)一標準整治。

（3）對充填型、半充填型溶洞應探明補給水源，擇機施作泄水孔，確保在無壓或低壓狀態(tài)下通過溶洞。

（4）巖溶注漿應分階段進行，不能只注一次，確保注漿效果。

（5）現(xiàn)場不能只對開挖揭示的溶洞進行整治，還應采用地質(zhì)雷達、鉆探等手段對周邊圍巖進行探測，對發(fā)現(xiàn)的溶洞進行有效治理。

6 結(jié)束語

隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是高鐵事業(yè)的興起，巖溶區(qū)高速鐵路的建設必將面臨日趨突出的巖溶病害問題，筆者通過對中復隧道出口DK188+747溶洞的發(fā)現(xiàn)、進一步探明、到泄水降壓及綜合整治的成功經(jīng)驗，為我國在巖溶地區(qū)地下工程的施工積累一定的經(jīng)驗。

參考文獻

中復隧道設計圖(贛龍擴施（隧）-55) 鐵道第四勘察設計院，2011.5

鐵路隧道超前地質(zhì)預報指南（鐵建設[2008]105號） 北京：中國鐵道出版社，2008.8

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1.作者簡介：

姓名：谷崇建；性別：男；出生年月日：1982年7月17日；職稱：工程師；