淺析喀斯特巖溶區(qū)隧道溶洞治理

陳建軍

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

淺析喀斯特巖溶區(qū)隧道溶洞治理

陳建軍

(貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司)

介紹了溶洞治理工程、施工方法和施工步驟及施工注意事項(xiàng)。

溶區(qū);隧道;溶洞;治理

1 工程概述

杭州至瑞麗國(guó)家高速公路貴州境思南至遵義段第SZTJ-2合同段沙溝隧道為分離式長(zhǎng)隧道，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h，建筑限界凈寬 10.25 m(0.75+0.5+3.75 × 2+0.75+0.75)，凈高5.0 m。隧道左右線相距約35m，左線起訖樁號(hào)ZK156+920 ～ ZK157+935，長(zhǎng) 1 015 m，縱坡 2.55%;右線起訖樁號(hào)K156+913～ K157+960，長(zhǎng)1 047 m，縱坡2.487%。是典型的喀斯特地貌巖溶區(qū)隧道。沙溝隧道左洞上臺(tái)階開挖至ZK157+404位置時(shí)，遇到一大型溶洞，溶洞位于掌子面前方偏左位置，尺寸約43×27×18 m(長(zhǎng)×寬×高)，與隧道輪廓線范圍有影響的段落為ZK157+404～ZK157+440段，溶洞底位于隧道仰拱以下約1～2 m位置，洞內(nèi)多為堆積物，懸掛鐘乳石，溶洞內(nèi)ZK157+435處頂部有細(xì)小水流流出。在清理過程中，ZK157+413位置溶洞右側(cè)底部又發(fā)現(xiàn)一大型溶洞，該溶洞僅在 ZK157+413處于左線 ZK157+404～ZK157+440段溶洞貫通，往右前方發(fā)展并與右洞相交，洞內(nèi)裂隙發(fā)育，有流水沖刷痕跡。隧道該段埋深約98 m，圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r，灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖體較完整，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，巖芯呈柱狀及碎塊狀。局部通過構(gòu)造破碎帶，巖體完整性較差，巖芯中見斷層角礫巖。巖溶發(fā)育，存在巖溶裂隙水。

2 溶洞治理工程方案

2.1 總體方案

(1)本次先對(duì)隧道左線有影響的溶洞區(qū)進(jìn)行治理，使隧道左線安全順利通過該溶洞區(qū)，對(duì)于對(duì)右線有影響的溶洞發(fā)育區(qū)，待隧道右線施工至溶洞位置時(shí)再作處理。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)隧道左線有影響的溶洞共兩處，分別稱為溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ，溶洞Ⅰ在隧道輪廓線以內(nèi)，與隧道輪廓線斜交，縱向發(fā)育段落為ZK157+404～ZK157+440段。溶洞Ⅱ在隧道輪廓線右下方，溶洞頂距隧道底僅1.5～2m，縱向發(fā)育段落為ZK157+411～ZK157+425段，與溶洞Ⅰ僅在ZK157+413處有一小口相連。本次治理方案中對(duì)溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ進(jìn)行分開治理，盡量不破壞原有圍巖結(jié)構(gòu)，保證圍巖自身穩(wěn)定性。

(3)巖溶對(duì)隧道工程的影響主要是:空穴、地下水、洞穴充填物及坍塌、洞頂?shù)乇硭菟膫€(gè)方面。為了順利穿過該溶洞，消除其對(duì)隧道構(gòu)筑物的影響，確保隧道的施工和日后運(yùn)營(yíng)的安全，根據(jù)其發(fā)育規(guī)模、穩(wěn)定程度和對(duì)隧道的影響情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、工程實(shí)施的可行性和幾方現(xiàn)場(chǎng)查勘的會(huì)議意見，對(duì)溶洞Ⅱ影響隧道結(jié)構(gòu)的范圍進(jìn)行回填治理，對(duì)溶洞Ⅰ采用半明半暗結(jié)構(gòu)型式通過。

2.2 分項(xiàng)工程方案

(1)溶洞Ⅰ治理方案

對(duì)溶洞Ⅰ治理采用半明半暗襯砌結(jié)構(gòu)型式，左側(cè)明洞范圍為C25鋼筋混凝土護(hù)拱，以便在下方隧道襯砌及右側(cè)暗洞開挖時(shí)對(duì)上方圍巖起到支撐作用。同時(shí)對(duì)溶洞段隧道襯砌型式進(jìn)行加強(qiáng)，由原設(shè)計(jì)“Ⅳ級(jí)深埋(二)”型式改為“Ⅴ級(jí)圍巖淺埋加強(qiáng)段襯砌”型式。

(2)溶洞Ⅱ治理方案

對(duì)溶洞Ⅱ位于隧道輪廓線以下范圍進(jìn)行回填治理，采用C25混凝土擋墻加C25泵送混凝土回填密實(shí)，保證隧道基礎(chǔ)的穩(wěn)定°

(3)溶洞內(nèi)排水工程方案由于該溶洞內(nèi)水流較大，對(duì)水的治理是本次治理的重要環(huán)節(jié)，采用過水涵洞與排水明溝相結(jié)合的方式進(jìn)行疏導(dǎo)，確保隧道穿過溶洞后溶洞內(nèi)原有水路暢通。在隧道左側(cè)溶洞底設(shè)置縱向C25混凝土引水溝，與ZK157+413處設(shè)置的2 m×2 m的過水涵洞相接，將隧道襯砌左側(cè)水流引入右側(cè)溶洞中，匯入溶洞Ⅱ中自然水路排出。

(4)檢修橫洞方案

在左側(cè)護(hù)拱ZK157+427位置設(shè)置一處檢修橫洞，尺寸150×255 cm，以便于施工期間和后期運(yùn)營(yíng)檢修。橫洞設(shè)置密閉門，防止人員隨意進(jìn)出，避免意外的發(fā)生。

3 施工方法和施工步驟

(1)在進(jìn)行治理之前應(yīng)先對(duì)溶洞頂壁及周邊幾處裂隙發(fā)育區(qū)進(jìn)行錨、網(wǎng)、噴防護(hù)，防止施工階段掉塊，危及施工安全，防護(hù)采用打設(shè)Φ22砂漿錨桿，長(zhǎng)3 m，間距2×2 m，梅花型布置，掛設(shè)φ6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20×20 cm，噴C25混凝土10 cm。對(duì)溶洞頂壁防護(hù)的同時(shí)，對(duì)于ZK157+404往小樁號(hào)方向已完成施工的初期支護(hù)頂部溶腔右側(cè)側(cè)壁幾處危石進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)采用I20a工字鋼進(jìn)行支擋，工字鋼基礎(chǔ)應(yīng)坐落于左側(cè)穩(wěn)定巖壁之上，同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況在確保安全的條件下考慮打設(shè)4～6 m長(zhǎng)φ22砂漿錨桿錨固，防止下方隧道右側(cè)暗洞爆破開挖過程中出現(xiàn)掉塊等安全事故。ZK157+404～ZK157+440段防護(hù)完成后再掛橫向防護(hù)網(wǎng)等防護(hù)措施，防止落石掉塊，確保下部施工安全。同時(shí)對(duì)ZK157+384～ZK157+404段拱頂覆蓋層厚度小于2 m范圍施作防護(hù)措施，采用1m厚C25混凝土回填其上設(shè)置1m厚砂墊層，防止上部掉塊對(duì)隧道襯砌產(chǎn)生破壞，由于該段拱頂厚度不均，溶腔發(fā)育不規(guī)則，圖紙中難以準(zhǔn)確示意，施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶洞發(fā)育情況合理設(shè)置，工程數(shù)量根據(jù)實(shí)際發(fā)生計(jì)量。

(2)防護(hù)完成后開始對(duì)溶洞進(jìn)行治理，首先，對(duì)溶洞Ⅱ位于隧道輪廓線下部范圍進(jìn)行回填治理，回填時(shí)必須保證回填頂面與溶腔頂壁密貼。C25混凝土擋墻高度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶洞實(shí)際發(fā)育情況確定，確保底部埋深不小于1 m，頂面應(yīng)與溶腔頂壁密貼，頂面高度和因高度調(diào)整而導(dǎo)致的頂面寬度變化可根據(jù)實(shí)際溶腔頂壁位置確定。溶洞Ⅱ回填和擋墻施工的同時(shí)施工過水涵洞，確保溶洞中自然排水系統(tǒng)的暢通。

(3)待溶洞Ⅱ治理完成后方可進(jìn)行溶洞Ⅰ的治理施工，先對(duì)溶洞底堆積物進(jìn)行清理，清理時(shí)必須將下部堆積物完全清除至穩(wěn)定基巖，確?；A(chǔ)的穩(wěn)定，然后采用C15片石混凝土回填至隧道結(jié)構(gòu)底面標(biāo)高位置。清理及回填溶洞Ⅰ的同時(shí)施工過水涵洞。

(4)基礎(chǔ)處理完成后施工上部隧道結(jié)構(gòu)，首先施工左幅護(hù)拱，以便在右側(cè)暗洞開挖時(shí)對(duì)上方圍巖起到支撐作用，護(hù)拱采用C25鋼筋混凝土澆筑，施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溶洞發(fā)育情況調(diào)整護(hù)拱與暗洞交接位置，確保護(hù)拱伸入溶洞周壁穩(wěn)定基巖內(nèi)不小于50 cm。待護(hù)拱施工完畢并滿足強(qiáng)度要求后施工護(hù)拱左線和洞內(nèi)的型鋼支撐支撐，最后進(jìn)行右幅暗洞開挖、襯砌結(jié)構(gòu)施工。

4 施工注意事項(xiàng)

(1)隧道穿越溶洞工序復(fù)雜，組織施工時(shí)應(yīng)交錯(cuò)進(jìn)行，盡量平行作業(yè)，抓住關(guān)鍵工序，必要時(shí)該停的停，不能盲目趕工期°

(2)施工前應(yīng)提前在溶洞頂部設(shè)置監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，定期監(jiān)測(cè)溶洞下沉情況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)每5 m設(shè)置一處;護(hù)拱做好后，開挖前必須設(shè)護(hù)拱水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，為安全施工和支護(hù)參數(shù)的調(diào)整提供可靠的資料。

(3)溶洞段施工時(shí)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)情況合理預(yù)留初期支護(hù)變形量，確保二次襯砌厚度。隧道襯砌在溶洞縱向兩端和過水涵洞處注意設(shè)置變形縫。在半明半暗結(jié)構(gòu)左側(cè)護(hù)拱與隧道底部相接位置的基礎(chǔ)施工時(shí)應(yīng)注意預(yù)埋連接鋼筋。

(4)在ZK157+404～ZK157+425段護(hù)拱左側(cè)上部與巖壁之間設(shè)置了橫向工字鋼支撐，施工時(shí)必須確保兩端支點(diǎn)的穩(wěn)定，巖壁一側(cè)與打設(shè)的錨桿焊接牢固，護(hù)拱一側(cè)在施工護(hù)拱時(shí)預(yù)留支撐點(diǎn)，確保橫向支撐兩端支撐牢靠。

(5)巖溶地段的爆破，應(yīng)盡量做到多打眼，打淺眼，并控制用藥量，每次開挖長(zhǎng)度控制為一循環(huán)支護(hù)長(zhǎng)度，挖一段支一段，避免一次開挖過長(zhǎng)導(dǎo)致右側(cè)溶洞巖壁失穩(wěn)坍塌。

(6)初期支護(hù)鋼架接頭嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求施做，鋼板焊接要可靠。

(7)當(dāng)監(jiān)控量測(cè)資料顯示初期支護(hù)基本穩(wěn)定后方能進(jìn)行二次襯砌的施工，二襯施工時(shí)注意預(yù)留預(yù)埋照明、通風(fēng)、監(jiān)控消防等設(shè)施。

(8)隧道洞內(nèi)溶洞治理需考慮溶洞發(fā)育規(guī)模、與隧道走向關(guān)系、洞內(nèi)水量大小、開挖后的地質(zhì)條件等各方面因素，不確定因素較多，根據(jù)現(xiàn)有資料，一次設(shè)計(jì)不可能做到與現(xiàn)場(chǎng)情況完全吻合，需結(jié)合施工進(jìn)展采取動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，根據(jù)施工中每階段現(xiàn)場(chǎng)的變化和掌握的資料及時(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)方案修正，以便與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況更加吻合，確保設(shè)計(jì)方案的合理性。

(9)溶洞內(nèi)施工安全風(fēng)險(xiǎn)較大，應(yīng)將確保安全放在第一位，同時(shí)應(yīng)做好防范突發(fā)事件的應(yīng)急處理措施。

(10)說明未詳盡處，按相關(guān)規(guī)范、規(guī)定辦理。

U445

C

1008-3383(2014)03-0127-01

2013-11-17