上甘坪隧道突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶處治方案研究

王長(zhǎng)春

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

1 工程情況簡(jiǎn)介

蘭海高速貴州境遵義至貴陽(yáng)段擴(kuò)容工程項(xiàng)目為雙向六車道高速公路，設(shè)計(jì)時(shí)速100km/h，上甘坪隧道為該項(xiàng)目的一個(gè)控制性節(jié)點(diǎn)工程，隧道區(qū)山體總體呈北西走向。隧道穿越部位最高海拔934m，最低海拔817m，相對(duì)高差117m，屬低山地貌。隧道長(zhǎng)1105m。

隧道右線K41+128～K41+138段圍巖主要為二迭系茅口組(P1m)⑨3中風(fēng)化灰?guī)r：灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯較破碎,主呈短柱狀，采芯率85%，RQD=30～60。Rc=42400kPa，Vp=2.4～3.2km/s，Kv=0.43。拱頂覆蓋層厚50m。

地下水為風(fēng)化裂隙水和基巖裂隙水，層狀，承壓，淋雨?duì)畛鏊?。圍巖呈鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，地下水修正系數(shù)K1=0.3，[BQ]=319.8，Ⅳ1級(jí)。設(shè)計(jì)該段采用Ⅳ級(jí)襯砌支護(hù)。

2 突泥現(xiàn)場(chǎng)情況介紹

上甘坪隧道右幅K41+128掌子面有突泥現(xiàn)象發(fā)生，K41+128整個(gè)掌子面為中風(fēng)化灰?guī)r(開挖方式為爆破開挖)，從掌子面拱頂處有一約3m寬的溶洞口，向外突泥，突泥量約1500m3，突出物以紅粘土混碎石為主，潮濕至半飽和，呈松散狀態(tài)，沒有淌水或流水現(xiàn)象，表明溶腔內(nèi)幾乎無水或有極少量的水；掌子面埋深為48m，該掌子面相應(yīng)的地表位置出現(xiàn)地面塌陷現(xiàn)象，形成一鍋底型塌陷坑，范圍約8m×12m，深度約3m。隨著進(jìn)一步的沉降和相對(duì)穩(wěn)定，塌陷坑的范圍也在擴(kuò)大，10日后現(xiàn)場(chǎng)查看塌陷坑的范圍約13m×18m，深度約5m。

圖1 洞內(nèi)突泥情況現(xiàn)場(chǎng)照片

圖2 洞頂?shù)乇硐菘蝇F(xiàn)場(chǎng)照片

3 現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)情況

為了查明掌子面前方圍巖地質(zhì)條件和巖溶發(fā)育情況，共采用了隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前水平鉆探、高密度電法對(duì)掌子面前方進(jìn)行物理探測(cè)等三種方法，探測(cè)結(jié)論為：在隧道右線K41+128掌子面前方存在巖溶裂隙發(fā)育帶，發(fā)育寬度約31.0m，左線ZK41+125掌子面前方存在巖溶裂隙發(fā)育帶，發(fā)育寬度約41.6m。

鑒于目前地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、高密度電法、超前水平鉆探均揭示掌子面前方為巖溶、裂隙發(fā)育帶，建議該突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶圍巖級(jí)別由IV級(jí)調(diào)整為V級(jí)。

4 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)記錄見表1～表3。

表1 隧道K41+116監(jiān)控拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)記錄

表2 隧道K41+121監(jiān)控拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)記錄

表3 隧道K41+126監(jiān)控拱頂下沉及周邊收斂量測(cè)記錄

(1) 上甘坪隧道右線K41+128掌子面涌泥后掌子面后方從K41+116斷面及小樁號(hào)范圍受突泥影響較小，其中K41+106～K41+116斷面及小樁號(hào)方向初支經(jīng)監(jiān)測(cè)已基本穩(wěn)定。

(2)截止2017年6月6日，以上各重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面拱頂沉降及周邊收斂累計(jì)值均未超過IV級(jí)圍巖II級(jí)監(jiān)測(cè)管理預(yù)警臨界值24.17mm。

5 主要處治方案

(1)地表陷坑附近立即設(shè)置警戒線及警示標(biāo)志；在坍塌處置之前對(duì)地表陷坑周邊設(shè)置臨時(shí)截水溝，在土石回填之前用彩色條帶布鋪滿陷坑，防止雨水流入陷坑。

(2)在本段坍塌處治之前，應(yīng)先完成未塌方段二次襯砌，并將二次襯砌臺(tái)車移至坍塌段附近，為坍塌段處治做好施工準(zhǔn)備[1]。

(3)地表處理完之后，首先用洞渣對(duì)掌子面進(jìn)行反壓回填，回填到能操作的施工平臺(tái)為止；待反壓回填穩(wěn)定后，在K41+128 處施工Φ108×6mm 中管棚，并對(duì)該段斜向、環(huán)向注漿，待注漿穩(wěn)定之后對(duì)其進(jìn)行開挖[2]。

(4)對(duì)巖溶裂隙發(fā)育段采用CD法開挖。按Ⅴ級(jí)圍巖加強(qiáng)襯砌施工，拱頂120°范圍采用中管棚超前支護(hù)，履帶式潛孔鉆，自帶導(dǎo)向架，按15°角打設(shè)中管棚并注漿，中管棚超前支護(hù)設(shè)置范圍K41+128～K41+144段，初期支護(hù)采用型鋼拱架，鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土，拱頂斜向鋼花管系統(tǒng)錨桿。

(5)開挖方案

突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶段開挖方案：在超前支護(hù)的保護(hù)下進(jìn)行突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶段的開挖，采用機(jī)械開挖或人工開挖，局部可采用控制爆破，每次循環(huán)進(jìn)尺不大于鋼架間距；變?nèi)_(tái)階開挖方案為CD法；中間側(cè)壁采用臨時(shí)支護(hù)加強(qiáng)[3]。

(6)拱部突泥及巖溶裂隙帶處治完成后，逐榀拆除臨時(shí)中隔壁，并逐段施工仰拱，每次處治長(zhǎng)度夠一模二次襯砌長(zhǎng)度后，及時(shí)施工二次襯砌。

(7)突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶段及其影響段的二次襯砌施作完成，并且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可進(jìn)行地表陷坑處理。塌陷坑高處及兩側(cè)設(shè)置截排水溝，并根據(jù)地形，將水引排到低處?；靥罡叨扰c斜坡最低點(diǎn)高度齊平，必要時(shí)對(duì)陷坑周邊外露部分采用網(wǎng)噴支護(hù)[4]。

(8)本段處治必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，施工現(xiàn)場(chǎng)須配備專職安全員，若發(fā)出異常情況，應(yīng)及時(shí)撤出人員及設(shè)備，確保施工安全。

(9)施工中必須按照《公路隧道施工技術(shù)規(guī)范》的要求做好監(jiān)控量測(cè)工作。隧道斷面設(shè)計(jì)預(yù)留圍巖變形量?jī)H作為計(jì)算數(shù)量及施工參考，應(yīng)通過施工監(jiān)控量測(cè)信息對(duì)各級(jí)圍巖實(shí)際預(yù)留變形量進(jìn)行調(diào)整(增大或減小)，確保二次襯砌厚度及減少回填量。

6 施工注意事項(xiàng)

(1)在清除涌泥的過程中若發(fā)現(xiàn)滑移，應(yīng)立即停止清除，并對(duì)涌出物進(jìn)行土袋反壓，施做噴射混凝土止?jié){墻，注漿固結(jié)后依次清除，固結(jié)循環(huán)進(jìn)行，清除至掌子面5～8m留核心土，并用土袋碼砌反壓。施工過程中應(yīng)密切注意洞內(nèi)情況，防止二次突泥、坍塌，若有二次突泥、坍塌跡象，應(yīng)立即停止清理工作，并及時(shí)撤出人員及機(jī)械，確保施工安全。

(2)施工中加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，加強(qiáng)水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件分析，特別加強(qiáng)對(duì)不利組合結(jié)構(gòu)面有水情況下的分析判斷，施工應(yīng)做好詳細(xì)的施工安全措施及應(yīng)急預(yù)案。

(3)鑒于該段突泥、坍塌處治的復(fù)雜性，為確保安全，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制，做到動(dòng)態(tài)掌握和控制，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，施工必須逐榀進(jìn)行，全斷面開挖完成后及時(shí)施作仰拱，使隧道封閉成環(huán)。及時(shí)澆筑二次襯砌。

(4)加強(qiáng)溶洞裂隙發(fā)育段防排水措施，該段需根據(jù)變更設(shè)計(jì)圖紙?jiān)鲈O(shè)環(huán)向、橫向排水盲管。本段有較多的大管棚、小導(dǎo)管、錨桿等外漏，在現(xiàn)場(chǎng)鋪設(shè)防水板前，應(yīng)先割除各種管材的外漏部分，并用噴射混凝土找平封閉，避免鋪掛防水板及模注二襯襯砌時(shí)刺破防水板。

7 小結(jié)

上甘坪隧道突泥及巖溶裂隙發(fā)育帶通過工程施工營(yíng)運(yùn)檢驗(yàn)，該處置措施在保證工程施工安全的前提下，有效地保證了工程工期，并且工程竣工到營(yíng)運(yùn)至今，均未出現(xiàn)工程病害，為蘭海高速貴州境遵義至貴陽(yáng)段擴(kuò)容工程項(xiàng)目順利竣工并通車營(yíng)運(yùn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為今后巖溶地區(qū)突泥事故的處理提供了有益的借鑒和指導(dǎo)。