渝懷鐵路涪秀二線隧道巖溶治理措施與工程實(shí)例

姜 波

(中鐵二院重慶公司，重慶 400015)

1 工程概況

渝懷鐵路是一條四川、重慶與湖南、江西、福建等華東地區(qū)客貨交流的主通道。根據(jù)我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，其在鐵路網(wǎng)中的功能定位為一條以貨運(yùn)為主兼顧客運(yùn)的大能力區(qū)際干線鐵路。渝懷鐵路涪秀二段沿線穿越了烏江峽谷區(qū)、武陵山谷地區(qū)、溶蝕丘陵、溶蝕槽谷區(qū)，經(jīng)過重慶市的涪陵區(qū)、武隆區(qū)、彭水區(qū)、黔江區(qū)、酉陽縣、秀山縣4區(qū)2縣，線路長308.06 km。主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ級鐵路、速度目標(biāo)值120 km/h。

本線地形、地質(zhì)條件復(fù)雜，橋隧比例高，施工安全風(fēng)險高；全線隧道81座，共計199.737 km，占線路長度比重為64.8%，其中3～10 km的長隧道22座，10 km以上特長隧道1座。全線主要不良地質(zhì)為巖溶，可溶巖巖性主要為灰?guī)r和白云巖，其中隧道56座，共計123.35 km穿越可溶巖地層，根據(jù)2017年12月底施工統(tǒng)計(隧道總長累計完成約55%)，全線隧道開挖共揭示溶洞215處，因此本線主要技術(shù)難題為巖溶處理。

2 巖溶隧道分類及治理措施

巖溶是可溶性巖石在水的溶蝕作用下，產(chǎn)生的各種地質(zhì)作用、形態(tài)和現(xiàn)象的總稱，巖石成分、成層條件、地質(zhì)構(gòu)造和組織結(jié)構(gòu)等直接影響巖溶的發(fā)育程度和速度[1]。

2.1 巖溶隧道分類

1)根據(jù)溶蝕洞穴的發(fā)育規(guī)模，可將溶洞分為“小型溶洞”和“大型溶洞”兩類；

2)根據(jù)溶洞填充物特征，可將溶洞分為“充填性”、“半充填性”和“無充填性”三類[2]；

3)根據(jù)溶洞賦水狀態(tài)，可將溶洞分為“巖溶裂隙水”和“巖溶管道水”兩類。

巖溶裂隙水指溶洞水主要為裂隙水，水量?。粠r溶管道水指隧道穿越溶洞過水通道，水量大，若堵塞則會產(chǎn)生水壓，對隧道結(jié)構(gòu)造成破壞。

2.2 巖溶隧道治理措施

巖溶隧道治理應(yīng)根據(jù)溶洞規(guī)模、充填情況、賦水狀態(tài)及其與隧道的相互關(guān)系，一般采取如下表1的處理措施。

表1 隧道巖溶治理措施表

3 巖溶隧道治理工程實(shí)例

為了確保施工及運(yùn)營安全，隧道揭示的溶洞應(yīng)進(jìn)行有針對性的處理，溶洞治理方案應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場施工條件，并使得結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，下面就渝懷鐵路涪秀二線巖溶隧道治理典型工程實(shí)例進(jìn)行介紹。

3.1 隧頂發(fā)育充填性溶洞—桃木堡隧道

1)巖溶基本情況

桃木堡隧道施工至YDK316+360處，隧道拱頂揭示充填性溶洞，該段巖性為灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，拱頂埋深約15 m，一次暴雨后隧道內(nèi)掌子面垮塌冒頂，溶洞發(fā)育至地表，地表為耕地，地表形成10 m(縱)×6 m(橫)×15 m(深)塌坑，洞內(nèi)涌出大量充填物。(見圖1、圖2)

圖1 掌子面垮塌照片

2)巖溶處理方案

地表設(shè)置警示標(biāo)識及防雨棚架，阻止雨水下滲；清除洞內(nèi)充填物，加強(qiáng)初支和二襯結(jié)構(gòu)，待二襯達(dá)到強(qiáng)度后，拱頂回填土石，地表采用黏土封閉。

圖2 地表坍塌照片

3.2 隧底發(fā)育充填性溶腔—新徐家溝隧道

1)巖溶基本情況

新徐家溝隧道YDK354+136～YDK354+160段穿越溶腔，巖性為灰?guī)r，拱頂埋深約125 m，隧道邊墻以上揭示巖溶空腔，隧底為充填性溶洞，溶洞填充物為軟塑狀黏土夾砂，厚度為3～10 m；根據(jù)地質(zhì)鉆孔補(bǔ)勘YDK354+145處揭示大型溶腔，溶腔大小為10 m(縱)×35 m(橫)×15 m(深)，上部為巖溶空腔，底部堆積2～4 m厚充填黏土。(見圖3、圖4)

2)巖溶處理方案

巖溶段隧底采用樁基托梁結(jié)構(gòu)，邊墻兩側(cè)設(shè)置縱梁，樁基長度嵌入基巖 W2不小于2 m；針對YDK354+145處大型溶腔，隧道右側(cè)設(shè)置施工通道，人工清除底部充填物，隧底采用C20砼填筑，并設(shè)置3根直徑1 mC30鋼筋砼管橫向連通排水。

圖3 巖溶段縱斷面圖

圖4 巖溶段典型橫斷面圖

3.3 隧底發(fā)育大型巖溶空腔—新郁山隧道

1)巖溶基本情況

新郁山隧道施工至ZDK265+103處隧底揭示一大型巖溶空腔，巖性為白云質(zhì)灰?guī)r，拱頂埋深約200 m，巖溶空腔與線路30°斜交，溶洞頂高于隧道拱頂5～8 m，橫向上向線路右側(cè)延伸約20 m，向線路左側(cè)延伸約40 m后向下發(fā)育，為連通通道；溶洞底部充填黏土，厚約30 m，洞壁及洞頂巖層節(jié)理面較發(fā)育，局部頂板巖體已坍落。

2)巖溶處理方案

對隧道側(cè)邊巖壁錨噴支護(hù)，加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)；隧底巖溶空腔采用動靜分離跨越結(jié)構(gòu)，道床動荷載采用34 m跨箱梁跨越(箱梁底部設(shè)置檢修空間)，圍巖靜荷載通過襯砌底部不對稱縱向托梁跨越，并在ZDK265+115處設(shè)置橫梁改善左側(cè)托梁的受力條件。(見圖5—圖7)

3.4 隧道穿越高壓富水充填溶洞—新圓梁山隧道2#溶洞

1)巖溶基本情況

圖5 巖溶段平面圖

圖6 巖溶段縱斷面圖

圖7 巖溶段典型橫斷面圖

新圓梁山隧道為全線最長隧道，位于既有圓梁山隧道右側(cè)30 m，全隧利用既有線平導(dǎo)擴(kuò)挖；既有圓梁山隧道進(jìn)口毛壩向斜核部揭示2#高壓富水充填溶洞，施工中多次發(fā)生大規(guī)模巖溶突水、突泥事件；既有線實(shí)測最大靜水壓力3 MPa，溶洞充填物為粉細(xì)砂夾碎塊石，隧道全斷面穿越充填溶洞，隧底以下局部發(fā)育深度約50 m，隧道內(nèi)常年涌水，雨季涌水量大，暴雨期間現(xiàn)場實(shí)測最大涌水量約40萬m3/d。(見圖8)

2)巖溶處理方案

設(shè)置高位泄水洞引排巖溶水，泄水降壓；開挖前超前帷幕注漿加固，CRD法擴(kuò)挖，初支采用0.5 m間距H型鋼，二襯采用1.2 m厚圓形抗水壓襯砌；為保證既有線安全，采用非爆開挖；開挖后，局部徑向補(bǔ)充注漿[3]。(見圖9)

圖8 2號溶洞平面示意圖

圖9 2號溶洞超前帷幕注漿照片

4 結(jié)論

可溶巖中溶洞形態(tài)各異，處理難度大，給巖溶地區(qū)修建隧道工程帶來了的巨大的挑戰(zhàn)；渝懷鐵路涪秀二線對巖溶隧道進(jìn)行了分類，并采取有針對性的措施，取得了良好的效果，施工過程中通過解決各種巖溶問題得到如下啟迪：

1)加強(qiáng)巖溶隧道的超前地質(zhì)預(yù)報工作，提前預(yù)判施工及涌水涌泥風(fēng)險，根據(jù)施工揭示、地質(zhì)補(bǔ)勘及超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果制定處理措施。

2)巖溶隧道治理應(yīng)根據(jù)溶洞規(guī)模、充填情況、賦水狀態(tài)及其與隧道的相互關(guān)系，采取砼回填、鋼花管注漿、高壓旋噴樁或樁基托梁(或梁橋)結(jié)構(gòu)跨越；隧道穿越大型充填型溶洞，施工風(fēng)險大，必要時開挖前進(jìn)行超前帷幕注漿加固。

3)對于巖溶管道水，切勿隨意封堵，主要采取“疏導(dǎo)引排為主”的原則；若地表為環(huán)境敏感點(diǎn)，則采取“以堵為主，限量排放”的原則。