九龍山隧道K69+130掌子面溶洞整治技術(shù)研究

李宇翔

(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)

0 引言

巖溶作用是在碳循環(huán)及與其相耦聯(lián)的水循環(huán)、鈣循環(huán)系統(tǒng)中碳酸鹽的被溶蝕或沉淀,是隨時(shí)空變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程[1]。巖溶、裂隙、空腔等地質(zhì)災(zāi)害源如果不能夠提前探明，提前處治，在工程建設(shè)過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)樁基成孔時(shí)塌孔、斷樁、地面塌陷等，甚至還會(huì)因基礎(chǔ)懸空、地基失穩(wěn)、樁承載力不足造成路基沉降、破壞等，導(dǎo)致增加造價(jià)、拖延工期，甚至安全事故[2]。研究巖溶地區(qū)巖溶發(fā)育特征與規(guī)律,制定合適的溶洞整治處理方案,具有至關(guān)重要的意義。

花溪-安順高速公路簡(jiǎn)稱(chēng)“花安高速公路”，又稱(chēng)“貴陽(yáng)-安順第二高速公路”，是中國(guó)貴州省境內(nèi)連接貴陽(yáng)市花溪區(qū)與安順市的高速公路。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷程中，由于長(zhǎng)期地應(yīng)力作用及各種邊界條件的影響，經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，使路線(xiàn)區(qū)內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜?，F(xiàn)今地表主要表現(xiàn)為北東—南西向的褶皺和斷裂。路線(xiàn)內(nèi)有背、向斜10余個(gè)，大小斷層30余條。為防止隧道崩落、冒頂坍塌、突水等地質(zhì)災(zāi)害，及時(shí)采取對(duì)應(yīng)加固支護(hù)方式以確保隧道安全施工。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

本項(xiàng)目隧道區(qū)上覆第四系殘坡積層(Qel+dl)含碎石粘土，下伏基巖為二疊系上統(tǒng)含燧石灰?guī)r、泥巖、砂巖及少量煤線(xiàn)(鉆探揭露厚0.3～0.6m)。第四系殘坡積層在隧道進(jìn)出口、洞身緩坡地帶有分布，厚度變化大，厚0.5～9.0m。強(qiáng)風(fēng)化巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體極破碎。

1.2 設(shè)計(jì)概況

隧道雙向六車(chē)道高速公路，設(shè)計(jì)行車(chē)速度120km/h，建筑限界凈寬為1.00+0.75+3×3.75+1.25+1.00=15.25m，凈高5.0m。襯砌內(nèi)輪廓，隧道內(nèi)輪廓采用R1=9.2m、R2=5m的三心圓結(jié)構(gòu)，內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)高程距拱頂高度8m，凈寬16.435m，路面以上襯砌內(nèi)輪廓凈空面積107.47m2，斷面濕周42.48m。

2 溶洞工況

2016年1月14日九龍山隧道進(jìn)口右線(xiàn)左上到坑施工至K69+130處掌子面時(shí)揭露溶洞。經(jīng)實(shí)地進(jìn)入腔體踏勘，溶洞沿隧道走向方向延伸，現(xiàn)場(chǎng)勘查可觀(guān)察到約為40m，寬度跨越整個(gè)隧道寬度，溶洞形狀不規(guī)則，向隧道左右側(cè)延伸，溶洞高度約為1.5～5m。頂板為灰?guī)r、易掉塊，溶洞底部有填充物，為泥巖風(fēng)化物，溶洞內(nèi)無(wú)水，巖石走向與原地質(zhì)描述基本吻合。隧道左導(dǎo)洞開(kāi)挖后臨時(shí)支撐變形，臨時(shí)支撐初噴混凝土開(kāi)裂，溶洞頂板部分受爆破開(kāi)挖影響部分掉塊，中隔壁背后存在土體坍塌，造成臨時(shí)支撐部分?jǐn)嗝媸芰^(guò)大變形，存在較大的安全隱患。隧道溶洞揭露情況見(jiàn)圖1所示。

圖1 隧道溶洞

2016年1月20日，隧道左導(dǎo)洞開(kāi)挖后臨時(shí)支撐變形，臨時(shí)支撐初噴混凝土開(kāi)裂，溶洞頂板部分受爆破開(kāi)挖影響部分掉塊，中隔壁背后存在土體坍塌，造成臨時(shí)支撐部分?jǐn)嗝媸芰^(guò)大導(dǎo)致臨時(shí)支撐工字鋼變形。臨時(shí)支撐初噴混凝土開(kāi)裂，見(jiàn)圖2所示。溶洞頂部含隧石灰?guī)r厚度較薄，隧道挖進(jìn)過(guò)程中爆破易引起巖石沿層面掉塊，造成安全隱患為明確探明溶洞發(fā)育情況，設(shè)計(jì)單位對(duì)該隧道做TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況見(jiàn)表1所示。

圖2 九龍山隧道進(jìn)口右洞左導(dǎo)坑臨時(shí)支撐初噴混凝土開(kāi)裂

表1 YK69+130～YK69+273里程段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)論：九龍山隧道進(jìn)口右幅地層巖性為二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興組(P2c)灰?guī)r，灰褐色，中風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖層產(chǎn)狀160°∠36°；掌子面揭露溶洞，揭露厚約2～3m，含隧石灰?guī)r之上為灰、灰黑色薄至中厚層砂巖、泥巖；溶洞底板為灰、灰黑色薄至中厚層砂巖、泥巖，沿隧道前進(jìn)方向發(fā)育，呈半充填狀，充填物為粘性土混碎石，掌子面有點(diǎn)滴狀出水現(xiàn)象。

3 溶洞處理方案

針對(duì)以九龍山進(jìn)口右洞K69+130掌子面出現(xiàn)溶腔情況，施工單位結(jié)合設(shè)計(jì)、監(jiān)理等單位進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘溶洞發(fā)育情況，判定為開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外大型溶洞，結(jié)合溶洞常規(guī)處理技術(shù)(回填碎石、注漿加固仰拱、疏導(dǎo)、引流地下水、清理充填物等工程綜合治理技術(shù)[3])，以及現(xiàn)場(chǎng)查勘、地質(zhì)勘察報(bào)告，確定了溶洞處理方案，制定了具體處理措施。

在探明無(wú)突泥、涌水跡象時(shí)，施工至溶洞處對(duì)溶洞區(qū)周邊及頂部進(jìn)行清危，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行錨網(wǎng)噴處理，以確保施工安全。

3.1 已開(kāi)挖溶洞處理方案

(1)對(duì)于已開(kāi)挖K69+115～K69+130段的左側(cè)上導(dǎo)洞，在上導(dǎo)洞底部即I部填筑2m高石料，以保證中隔壁拱腳穩(wěn)定。

(2)對(duì)于已開(kāi)挖K69+115～K69+130段二次襯砌配筋由原Φ20@16.7調(diào)整為Φ25@16.7。

(3)對(duì)于已開(kāi)挖K69+115～K69+130段的中隔壁采用Φ50鋼花管徑向注漿加固土體，鋼花管長(zhǎng)度為5m，間距為1m×1m，梅花形布置，注漿漿液采用水泥漿，水泥漿液用量以側(cè)壁加固土體的10%計(jì)量，注漿按從下到上的順序進(jìn)行。溶洞加固處理圖，如圖3所示。

3.2 已揭露的K69+130～K69+170溶洞處理方案

(1)超前支護(hù)，對(duì)于拱頂為溶洞的段落超前支護(hù)不需要施做，對(duì)于開(kāi)挖后拱頂沒(méi)有溶洞的部分溶洞段支護(hù)參數(shù)由原S-Ⅴb調(diào)整為S-Ⅴaj。

(2)考慮K69+130～K69+170段溶洞發(fā)育，應(yīng)對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行加強(qiáng)，將原設(shè)計(jì)Φ100半圓環(huán)向排水盲溝及Φ100橫向?qū)茉O(shè)置間距由10m調(diào)整為2m。

圖3 已開(kāi)挖溶洞加固處理圖

(3)從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察可知右洞左側(cè)溶洞較小，規(guī)模不大，隧道左右洞之間的溶腔采用C20混凝土回填密實(shí)，利于左洞開(kāi)挖；隧道右洞右側(cè)邊墻外側(cè)5m范圍內(nèi)溶腔應(yīng)采用C20設(shè)模澆注混凝土回填密實(shí)，5m外的溶腔可不做處理；

(4)隧道拱頂與溶洞底板巖層間距大于10m時(shí)，可不進(jìn)行處理，隧道拱頂與溶洞底板巖層間距小于5m時(shí)，采用C20混凝土回填密實(shí)，隧道拱頂與溶洞底板距離介于以上兩種情況時(shí)，超前支護(hù)加固拱頂圍巖。

圖4 揭露溶洞加固處理圖

4 溶洞處理控制要點(diǎn)

(1)溶洞基底填充物含有少量厚層狀碎石塊，該溶洞頂板及側(cè)壁有落石掉塊的可能，處理溶洞之前先將危石清理干凈，并對(duì)頂板及側(cè)壁做錨噴網(wǎng)防護(hù)或臨時(shí)支撐防護(hù)，保證后續(xù)作業(yè)人員安全。

(2)溶洞段巖體總體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，應(yīng)加強(qiáng)洞外地表沉降及洞內(nèi)監(jiān)控量測(cè)，并盡快調(diào)整工序，抓緊施工下臺(tái)階及仰拱。

(3)施工應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙中的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行開(kāi)挖和支護(hù)，施工應(yīng)嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)”原則[4]，避免出現(xiàn)較大的掉塊，同時(shí)二次襯砌應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)。

(4)確保材料質(zhì)量和加工產(chǎn)品質(zhì)量合格，特別是注漿液必須按照配合比施工，在注漿量的控制上寧多勿少，以保證達(dá)到增強(qiáng)圍巖自穩(wěn)能力的目的[5]。

(5)進(jìn)行地質(zhì)的超前探測(cè)工作，及時(shí)了解地質(zhì)情況，巖溶是否發(fā)育、走向等，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)制定出處理方案。支護(hù)參數(shù)嚴(yán)格控制，結(jié)構(gòu)連接、焊接質(zhì)量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

以九龍山隧道K69+130掌子面溶洞為依托，闡述了隧道溶洞的問(wèn)題，針對(duì)問(wèn)題分析，提出了已開(kāi)挖和已揭露溶洞處理整治方案。依據(jù)隧道溶洞整治過(guò)程，分析提出加強(qiáng)溶洞處理控制要點(diǎn)。同時(shí)進(jìn)行后期跟蹤監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)表明處理效果良好，達(dá)到了目標(biāo)要求。在施工過(guò)程中，此溶洞處理措施實(shí)用、有效，隧底沉降量滿(mǎn)足相關(guān)規(guī)范要求，襯砌無(wú)下沉開(kāi)裂現(xiàn)象，隧道結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)。大大縮減了經(jīng)濟(jì)成本，加快了施工生產(chǎn)，確保了工期要求及安全施工。