隧道岩溶施工处理技术.pdf

广东土木与建筑 GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2020年4月 第27卷 第4期 APR 2020 Vol.27 No.4 DOI10.19731/j.gdtmyjz.2020.04.013 作者简介林振华 （1986-） ， 男， 大学本科， 工程师， 从事铁路及 公路施工技术管理工作。 E-mail491411976 1项目概况 云桂铁路项目沿线石灰岩分布广泛， 地表溶蚀洼 地特征明显， 云桂铁路站前三标一分部管段内在小寨 隧道 （进口至横洞段） 、 高坡隧道 （出口段） 、 沙梨树隧 道、 董那孟1隧道、 董那孟2隧道及广南1隧道等6座 隧道施工过程中多次出现各种类型的溶洞， 其中沙梨 树隧道及高坡隧道出口段尤为突出， 沙梨树隧道几乎 全隧遍布溶洞。 全线发现较大溶洞并处理共计67次， 其中5次为 大型或特大型溶洞。隧道开挖过程中发现的溶洞分 为填充型和非填充型2种， 分布部位包括拱部、 边墙、 仰拱、 全隧等情况， 揭示后的溶洞规模不等， 最大尺寸 40 m， 容量最大高达7 000 m。 2岩溶超前探测 溶洞的有效探测是处理的前提， 云桂铁路隧道采 用以地质调查为基础， 综合物探、 钻探的方式进行超前 地质预报。物探有掌子面地质雷达及地震波探测， 钻 探主要有超前水平钻、 加深炮孔、 隧道周边风枪探孔。 隧道掌子面前方岩溶情况主要是通过在超前水 平钻探或爆破钻孔过程中发现， 通过钻进速度、 钻水 颜色以及是否涌水判断岩溶的性质。 3岩溶处理技术 3.1钻孔涌水的处理 当钻孔发现前方出现空腔或涌水等异常情况时， 基本可以判定前方存在溶洞或溶蚀发育。在高坡隧 道、 小寨隧道等富水溶洞发育地段多次出现钻孔涌水 现象， 主要采取了如下措施 ⑴ 立即停止施工， 同时洞内实施预警； ⑵ 加强观察， 注意出水水量及颜色变化； ⑶ 必要时增加探孔数量， 加快泄压速度； ［1］ ⑷ 待水量明显减小后开挖掘进。 等待水压减小时间最长的是小寨隧道 DK410 990995段溶洞处理， 实测钻孔初始涌水量达18 m3/h， 直至约55 h后出水水量明显减少、 压力消失， 现场才 恢复开挖施工。 3.2拱部溶洞处理 本项目揭示处理的掌子面拱部溶洞共计42次。 其中最小的溶洞口直径及深度均小于1 m； 最大的溶 洞横向宽度20 m以上， 且拱顶空腔达20 m。揭示溶 腔内填充情况不同， 处理的方式也不尽相同， 其中以 董那孟1隧道DK420364336段拱部溶洞处理 （非 填充型） 及高坡隧道DK957944段拱部溶洞处理 （黏 土填充型） 最为典型。 3.2.1董那孟1隧道DK420364336段拱部溶洞处理 2013年8月17日， 董那孟1隧道掌子面 （DK420 364） 爆破后揭示一处较大溶洞， 如图1所示。溶洞口 位于掌子面左上方， 纵向延伸长度约28 m， 横向宽度 隧道岩溶施工处理技术 林振华 （中交四航局第二工程有限公司广州510230） 摘要 在隧道施工所遇到的不良地质中， 岩溶地质是最常见， 也是最难处理的地质之一。如处理方法不得当， 将会给隧道施 工带来极大的影响。以云桂铁路隧道岩溶施工为载体， 通过所揭示岩溶形态及所处位置的特点， 介绍各种工况下岩溶处理的方 法， 并结合处理过程提出建议和意见， 供类似工程参考借鉴。 关键词 隧道；岩溶；超前探测；形态；位置；处理技术 中图分类号 U25文献标志码 A文章编号 1671-4563 （2020） 04-049-04 Treatment Technology of Tunnel Karst ConstructionTreatment Technology of Tunnel Karst Construction Lin Zhenhua （The Second Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.， Ltd.Guangzhou 510230， China） AbstractAbstract Karst geology is one of the most common and difficult geological problems encountered in tunnel construction. If not dealt with properly，it will bring great damage to the tunnel construction. Taking the karst construction of Yungui railway tunnel as the example，this paper introduces the karst treatment s under various working conditions by revealing the characteristics of the karst and its position， and puts forward suggestions and suggestions in combination with the treatment process，which can be used for reference in similar projects. Key wordsKey words tunnel；karst；advanced detection；；location；treatment technology 49 林振华隧道岩溶施工处理技术APR 2020 Vol.27 No.42020年4月 第27卷 第4期 约2025 m， 溶洞基本为空溶洞， 局部有碎土石， 洞顶 可见钟乳石、 石笋等岩溶形态。洞壁潮湿， 岩体完整， 自稳性较好。 由于溶洞内无填充物， 溶洞处理的主要对象是空 腔，“混凝土护拱缓冲层” 是此次溶洞处理的基本方 式， 如图2所示。 ［2， 3］ ⑴ 加强支护 在对DK420364处溶洞做进一步 揭示和处理后， DK420336364段拱墙采用I18型钢 钢架加强支护， 钢架间距0.8 m/榀。钢架外侧铺设竹 排架， 喷混凝土形成初期支护及下步作业时的防护棚 架， 棚架上间隔35 m预留一处开口， 并预埋泵送混 凝土管， 如图3所示。 ⑵ 溶洞回填 对衬砌背后的空溶洞， 拱顶溶腔高 度不足2 m地段采用C20混凝土回填密实， 对拱部溶 洞范围较大地段， 泵送混凝土回填至拱顶以上2 m， 其 上吹砂2 m厚形成缓冲层。 整个溶洞回填分2次进行。第1次回填在上台阶 初支完成后 由于溶洞横向宽度已大过隧道横断面宽 度， 上台阶两侧拱脚的锁脚锚杆设置在空腔内， 并未 起到作用， 如图4所示。上台阶初支完成后， 即开始第 1次溶洞回填， 使得锁脚锚杆得以发挥功效， 保证下台 阶开挖过程初支钢架的安全。第2次回填在下台阶初 支完成后 整个拱墙初支完成后， 对初支背后空腔泵 送混凝土回填， 泵送时注意控制速度， 分层回填， 避免 回填过快导致初支垮塌。 ⑶ 防排水措施 溶洞段衬砌背后的环向排水盲管 加密至3 m/道。初支拱部设置缓冲层地段， 利用吹砂 孔设置独立的排管于隧道侧沟联通。 ［4］ 3.2.2高坡隧道DK957944段拱部溶洞处理 2013年4月20日， 高坡隧道出口掌子面 （DK417 952） 揭示出一半充填型溶腔， 如图5所示。溶腔占掌 子面约1/2， 充填物为软塑状黏土， 主要集中在掌子面 上台阶中下部， 整个拱顶范围皆为空溶洞， 开挖轮廓 线外往上可见高度约为20 m， 横向可见宽度约20 m， 纵向长度约8 m， 该溶洞往掌子面左侧下方延伸， 可能 与地表联通。溶腔壁为弱风化灰岩， 稳定性较好， 有 过水痕迹。 溶洞揭示2 h， 溶腔内黏土充填物出现溜坍。为 防止溶洞充填物进一步溜坍对初支造成影响， 在揭示 溶洞后的初期支护基础上增设护拱保证初支安全， 护 拱内嵌入I18型钢， 如图6所示。并用洞渣对溶洞段上 台阶进行回填， 形成作业平台， 如图7所示。反压长度 8 m （上台阶高度6 m， 如此形成的坡度有利于施工） 。 ［5］ 图1董那孟1隧道DK420364溶洞 Fig.1DK420364 Karst Cave of Dongnameng 1Tunnel ⒝溶腔内⒜掌子面 图2DK420336364段溶洞处理典型断面 Fig.2Typical Sections of DK420336364 Karst Cave Treatment 回填干砂 C20混凝土护拱 预留吹砂管， 双壁打孔波纹管 （干砂段外裹无纺布） 兼作泄水孔 设置单独的排水管与侧沟接通 设计轨面 230 460 左线线路中线 右线线路中线 隧道中线 452586877 图3初支预埋泵管 Fig.3Embedded Pumping Pipe in Primary Support 图4锁脚锚杆深入溶洞空腔内 Fig.4Feet-lock Bolt in the Cavern 图5高坡隧道DK417952溶洞揭示情况 Fig.5Disclosure of Gaopo Tunnel DK417952 Karst Cave ⒝右侧⒜左侧 50 广东土木与建筑APR 2020 Vol.27 No.42020年4月 第27卷 第4期 溶腔拱部设置f60 中管棚进行超前注浆， 固结 溜坍溶洞填充物， 管棚环向间距 0.4 m， 单根长 8 m （覆盖整个溶洞） 。待注浆加固完成后， 清除溜坍物、 进行初支作业， 溶洞段初支采用I20型钢钢架加强支 护， 1.0 m/榀， 逐榀施作， 初支拱部预留回填、 吹砂孔。 初支完成后， 对初支背后泵送混凝土及吹砂。 ［6， 7］ 3.3仰拱以下溶洞处理 揭示的仰拱以下溶洞共10次， 均为空溶洞， 且小 型溶洞占多数， 其处理方式较简单 （混凝土回填密实 即可） 。在处理的仰拱下大型溶洞中最有代表性的是 沙梨树隧道DK419553566仰拱溶洞处理及董那孟 2隧道DK420728734段仰拱溶洞处理， 其根据溶 腔横向跨度及深度的不同采取了不同的处理方式。 3.3.1沙梨树隧道DK419553566段仰拱溶洞处理 2011年3月18日， 在仰拱开挖时揭示一基底大型 溶洞 DK419557560右边墙及基底揭示空溶腔， 溶 洞洞口开口于DK419558右边墙底部， 向边墙开挖轮 廓线外发育， 溶洞高15 m， 宽112 m， 垂直于线路向右 边墙开挖轮廓线外延伸， 延伸长度约14 m。溶腔壁潮 湿， 分布有溶隙， 充填黏土， 有过水痕迹。DK419553 566段左线线路中线右侧基底下方发育充填溶洞， 呈椭 球形已透镜体展布， 充填物为软塑硬塑状黏土。 从溶洞处理的经济性考虑， 对DK419553566 段基底溶洞采用桩基托梁进行跨越处理 于DK419 560、 DK419564右侧边墙墙底设置1、 2支顶桩， 支顶 桩基础嵌入基岩深度不小于1 m， 并与桩心里程处设 置纵向托梁及1、 2横梁， 沿线路前进方向， 横梁右端 与托梁搭接， 左端至于基岩上， 如图8所示。 ［8］ 3.3.2董那孟2隧道DK420728734段仰拱溶洞处理 2013年10月2日， 董那孟2隧道掌子面 （DK420 728 ） 左侧揭示一非填充型溶洞， 向下延伸约30 m， 向 上延伸至地表， 高度约10 m， 开挖轮廓线外宽7 m， 在 洞身范围内宽约2 m， 溶腔壁较光滑， 无积水， 如图9 所示。 此次揭示的溶洞口径范围不大， 溶洞垂直发展较 深， 溶洞处理直接采用混凝土回填方式 对距离仰拱 底往下2 m以下范围采用C15片石混凝土回填， 2 m范 围内采用C20混凝土回填。 ［9］ 3.4洞身穿过大型溶洞处理 广南1隧道DK422130080段洞身穿过一填充 溶洞， 如图10所示。此溶洞横向截面远大于隧道断 面， 隧道基底以下最深达20 m， 不同于其他溶腔内的 黏土状充填物， 此溶腔内充填物已基本进化成岩， 呈 硬塑状， 本身具有一定的硬度， 如图11所示。 此溶洞的特点是整个洞身初期支护须较长时间 地置于溶洞充填物上， 在仰拱基底得以充分处理前隧 图10DK422130080段纵断面示意图 Fig.10Profile Diagram of DK422130080 溶洞区域 隧道洞身 地表 DK422090DK422130 ⒜溶洞口⒝溶洞内 图9董那孟2隧道DK420728溶洞 Fig.9DK420728 Karst Cave of Dongnameng 2Tunnel 图8DK419553566段基底溶洞处理典型断面 Fig.8Typical Section of DK419553566 Basement Cave Treatment 左线线路中线 右线线路中线 隧道中线 471.4 240 设计轨面 1280.444 1横梁 托梁 溶腔 1桩 溶腔 150550 77 150 87460 1382 图7反压回填示意图 Fig.7Schematic Diagram of Back Pressure Backfilling 下台阶平台 上台阶平台 反压回填物溶洞溜塌物 图6 增设护拱 Fig.6Increases Armor Arch 51 林振华隧道岩溶施工处理技术APR 2020 Vol.27 No.42020年4月 第27卷 第4期 道变形较大， 严重影响隧道安全。所以， 初支沉降的 控制是溶洞处理成败的关键。 3.4.1初期支护 DK422130080段初支采用I20型钢钢架加强 支护， 钢架设置50 cm预留沉降量， 拱部f60中管棚超 前支护， 三台阶七步作业法施工。 为了抑制初支沉降的发展， 在初支内设置套拱， 套拱内嵌入I18型钢钢架， 套拱钢架与初支钢架一一 对应。 拱墙初支及套拱施作完成后， 及时施作仰拱、 封 闭成环， 进一步控制沉降的发展。 3.4.2旋喷桩加固基底 溶洞段仰拱施作完成后， 以填充面作为旋喷桩施 作平台于隧底下方施作旋喷桩加固工程， 如图12所 示， 旋喷桩间距1 m1 m， 梅花形布置， 桩径d60 cm， 旋喷桩按进入基岩0.5 m控制。 ［10］ 4结语 ⑴ 以上所列的岩溶处理案例为具有代表意义的 溶洞类型， 实际操作中揭示小型、 微型溶洞时可灵活 处理， 并不都需要采取特殊的处理措施， 简单清理后 将溶洞回填密实即可。 ⑵ 在对溶洞空腔回填混凝土过程中， 须采取必 要手段查看混凝土回填高度及流向情况， 防止混凝土 流入未探明的裂隙溶槽中， 造成混凝土大量浪费。拱 部溶洞回填可采用在拱部指定高度预埋钢管， 通过钢 管有无混凝土流出判定混凝土回填高度； 仰拱下溶洞 回填可通过抛石听音、 测绳及抛轻飘物看流向的方式 判断。 ⑶ 当隧道洞身穿越溶洞段落距离进洞洞口较近 时， 在正式处理溶洞前， 须确定二衬台车进场计划并 及时进场拼装， 保证洞口段的二衬按时施作、 缩短步 距。如二衬台车进场滞后， 将会使现场的初支变形控 制陷于被动， 也会对溶洞处理效果及整个隧道的进度 产生不可估量的影响。 参考文献 ［1］ 赵东升. 高速公路岩溶地区长大隧道溶洞处理技术 ［J］ . 价值工程， 2015， 34 （9） 155-162. ［2］ 侯军山. 岩溶地段隧道施工技术 ［J］ . 经营管理者， 2015 （11） 398. ［3］王国军. 叙大铁路隧道岩溶治理措施与实例 ［J］ . 四川建 筑， 2015， 35 （1） 117-119122. ［4］许相虎. 关于隧道岩溶处理技术的探讨 ［J］ . 中华民居 （下 旬刊） ， 2014 （1） 247. ［5］周晋. 山区隧道岩溶处理技术研究 ［J］ . 工程建设与设计， 2019 （6） 111-112. ［6］ 谌勇. 隧道岩溶处理技术 ［J］ . 黑龙江交通科技， 2014， 37 （7） 139. ［7］张岩， 李志刚， 崔雪玉， 等. 宜万铁路金子山隧道岩溶段施 工技术 ［J］ . 黑龙江科技信息， 2014 （9） 21780. ［8］王唤龙. 高速铁路隧道基底岩溶处理技术研究 ［J］ . 山东 工业技术， 2015 （3） 164-166. ［9］ 朱瑞扩. 黔张常铁路粘土填充型岩溶隧道施工技术 ［J］ . 石家庄铁路职业技术学院学报， 2016， 15 （1） 6-9. ［10］ 方怀金. 红土岭隧道岩溶处理 ［C］ . 2017铁路重载运输建 设与装备安全学术研讨会论文集， 2017 244-249. 图11掌子面揭示的溶洞充填物情况 Fig.11Cave Flling Revealed by the Face 图12旋喷桩加固仰拱基底典型断面 Fig.12Typical Section of Invert Base Strengthened by Jet Grouting Pile 溶洞轮廓线 f600旋喷桩， 间距1m1m 左线线路中线 右线线路中线 隧道中线 设计轨面1280.484 240 471.3 8747760 〈2-11〉 52