韓星俊

(云桂鐵路云南有限責(zé)任公司,昆明 650011)

宜萬鐵路長鷹壩2號隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞處理對策

韓星俊

(云桂鐵路云南有限責(zé)任公司,昆明 650011)

宜萬鐵路長鷹壩2號隧道施工中遭遇大型貧水溶洞,介紹該溶洞的巖溶發(fā)育特征,詳細(xì)論述該溶洞的處理方法,重點介紹主溶洞段大跨非封閉分離式輕型隧道結(jié)構(gòu)及隧底實腹式拱橋跨越溶洞的聯(lián)合應(yīng)用跨越大型溶洞的處理對策。

宜萬鐵路;大型貧水溶洞;輕型隧道結(jié)構(gòu);拱橋;處理對策

1 隧道概況

長鷹壩2號隧道是宜萬鐵路26座Ⅱ級風(fēng)險隧道之一,位于恩施市白果壩鎮(zhèn),設(shè)計為車站隧道,進口里程DK238+669,出口里程DK241+300,全長2631m,其中DK238+669～DK241+020段為雙線段,DK241+ 020～DK241+300段為三線車站段,隧道從進口到出口為連續(xù)上坡,隧道最大埋深350m。隧道左側(cè)設(shè)置1座橫洞,與右線線路相交于DK241+020處,與線路平面夾角30°,長211m。

隧道穿越寒武系上統(tǒng)耗子沱組及奧陶系下統(tǒng)南津關(guān)組弱風(fēng)化灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,部分含有泥質(zhì)條帶和方解石脈,中厚層～厚層狀,節(jié)理裂隙、溶溝及溶槽發(fā)育。圍巖級別以Ⅲ級為主。隧道處于巖溶垂直滲流帶中,地下水為巖溶裂隙水,受大氣降水的補給,裂隙、溶洞水較發(fā)育,隧道工區(qū)正常涌水量5516m3/d,最大涌水量34421m3/d。

2 DK241+110～DK241+215大型空溶洞地質(zhì)特征

2.1 溶洞形態(tài)、規(guī)模

該溶洞總體上可分為2段,DK241+110～DK241+ 160段為廊道式溶洞,溶洞主要發(fā)育在右側(cè)隧底以下1～2m,溶洞高2.5～8m,寬3.1～5.5m,溶洞內(nèi)無充填;DK241+160～DK241+215段為大型巖溶腔體,溶洞高度大于53m,寬度5～18m,溶洞基本沿裂隙方向發(fā)育,受節(jié)理控制明顯,溶洞側(cè)壁陡峻。溶洞發(fā)育平面見圖1。

圖1 DK241+110～DK241+215段溶洞發(fā)育平面

2.2 工程地質(zhì)條件

DK241+110～DK241+215段溶洞周邊為寒武系上統(tǒng)耗子沱群灰白色、深灰色中厚層白云質(zhì)灰?guī)r夾灰?guī)r、灰?guī)r與白云巖質(zhì)灰?guī)r互層,局部夾泥質(zhì)白云巖;巖層較緩,節(jié)理、裂隙發(fā)育,基本承載力為1000kPa。受節(jié)理切割影響,溶洞頂部巖體破碎,洞頂局部附有黏土等充填物,洞頂偶見掉塊現(xiàn)象,最大尺寸為1m× 1.5m×1.5m。隧道以下空腔揭露后,受施工影響,部分溶洞已被棄砟充填,隧道周邊不具備坍塌空間。隧道周邊圍巖情況良好,DK241+110～DK241+160段圍巖級別為Ⅲ級,DK241+160～DK241+215段圍巖級別為Ⅱ級。

2.3 水文地質(zhì)條件

DK241+110～DK241+215大型溶洞附近存在大洞暗河,實測大洞暗河長達(dá)200多m,高達(dá)60余m,寬8～60m,另有支洞與其相連,大洞暗河在 DK240+ 900處橫穿隧道,高程位于隧道下方60～80m,推測DK241+110～DK241+215段溶洞和隧道下部的大洞暗河相通,為過水廊道,雨季時承接過路水補給大洞暗河系統(tǒng)。推算溶洞雨季最大流量為6000m3/d,從溶洞揭露以來,經(jīng)過了一個雨季的觀測,溶洞內(nèi)無明顯積水,表明溶洞所承接的過路水均通過各種渠道滲入地下。

3 DK241+110～DK241+215大型空溶洞處理對策

根據(jù)溶洞形態(tài)、規(guī)模及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件,綜合考慮隧道施工及運營安全,DK241+110～DK241+ 215段溶洞處理措施如下。

3.1 溶洞防護

清除溶洞壁危石,并對溶洞頂板采取錨噴網(wǎng)防護,錨噴網(wǎng)參數(shù)為長3mφ22mm砂漿錨桿,C20網(wǎng)噴混凝土厚10cm,φ6mm鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距25cm×25cm。

3.2 溶洞處理

根據(jù)溶洞發(fā)育特征,將該大型溶洞分為3段處理,具體如下。

3.2.1 DK241+110～DK241+170段

隧道結(jié)構(gòu)采用三線車站隧道Ⅲ級圍巖復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),初期支護采用拱墻20cm厚C20網(wǎng)噴混凝土, φ8mm鋼筋網(wǎng),網(wǎng)格間距20cm。拱部采用φ25mm中空注漿錨桿,邊墻采用φ22mm砂漿錨桿,錨桿間距1.2m×1.0m(環(huán)×縱),錨桿長3.5m。初期支護采用I16鋼架加強,1m/榀,二次襯砌采用60cm厚C25混凝土。該段邊墻外及隧底右側(cè)空腔采用C20片石混凝土回填密實。DK241+110～DK241+170段溶洞處理見圖2。

3.2.2 DK241+170～DK241+183.75段

隧道結(jié)構(gòu)采用三線車站隧道Ⅱ級圍巖加強型復(fù)合式襯砌。初期支護采用噴射鋼纖維混凝土。拱部采用φ25mm中空注漿錨桿,邊墻采用φ22mm砂漿錨桿,錨桿間距1.0m×1.2m(環(huán)×縱),錨桿長4.0m。二次襯砌拱墻采用60cm厚C25混凝土,底板采用100cm厚C30鋼筋混凝土。該段隧底溶洞發(fā)育深度較淺,小于5m,采用C20片石混凝土換填。DK241+170～DK241+183.75段溶洞處理見圖3。

圖2 DK241+110～DK241+170溶洞處理橫斷面(單位:cm)

圖3 DK241+170～DK241+183.75溶洞處理橫斷面(單位:cm)

3.2.3 DK241+183.75～DK241+212.75段

該段為主溶洞發(fā)育段,亦是該溶洞處理的重點和難點,溶洞處理經(jīng)過樁基承臺、輕型結(jié)構(gòu)、非封閉結(jié)構(gòu)等多種方案比選,最終確定采用非封閉分離式輕型隧道結(jié)構(gòu)方案,具體如下。

(1)DK241+183.75～DK241+212.75段圍巖級別為Ⅱ級,可充分發(fā)揮圍巖自承能力,將隧道線路左側(cè)斷面擴挖至溶洞壁3m以外基巖上,隧道右側(cè)斷面基本保持原設(shè)計輪廓,襯砌類型以噴錨襯砌為主,初期支護采用拱墻噴射鋼纖維混凝土,拱墻采用φ32mm自進式錨桿,錨桿間距1.5m×1.5m(環(huán)×縱),隧道錨桿長分別為4m(右側(cè))、5.0m(左側(cè))以便穿過圍巖松動圈,加固圍巖,抑制圍巖變形。由于上部為非封閉的大跨結(jié)構(gòu),綜合考慮隧道內(nèi)防水及接觸網(wǎng)懸掛要求,施作40cm厚的鋼筋混凝土二次襯砌,同時作為結(jié)構(gòu)安全儲備。DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞處理見圖4、隧道結(jié)構(gòu)見圖5。

圖4 DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞處理(單位:cm)

圖5 DK241+183.75～DK241+212.75段隧道結(jié)構(gòu)(單位:cm)

(2)隧道下部溶洞發(fā)育深度大于53m,沿線路方向跨度達(dá)18m,該處隧底結(jié)構(gòu)采用縱向拱跨結(jié)構(gòu),布置為1孔L=26m的實腹式拱橋,拱橋承擔(dān)運營期列車荷載。拱圈為半徑17m的鋼筋混凝土圓弧板拱,矢高f=6.046m,矢跨比f/L=1/4.3。為了減少巖石的開挖量,拱橋橫向布置不對稱隧道中心,Ⅰ線外側(cè)寬1.35m(1.35m以外為巖石),Ⅲ線外側(cè)寬3.0m。拱橋拱圈及拱座上填C15素混凝土以形成橋面,橋面縱坡與隧道縱坡相同。拱跨結(jié)構(gòu)見圖6、圖7。

圖6 拱跨結(jié)構(gòu)立面(單位:cm)

3.2.4 溶洞排水

圖7 拱跨結(jié)構(gòu)半平面/半基頂(單位:cm)

DK241+110～DK241+183.75隧底溶洞內(nèi)埋設(shè)φ500mm鋼筋混凝土管以2‰下坡排泄溶洞水,該段溶洞內(nèi)積水通過管壁鉆孔匯集至管內(nèi)后順坡排至拱橋下大溶洞(圖8)。

圖8 長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215段溶洞處理縱斷面

4 結(jié)語

長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215溶洞處理采用的隧道結(jié)構(gòu)新穎,針對性很強。充分利用了該溶洞段圍巖情況好,自穩(wěn)能力強的特點,并結(jié)合該溶洞的發(fā)育形態(tài),采用的以初期支護為支護主體,噴錨網(wǎng)防護為主要支護手段,二次襯砌作為安全儲備的大跨非封閉分離式輕型隧道結(jié)構(gòu)亦是復(fù)雜巖溶隧道處理方法多樣性、靈活性的體現(xiàn)。

主溶洞段溶洞豎向發(fā)育深度深,但跨度并不大,設(shè)計充分利用了該溶洞的這一特點,隧底處理經(jīng)過板梁、樁基礎(chǔ)、拱跨、注漿加固等多種方案的綜合比選,采用了實腹式拱橋跨越溶洞的處理對策,該方案結(jié)構(gòu)受力合理,施工難度相對較小,施工質(zhì)量易于保證,結(jié)構(gòu)安全可靠。

[1] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司.宜萬鐵路宜昌至萬州段新建工程施工圖-長鷹壩2號隧道[Z].武漢:2005.

[2] 中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司.新建鐵路宜萬線宜昌東至萬州段長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215段溶洞處理Ⅰ類變更設(shè)計[Z].武漢:2007.

[3] 劉招偉,張民慶,王樹仁.巖溶隧道災(zāi)變預(yù)測與處治技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

U452.2+7

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韓星俊(1966—),男,高級工程師,1988年畢業(yè)于石家莊鐵道學(xué)院土木工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士,E-mail:hanxj-97@163.com。