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        涌水涌泥巖溶地段隧道多方式互助施工技術(shù)

        2021-07-10 08:58:00徐立新
        鐵道建筑技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:平導鋼花溶洞

        徐立新

        (中鐵十九局集團第二工程有限公司 遼寧遼陽 111000)

        1 工程概況

        小安隧道全長13 430 m,位于陜西省省界至四川廣元區(qū)間,雙線隧道,線間距4.6 m。隧區(qū)屬于揚子準地臺西北邊緣地帶,位于近東西向的米倉山臺穹西緣,處于北東向與東西向兩構(gòu)造的結(jié)合部位,即龍門山褶皺帶和大巴山褶皺帶的交接地帶[1],隧道穿越魏家坪逆斷層、孫家溝逆斷層、牛峰包逆斷層和板凳埡逆斷層等4個斷層帶,穿越明月峽背斜、五里村背斜、王家灣向斜3條發(fā)育褶皺帶,地質(zhì)復雜、巖溶發(fā)育,為高度風險隧道。隧道正常涌水量達62 000 m3/d,雨季最大涌水量可達93 000 m3/d。

        2 巖溶狀況及分析

        2.1 巖溶狀況

        施工過程中,隧道發(fā)生涌水涌泥,將初期支護破壞,之后該處病害持續(xù)發(fā)展,涌水涌泥中偶夾塊石,最大體積近8 m3,突出物中夾雜卵石、圓礫,經(jīng)分析為該巖溶系統(tǒng)形成過程中碎石、角礫經(jīng)搬運形成。圖1為涌水涌泥現(xiàn)場照片。

        圖1 涌水涌泥狀態(tài)

        2.2 原因分析

        經(jīng)過物探和鉆探綜合應(yīng)用,確定DK355+580~DK355+615段基底分布較深的黏性土充填溶洞,仰拱底面之下最深約23 m;隧周分布不同規(guī)模的充填溶洞和空溶洞,距邊墻最深約16 m。另外基底鉆探揭示在不同深度存在發(fā)育未填充溶洞或溶縫,鉆探揭示高度多在1m之內(nèi)。通過物質(zhì)成分來源分析主要為地質(zhì)歷史時期形成的囊狀溶洞、裂隙,其間充填黏性土,夾碎石、角礫。突出物中偶夾灰?guī)r質(zhì)大塊石,為溶洞崩塌物。該灰?guī)r層上游出露地表高程比隧道高約500 m,可能形成的高水位和溶洞流塑狀黏性土,會對隧道結(jié)構(gòu)安全造成極大危害。

        3 多方式互助施工技術(shù)

        3.1 方案確定

        通過對流體堆積物進行注漿固結(jié),形成反壓體,防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌,加強了隧道內(nèi)初期支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴大的趨勢[2]。為了順利引排三處涌水點的涌水,增加2 386 m泄水洞[3],通過3號橫通道作為涌水涌泥口的探測平導,進入涌泥口進行溶洞勘查、初期支護背后涌泥體加固,預(yù)防涌泥口繼續(xù)突涌,并形成加固體。涌泥口的加固措施完成后,清除隧道內(nèi)涌泥堆積體,實施隧道基底加固,在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固[4],在較深的部位采用樁基托梁結(jié)構(gòu)型式進行地基加固[5]。為了將涌水口水量順利排出,在隧道內(nèi)增加框架涵,通過框架涵將水引排至隧道一側(cè),最后通過泄水洞引排至洞外。圖2為多方式互助施工平面布置示意圖。

        圖2 小安隧道多方式互助施工平面布置示意

        3.2 實施方案

        涌水涌泥巖溶地段隧道多方式互助施工處理在巖溶綜合整治施工中,在確保施工安全質(zhì)量的前提下,優(yōu)化了各項施工步驟。

        3.2.1 洞內(nèi)堆積體加固

        首先是對洞內(nèi)流體堆積物進行注漿固結(jié),形成反壓體,防止堆積物流動、涌泥口繼續(xù)突涌,加強了隧道內(nèi)初期支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定,能有效抑制涌泥口繼續(xù)擴大的趨勢。圖3為涌泥堆積體加固縱斷面示意圖。

        圖3 隧道內(nèi)涌泥堆積體加固縱斷面示意

        (1)對該段淤泥較厚段落先對其表面進行噴射混凝土作業(yè),厚度15 cm,形成注漿封堵墻。

        (2)對DK355+530~DK355+505段淤泥采用φ42小導管注漿固結(jié),導管長度為9 m,間距1.0 m×1.0 m,梅花形布置,導管擴散孔距離小導管端部1 m范圍內(nèi)布置,擴散孔為φ3 mm,其余部位麻絲環(huán)向纏繞,間距30~50 cm。

        (3)注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿,注漿壓力不少于3 MPa,保證漿液充分擴散加固流體。

        3.2.2 探測平導

        由于涌泥體將隧道灌滿填充,從正洞內(nèi)無法探測DK355+489位置涌水涌泥口巖溶的形態(tài)、地質(zhì)狀況以及初期支護背后填充形態(tài),因此,采取探測平導方式[6],提前揭示涌泥體位置溶洞形態(tài),并采取加固措施,加固初期支護背后的堆積體。處理完成后將3號橫通道于運營期間采用C15砼封閉處理,泄水洞洞口設(shè)置明顯的標牌,防止人員誤入。探測平導施工平面示意圖見圖4。

        圖4 探測平導施工平面示意

        (1)3號橫通道及探測平導采用4.5 m×5 m(寬×高)斷面型式,主要用于揭示正洞DK355+489附近巖溶空洞情況,并加固初期支護背后的涌泥堆積物。探測平導開挖過程中采取超前鉆探法進行超前地質(zhì)預(yù)報[7],確保施工安全。

        (2)探測平導功能充分利用完成后,施工排水洞。

        (3)待泄水洞小里程方向?qū)崿F(xiàn)順坡排水后,將排水洞接入泄水洞。

        (4)3號橫通道襯砌完成后,與正洞交叉口位置進行封堵。

        3.2.3 涌泥口側(cè)壁超前管棚注漿

        3號橫通道探測平導初期支護背后加固完成后,對DK355+489位置涌水涌泥口側(cè)壁實施超前管棚注漿措施,加固初期支護背后涌泥體的同時形成涌泥口圍護墻[8],確保后期主洞內(nèi)清淤等作業(yè)施工安全,對后期該涌泥口位置的圍巖穩(wěn)定性和初期支護體系都有了較強的保障。涌泥口超前管棚注漿加固示意圖見圖5。

        圖5 涌泥口超前管棚注漿加固縱斷面示意

        (1)DK355+475~DK355+505段在左側(cè)前方打設(shè)φ108鋼花管,對DK355+489處輪廓線外塌腔內(nèi)的流體堆積物和已經(jīng)灌注的混凝土進行注漿固結(jié)處理。

        (2)側(cè)壁打設(shè)φ108鋼花管采用雙排布設(shè),管棚管距0.5 m,雙層排距1.0 m。

        (3)注漿采用水泥漿,注漿壓力為2 MPa。

        (4)管棚管直接嵌入涌泥口周邊巖壁內(nèi),提高其強度及封堵能力。

        (5)最后溶腔口封堵,利用預(yù)埋的泄水管泄水。

        (6)加強監(jiān)控量測頻率。

        3.2.4 隧道主洞基底加固

        逐步清除隧道內(nèi)涌泥堆積體,實施隧道基底加固。在巖層破碎帶、溶洞、溶蝕夾層、填充物等較淺的部位采用鋼花管注漿加固措施,在較深的部位采用樁基托梁結(jié)構(gòu)型式進行地基加固。地基加固平面示意圖見圖6。

        圖6 地基加固平面示意

        (1)DK355+520~DK355+585段及DK355+613~DK355+635段隧底主要為巖溶裂隙,采用φ108 mm鋼花管鉆孔注水泥漿充填密實,鋼花管間距4.5 m×2.5 m(橫×縱)。保證穿過裂隙進入基巖1 m,鋼花管注漿孔選擇在填充物深度附近布置,水灰比1∶1,注漿施工前進行現(xiàn)場試驗確定相關(guān)參數(shù),考慮確保注漿效果,終壓控制在2 MPa。

        (2)DK355+585~DK355+613段共設(shè)置16根挖孔樁,樁徑2 m×2 m,樁底確保進入基巖2 m。開挖方式采用人工結(jié)合機械開挖,施工過程中嚴禁爆破開挖。橫向兩根樁基上方為橫托梁,共設(shè)置8根橫托梁,尺寸為2m×2m×13.92m;橫托梁上方為縱梁結(jié)構(gòu),尺寸為1.8 m×1.8 m,作為襯砌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。

        (3)地基加固施工過程中,加強鋼花管底部巖層及注漿效果檢測,樁基部分開挖至孔底后進行地質(zhì)驗基[9]。

        3.2.5 巖溶段仰拱施工

        仰拱施工過程中為確保結(jié)構(gòu)安全,樁基托梁部位及時施工橫梁及縱梁,鋼花管注漿加固位置采取逐榀開挖,臨時仰拱緊跟的施工措施[10]。樁基托梁仰拱示意圖見圖7。

        圖7 樁基托梁仰拱示意

        (1)樁基完成后,迅速組織施工橫梁和縱梁。

        (2)鋼花管注漿段仰拱施工。

        ①逐段清除已經(jīng)固結(jié)的隧道內(nèi)堆積物,每次開挖長度不超過兩榀鋼架距離,左右交錯進行。

        ②單側(cè)開挖完成后,立即施作邊墻初支鋼架,與原設(shè)計鋼架連接,進行掛網(wǎng)噴錨,并預(yù)留臨時仰拱鋼架接口。

        ③縱向長度開挖達到6 m后,立即施工臨時仰拱,臨時仰拱與初支鋼架封閉成環(huán),澆筑C30混凝土,厚度40 cm。

        (3)加強監(jiān)控量測。

        ①凈空變化和拱頂下沉量測布點應(yīng)及時進行。

        ②隧道拱頂沉降點:為減少測量難度和確保觀測人員的安全,拱頂埋設(shè)帶有反射膜片的測點,采用全站儀無棱鏡測量;邊墻收斂量測點:各臺階(各分部)可采用反射膜片用全站儀對隧道收斂進行監(jiān)測[11]。

        ③各測點距作業(yè)面1 m的范圍內(nèi)盡快安設(shè),且拱頂下沉、收斂量測起始讀數(shù)宜在3~6 h內(nèi)完成,其他量測應(yīng)在每次施工后12 h內(nèi)取得起始讀數(shù),最遲不得大于24 h,且在下一循環(huán)開挖前必須完成。

        ④監(jiān)控量測的頻率應(yīng)根據(jù)測點距作業(yè)面的距離及位移速度按測量頻率表確定。由位移速度決定的監(jiān)控量測頻率和由距作業(yè)面的距離決定的監(jiān)控量測頻率之中,原則上采用較高的頻率值[12]。當出現(xiàn)異常情況或不良地質(zhì)時,應(yīng)增大監(jiān)控量測頻率。

        4 結(jié)束語

        本文以實際工程為背景,通過噴射混凝土、超前管棚注漿等方式有效地穩(wěn)定了隧道內(nèi)堆積體,第一時間封閉了突涌口,增強了初期支護的穩(wěn)定性;利用泄水洞、輔助通道及框架涵等結(jié)構(gòu)快速排除溶洞內(nèi)積水,加快處理速度;鋼花管注漿及樁基托梁的組合應(yīng)用,極大地解決了巖溶段隧道地基承載力不足的問題,為隧道施工及運營期間提供安全保障。以上多種處理技術(shù)的綜合應(yīng)用,成功解決了巖溶地段隧道涌水涌泥問題,在今后施工過程中,希望能對類似情況的處理有所幫助。

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