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        貴南高速鐵路隧道巖溶處理技術(shù)研究

        2022-10-22 05:14:42張琴琴
        西部交通科技 2022年7期
        關(guān)鍵詞:混凝土

        蔣 翊,張琴琴

        (1.廣西路橋集團(tuán)勘察設(shè)計(jì)有限公司,廣西 南寧 530200;2.中鐵二院南寧勘察設(shè)計(jì)研究院,廣西 南寧 530022)

        0 引言

        廣西是我國(guó)巖溶最為發(fā)育的地區(qū)之一,而對(duì)巖溶的處理效果也影響著隧道的安全。針對(duì)隧道巖溶,許勝等[1]研究了滬昆高鐵跨越朱砂堡隧道基底大型溶洞問(wèn)題,并采用迂回平導(dǎo)改移部分暗河的處理措施;王喚龍[2-3]研究了云桂鐵路-東風(fēng)隧道的基底巖溶問(wèn)題;劉敏捷等[4]研究了貴州某大跨隧道的巖溶管道問(wèn)題;王繼剛[5]研究了高鐵穿越半填充大型溶洞的問(wèn)題;張廣澤等[6]研究了高速鐵路隧道巖溶的防治技術(shù);寇邦寧[7]對(duì)南玉鐵路的巖溶塌方進(jìn)行了研究處理。本文針對(duì)貴南高速鐵路的典型巖溶問(wèn)題,給出了具體的設(shè)計(jì)和施工處治案例,以供參考。

        1 工程概況

        貴南高速鐵路德興隧道屬于單洞雙線隧道,進(jìn)口樁號(hào)為DK309+255,出口樁號(hào)為DK314+459,全長(zhǎng)5 204 m,進(jìn)口接路基工程,出口接橋梁工程。隧道內(nèi)線路縱坡為人字形,進(jìn)口至出口依次為:2 045 m的3.5‰上坡,2 300 m的22‰上坡,859 m的10.5‰下坡,最大埋深約為300 m。隧道位于連片峰叢洼地地貌區(qū),洼地底部巖溶管道錯(cuò)綜復(fù)雜。地質(zhì)勘探顯示洞身DK310+100~DK310+250段發(fā)育暗河及存在大型溶洞發(fā)育段,極有可能下穿Ⅴ類異常區(qū),該段巖體極其破碎,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,不排除還存在其他未探明的巖溶管道、巖溶大廳。洞身穿越地層均為可溶巖地層,全隧共穿越1處斷層破碎帶。

        2 巖溶處理一般原則及方法

        2.1 隧道拱部/拱腰部位溶腔

        溶腔經(jīng)過(guò)水文地質(zhì)判斷,將來(lái)不可能有較大過(guò)水時(shí),宜采用混凝土回填。根據(jù)溶腔發(fā)育高度及范圍,為保證隧道結(jié)構(gòu)安全,拱頂設(shè)置混凝土護(hù)拱結(jié)構(gòu)(厚度≥2 m);為防止溶腔局部掉塊、坍塌,在護(hù)拱外側(cè)設(shè)置緩沖墊層,緩沖墊層厚度根據(jù)溶腔高度確定,一般≥1 m。緩沖墊層為水泥+機(jī)制砂拌和料,水泥摻量為150 kg/m3。

        2.2 隧道邊墻溶腔

        對(duì)于隧道邊墻位置發(fā)育的溶腔,經(jīng)過(guò)水文地質(zhì)判斷,將來(lái)不可能有較大過(guò)水時(shí),原則上對(duì)溶腔采用混凝土回填。回填厚度為邊墻輪廓線外3~5 m,根據(jù)溶腔發(fā)育規(guī)模等對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

        2.3 隧底溶腔

        對(duì)于隧底無(wú)充填溶腔,當(dāng)發(fā)育深度及寬度較小時(shí)(一般按深度<5 m),采用C20混凝土進(jìn)行回填;當(dāng)發(fā)育深度較大時(shí),根據(jù)具體規(guī)模在溶腔底部?jī)?yōu)先采用洞渣回填,在結(jié)構(gòu)底部以下約5 m范圍內(nèi)采用混凝土回填,頂部采用梁板結(jié)構(gòu)或路基填筑跨越方案跨過(guò)。

        3 工程實(shí)例

        3.1 隧道拱頂/拱腰部位巖溶處理

        該隧道暗洞DK311+713~DK311+722段拱頂及拱腰存在一無(wú)填充型溶腔,與隧道洞身斜交,溶腔縱向發(fā)育長(zhǎng)度約為9.3 m,溶腔發(fā)育高度約為12 m,其中7 m位于隧道洞身內(nèi),5 m位于隧道拱頂上方;溶腔橫向發(fā)育寬度約為9 m,投影邊界均位于隧道內(nèi)部,巖溶水發(fā)育一般。擬對(duì)溶腔采用4 m厚的C25混凝土回填,兼作襯砌結(jié)構(gòu)保護(hù)層,并在護(hù)拱外側(cè)設(shè)置2 m厚緩沖墊層,防止溶腔局部掉塊、坍塌破壞隧道結(jié)構(gòu),緩沖墊層為水泥漿+機(jī)制砂拌和料,水泥摻量150 kg/m3。為使巖溶排水通暢,進(jìn)行溶腔處理時(shí)在緩沖墊層內(nèi)部預(yù)埋市政波紋管作為排水通道。波紋管端口設(shè)置于緩沖墊層下0.5 m,另一端接入隧道側(cè)溝,波紋管管口及管身采用土工布包裹,波紋管直徑一般≥200 mm,間距≤3 m,如下頁(yè)圖1所示。

        3.2 隧道邊墻巖溶處理

        該隧道邊墻DK312+613~DK312+625位置的溶腔位于右線右側(cè),溶腔橫向邊界距離線路右線約為19 m,溶腔豎向邊界位于拱頂上方約為17 m,縱向長(zhǎng)度約為12 m,巖溶水發(fā)育情況一般。擬對(duì)該溶腔采用3 m厚的C25混凝土擋墻+2 m厚C25混凝土回填+2 m厚緩沖墊層補(bǔ)強(qiáng),根據(jù)溶腔發(fā)育規(guī)模對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。具體如圖2所示。

        圖1 隧道拱頂及拱腰巖溶處理方案示意圖(cm)

        圖2 隧道拱部及邊墻巖溶處理方案示意圖(cm)

        3.3 大型無(wú)填充型溶腔處理

        德興隧道DK310+130~DK310+210段下穿Ⅴ類異常區(qū),巖體極其破碎,巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,在施工圖設(shè)計(jì)階段對(duì)巖溶暗河段進(jìn)行補(bǔ)充勘察,發(fā)現(xiàn)該處確實(shí)存在大型無(wú)填充型溶洞。據(jù)物探結(jié)果顯示,線路DK310+170~DK310+195段下穿巖溶豎井,上跨暗河,線路標(biāo)高約230 m,巖溶豎井鉆探最深至標(biāo)高139 m處,推測(cè)暗河標(biāo)高約130~160 m,暗河管道斷面尺寸一般為2 m×5 m,豎井內(nèi)積水一般不會(huì)超過(guò)標(biāo)高185 m,連續(xù)強(qiáng)降雨暗河排水不暢時(shí),豎井內(nèi)地下水上漲的可能性大。巖溶豎井上方有約75 m的漏空空間,豎井頂板厚0~20 m,有整體坍塌風(fēng)險(xiǎn);隧頂上方有倒懸?guī)r體凸出,溶洞圍巖主要為中厚-厚層狀灰?guī)r,兩組陡傾角節(jié)理較發(fā)育,圍巖總體較完整且自然狀態(tài)下較穩(wěn)定,局部圍巖較破碎,頂板及側(cè)壁的石鐘乳和較破碎巖塊受震動(dòng)可能形成巨塊狀落石,危巖落石對(duì)隧道施工及運(yùn)營(yíng)影響較大,風(fēng)險(xiǎn)極高。

        針對(duì)該大型溶腔,在不改移線路的情況下對(duì)暗河河道進(jìn)行改移,然后對(duì)洞壁、洞頂進(jìn)行局部加固,采用C25混凝土對(duì)溶洞大廳分層進(jìn)行回填,回填至拱部以上10 m(拱部以上10 m至倒懸體下方采用土石回填密實(shí)),最后采用礦山法開(kāi)挖、控制爆破和暗挖法通過(guò)該段。由于溶洞豎井回填措施需要,于線路DK310+195處設(shè)置3個(gè)導(dǎo)洞,全部于線路右側(cè)溶洞側(cè)壁出洞,回填處理溶洞。

        (1)考慮到豎井溶洞頂部及側(cè)壁存在掉塊風(fēng)險(xiǎn),為確保施工、結(jié)構(gòu)及運(yùn)營(yíng)安全,須對(duì)洞壁、洞頂進(jìn)行局部加固,對(duì)正線附近的洞壁、洞頂不穩(wěn)定區(qū)域須采取噴錨網(wǎng)加固,并有針對(duì)性地采取一定的施工防護(hù)措施。為避免回填物堵塞豎井底部暗河,在回填之前對(duì)地下暗河河段進(jìn)行改移處理,利用排水通道將暗河上游水引排至下游,排水通道與地下暗河呈大角度相交,在地下暗河枯水期期間施工排水通道,如圖3所示。排水通道于正線線路右側(cè)設(shè)置,連接至暗河上游,坡度為5‰,暗河改移通道與暗河貫通后,須對(duì)上游暗河進(jìn)行封堵,將暗河水截排引流至排水通道,防止下游暗河水倒灌至溶洞豎井。封堵的施工步驟為:施工準(zhǔn)備→測(cè)量放樣→修筑周邊引排水設(shè)施→修筑圍堰→基坑開(kāi)挖→基坑處理→基底處理→封堵墻施作。

        圖3 地下暗河改移示意圖

        (2)1#導(dǎo)洞為主導(dǎo)洞,在溶洞側(cè)壁出洞處標(biāo)高為271.8 m,長(zhǎng)757 m,主要用于溶洞豎井3#導(dǎo)洞以上高程范圍內(nèi)的土石回填及溶洞內(nèi)危巖落石處理,以及洞頂上方混凝土及土石回填。2#導(dǎo)洞于線路下方溶洞側(cè)壁出洞,標(biāo)高為195 m,長(zhǎng)486.92 m。2#導(dǎo)洞于1#導(dǎo)洞右側(cè)進(jìn)行迂回設(shè)置,主要用于溶洞豎井井底至2#導(dǎo)洞底高程范圍內(nèi)的回填。該通道的主要功能為:預(yù)先進(jìn)入豎井溶洞,測(cè)量豎井溶洞回填范圍和推測(cè)排水通道與暗河接口位置,同時(shí)也便于對(duì)施工期間排水通道的暗河水位、水量及流速進(jìn)行觀察、監(jiān)測(cè),確保施工安全。3#導(dǎo)洞于線路下方溶洞側(cè)壁出洞,標(biāo)高為220 m,長(zhǎng)308.81 m。3#導(dǎo)洞于1#導(dǎo)洞左側(cè)迂回設(shè)置,主要用于溶洞豎井1#、2#導(dǎo)洞之間高程范圍內(nèi)的回填。

        溶腔回填時(shí)采用空心鋼管作為框架,既可以減少混凝土灌注量,也可以在鋼管中加注水以減少大體積混凝土水化熱,保證混凝土澆筑質(zhì)量,還可以增加混凝土的整體性及剛度,減少收縮。初步處理方案如后頁(yè)圖4所示。

        圖4 德興隧道正線附近溶腔處理方案設(shè)計(jì)示意圖(m)

        4 結(jié)語(yǔ)

        巖溶是隧道常見(jiàn)疑難問(wèn)題之一,由于其發(fā)育的復(fù)雜性、不均勻性和不穩(wěn)定性,對(duì)其處理不當(dāng)很容易引發(fā)嚴(yán)重的事故,隧道作為主要承重的結(jié)構(gòu),對(duì)巖溶處理的好壞顯得至關(guān)重要。綜上所述,可得出以下結(jié)論:

        (1)重視物探和超前地質(zhì)預(yù)報(bào),在設(shè)計(jì)階段應(yīng)對(duì)隧道巖溶情況進(jìn)行詳盡摸索與探查,設(shè)計(jì)前期盡可能避開(kāi)大型溶腔,施工期間應(yīng)結(jié)合隧道周邊環(huán)境對(duì)巖溶段落處理完善,不留后患。

        (2)對(duì)拱頂及拱腰位置的溶腔,采用護(hù)拱+緩沖墊層處理,對(duì)隧道進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng);對(duì)隧周溶腔,采用擋墻+護(hù)拱+墊層處理;對(duì)隧底大型溶腔,可采用導(dǎo)洞+改移暗河+回填或改移線位方法處理,有效跨越大型溶洞段。

        (3)施工期間重視對(duì)巖溶水的處理,維持既有排泄通道,有暗河段要對(duì)其進(jìn)行局部改移,避免破壞原有的巖溶水排水路徑,竣工后加強(qiáng)對(duì)巖溶水防排水系統(tǒng)的巡查。

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