隧道下穿暗河施工技術(shù)

1、隧道下穿暗河施工技術(shù)2007年7月第7期(總106)鐵道工程journalofrailwayengineeringsocietyjul20o7no.7(ser.106)文章編號(hào):10062106(2007)07007105隧道下穿暗河施工技術(shù)魏家君(中鐵三局集團(tuán)有限公司,太原030001)摘要:研究目的:通過(guò)對(duì)五爪觀暗河的處理,總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)合理,安全可行的隧道下穿暗河的施工方法,確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)安全,為類似工程積累經(jīng)驗(yàn).研究方法:工程類比和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn).研究結(jié)果:通過(guò)采用上游注漿截流堵水使地下暗流走行于隧道之上,巖堆體內(nèi)深孔注漿堵水加固相結(jié)合治理暗河方案,以及洞外堆積體內(nèi)動(dòng)水注漿,洞內(nèi)小導(dǎo)管注

2、漿,臺(tái)階法開挖,強(qiáng)支護(hù),隧底鋼管樁注漿加固等一系列工程措施,五爪觀隧道成功下穿暗河.研究結(jié)論:在巖堆體敞開式邊界條件及高富流動(dòng)水狀態(tài)下,根據(jù)暗河工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,采用”分區(qū)分序,多泵聯(lián)合,多漿組合,快凝早強(qiáng)”等關(guān)鍵技術(shù),可有效解決注漿截流,抬高地下水位,隧道下穿暗河堆積體開挖支護(hù)的施工難題.關(guān)鍵詞:隧道;下穿;暗河;施工;動(dòng)水狀態(tài);注漿中圖分類號(hào):u455文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:aconstructiontechnologyfortunnelunerpassedundergroundriverweijiajun(thethirdenneeringgroupco.abstract:researchpu

3、rposes:by,ltd.ofchinarailway,taiyuan,shanxi030001,china)makingtreatmentofundergroundfiveratwuzhaoguan,asetofeconomic,safeandfeasibleconstructionmethodsoftunnelexcavatedbelowthroughundergroundriverweresummarizedsoastoguaranteethesafetyofconstructionandoperation,whichprovidedexperienceforsimilarconstr

4、uction.researchmethods:theenneeringcomparisonandsiteexperienceweremade.researchresults:wuzhaoguantunnelwerepasedbelowthroughundergroundfiversuccessfully,byadoptingtheschemeofgroutinginterceptionandpondingtomakeundercurrentflowabovethetunnelandbydeepholegroutingtostrengthentheaccumulationbody.aseriou

5、sofengineeringmeasureswereused,suchasgroutingatmovingwaterstateintheaccumulationbody,smallpipeproofprotection,powerfulsupport,shortbenchcutmethod,tunnelfoundationrootbysteelpipepilegrouting,etc.researchconclusions:accordingtoundergroundriverengineeringgeologicalandhydrogeologicalconditions,thispaper

6、adoptedthekeytechnologiesof”partitionandsequence,multijointpump,moreslurrymix,rapidsolidificationandearlystrength”,effectivelyresolvetheproblemsofthegroutingclosureandraisinggroundwaterlevelsandtunnelexcavationbeneaththeundergroundriveraccumulationintherockopenboundaryconditionsandhighwaterflowsrich

7、state.keywords:tunnel;underpass;undergroundriver;construction;movingwaterstate;grouting收稿日期:20070423作者簡(jiǎn)介:魏家君,1959年出生,男,高級(jí)工程師,宜萬(wàn)鐵路中鐵三局指揮部總工程師.72鐵道工程2007年7月1概述1.1工程概況宜萬(wàn)鐵路五爪觀隧道全長(zhǎng)3531m,進(jìn)口里程dk48+856,路肩標(biāo)高為535.43m,出口里程dk52+387,隧道位于長(zhǎng)陽(yáng)縣境內(nèi),南起分香溪,北至馬虎溪.隧道為單線隧道單面上坡,坡度分別為15.8%0.五爪觀隧道進(jìn)出口地形陡峻,施工場(chǎng)地狹小,為合理安排施工,在隧道洞身左

8、側(cè)設(shè)置橫洞一處,橫洞與隧道相交于dk50+783.28,長(zhǎng)531m,縱坡3%0.根據(jù)原地質(zhì)勘察資料,五爪觀隧道下穿五爪觀暗河段(dk49+296.6+337.2),為進(jìn)一步勘察暗河工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況,并清除暗河堆積物,進(jìn)行溶洞大廳內(nèi)暗河處理,在隧道進(jìn)口左側(cè)約3055m處設(shè)置橫洞進(jìn)入溶洞大廳,橫洞全長(zhǎng)293m,縱坡為l0.33%.1.2五爪觀暗河概況隧道進(jìn)口附近向南發(fā)育五爪觀暗河,與五爪觀暗河出口段相連的干溶洞進(jìn)口位于五爪觀主峰西側(cè)200m處的陡壁上,標(biāo)高560.63m,五爪觀暗河出口位于五爪觀南側(cè)470m處的陡崖,以懸掛泉(當(dāng)?shù)胤Q為”五爪水泉”)的形式溢出,標(biāo)高489.13489.77m,

9、為景區(qū)主要景點(diǎn)之一.五爪觀暗河長(zhǎng)大于1000m,總體呈nw向展布,較順直,基本屬直線狀傾斜廳一廊組合型.自洞口向sw長(zhǎng)約187m為干洞,之后為一分叉口,見(jiàn)暗河出現(xiàn).暗河斷面形態(tài)多變,不規(guī)則,洞內(nèi)沉積有砂卵石,黏土等,洞頂坍塌多見(jiàn),巖堆高聳,發(fā)育有石筍,鐘乳石等巖溶景觀.暗河水流湍急,河床見(jiàn)有礫卵石堆積,磨圓度好,可見(jiàn)該暗河流經(jīng)距離之遠(yuǎn)長(zhǎng),局部地段在洞壁處還堆積了數(shù)米厚的粘土,粉土等地下暗河洪峰時(shí)的堆積產(chǎn)物.五爪觀隧道暗河地下水以碳酸鹽巖溶水為主,賦存于奧陶紀(jì)地層的巖溶裂隙中,含水量貧富不均,補(bǔ)給源為大氣降水,以暗河及泉的形式排泄,旱季流量0.6m/s(五爪水泉),雨季流量很大(五爪觀電站調(diào)查大

10、于10m/s,實(shí)測(cè)最大3.75m/s).測(cè)區(qū)內(nèi)的地下水補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水.1.3隧道通過(guò)暗河地段原設(shè)計(jì)概況原設(shè)計(jì)隧道從dk49+296+337段五爪觀暗河下部穿越,長(zhǎng)41m左右,暗河床底部堆積體為洞頂坍塌而堆積的大塊體和暗河沖洪積的塊石,卵石,厚約25m左右.隧道穿越暗河段原設(shè)計(jì)將堆積體全部清除至暗河底板后,采用0.5m厚c30防水鋼筋混凝土作底板一耋在線路右側(cè)約21m發(fā)育一裂隙,從其下可見(jiàn)暗河流水通道,距線路約25m,上游水深約0.6m,河床寬約2.0m,水流較急,在此處發(fā)育一積水潭;水深約1.6m,下游河床未探明(a)暗河平面圖多2:墜年3月24日實(shí)測(cè)水面標(biāo)高/552.585(2005年3

11、月04星/.mm一/._一:墅堡星,l544_3/隧道拱軌3/頂開挖線宜昌暑h538.53537.53524_23/35-7-(b)暗河縱面圖圖1暗河平面縱面圖(單位:m)夏第7期魏家君:隧道下穿暗河施工技術(shù)73設(shè)計(jì)方案調(diào)整為:在原設(shè)計(jì)澆注鋼筋混凝土底板基礎(chǔ)上采取上游注漿截流,巖堆體內(nèi)深孔注漿堵水相結(jié)合治理暗河方案.2暗河處理2.1水量調(diào)查經(jīng)對(duì)五爪觀暗河明流潛流的流量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)調(diào)查發(fā)現(xiàn),五爪觀暗河水流外泄點(diǎn)共有4處(其中q為五爪水泉,q為五爪觀景區(qū)土家竹樓靠山側(cè)陡壁巖溶裂縫處,為五爪觀景區(qū)土家竹樓靠山側(cè)溶洞,q為分香溪右側(cè)巖溶裂縫).實(shí)測(cè)流量分別為:q約為1.4m/s;q2約為0.2m/s;

12、q3約為0.5m/s;q4約為0.3ill/s,暗河內(nèi)渡槽明水流量q約為1.5m/s.流經(jīng)暗河的水全部通過(guò)上述排泄點(diǎn)外泄,根據(jù)實(shí)測(cè)資料測(cè)得暗河總流量為:q=q.+q+q+q=2.4m/s,暗河大廳渡槽內(nèi)明水流量為q=1.5m/s,則推測(cè)暗河大廳底板下堆積體的潛伏流量為qq=0.9m/s,潛伏流量占總流量的37.5%.2.2暗河下堆積體注漿根據(jù)清理后揭示的暗河溶洞形態(tài),結(jié)合地質(zhì)補(bǔ)勘資料及暗河明流潛流的流量現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)調(diào)查,得到暗河處理方法如下:注漿采取分區(qū),分序進(jìn)行,每區(qū)采取由外到內(nèi)的順序.分區(qū)為:截流區(qū),導(dǎo)流區(qū),大里程端區(qū),小里程端區(qū).總體施工順序:清除堆積物-施做大里程區(qū)底板及水渠-分段施做截流

13、區(qū)擋水壩及注漿-導(dǎo)流區(qū)鉆孔注漿-大里程區(qū)鉆孔注漿,小里程區(qū)底板-+小里程區(qū)鉆孔注漿.2.2.1清理暗河堆物到設(shè)計(jì)標(biāo)高后,將暗河水流導(dǎo)向隧道進(jìn)口端(小里程區(qū)),然后施做出口端(大里程區(qū))鋼筋混凝土底板,底板厚50cm,底板向暗河下游做成1.5%的引水縱坡,在鋼筋混凝土底板上預(yù)留注漿孔(108mm),范圍為暗河上游12m,下游10m,注漿孔間距2.0m.在鋼筋混凝土底板上順暗河上游出水口和下游排水口方向預(yù)埋排水渠側(cè)墻鋼筋,澆注鋼筋混凝土過(guò)水明渠,水渠寬5m,高1.5m,墻厚0.4m.2.2.2在暗河上游狹窄處(距線路中心40m的截水區(qū))修建擋水壩,擋水壩嵌入巖壁0.5m.在擋水壩5m范圍基底采取注

14、漿堵水,注漿孔深1022m(到達(dá)基巖面1.0m以下),注漿孔間距1.5m,注漿材料采用水泥一水玻璃雙液注漿材料,注漿方式采用前進(jìn)式,每次注漿長(zhǎng)度控制在3m左右,注漿順序先外排,后中間,跳孔分序.通過(guò)試驗(yàn)確定漿液配比,控制漿液凝膠時(shí)間,以保證截水區(qū)注漿止水效果.2.2.3對(duì)排水渠下堆積體進(jìn)行注漿,注漿完成后,將分散漫流的暗河水流導(dǎo)人排水渠.2.2.4施做大廳內(nèi)進(jìn)口端(小里程區(qū))鋼筋混凝土底板,對(duì)溶洞壁裂隙,主河道采取c20混凝土回填密實(shí),同時(shí)進(jìn)行大里程區(qū)鉆孔注漿加固,止水帷幕施工.小里程區(qū)鋼筋混凝土底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即可進(jìn)行注漿.注漿孔深1022m(到達(dá)基巖面1.0m以下),暗河上下游端(隧道兩

15、側(cè))2排注漿孔壓注水泥一水玻璃雙液漿,余孔壓注水泥漿液.對(duì)與隧道相交的兩端暗河溶腔壁進(jìn)行鉆探,發(fā)現(xiàn)巖壁下仍為松散堆積物,采取打斜孔進(jìn)行注漿.2.2.5對(duì)距隧道中線4.4m,兩側(cè)各一排孔插入108mm鋼管,縱向間距1m,深度15m,絲扣連接(絲扣不小于6cm),鋼管預(yù)留孔10mm間距30cm梅花狀布孔.進(jìn)行全孔注漿,漿液采用水泥漿,注漿壓力0.5mpa,保證隧道開挖時(shí)邊墻的穩(wěn)定.2.3注漿工藝2.3.1注漿參數(shù)漿液擴(kuò)散半徑:1.5m;堆積體孔隙率:30%45%;漿液填充系數(shù):90%;漿液損失率:20%;注漿終壓:0.51mpa.2.3.2注漿材料及配比注漿材料:擋水壩下采用水泥一水玻璃雙液漿,暗

16、河上下游2排孔采用水泥一水玻璃雙液漿,其余地段采用普通水泥單液漿.水泥采用p.042.5早強(qiáng)水泥,水玻璃3040玻美度,模數(shù)2.4;水泥漿水灰比0.8:11:1;雙液漿水泥一水玻璃體積比1:0.30.4,凝結(jié)時(shí)間為3060s.2.3.3注漿工藝要求采用分區(qū)分序.一序孔采用前進(jìn)式分段注漿方式進(jìn)行鉆孔注漿施工,防止?jié){液流失嚴(yán)重,定量控制為主,壓力控制為輔,每延米注漿量6in.二序孔采用全孔式注漿,如成孔困難采用前進(jìn)式注漿,定壓控制,終壓0.51mpa;孔口位置準(zhǔn)確定位,每鉆進(jìn)一段,檢查一段,及時(shí)糾偏;鉆孔與注漿順序由外向內(nèi),間隔施工,采用大流量注漿泵(或用3臺(tái)注漿泵同注一孔),每孔注漿完第一循環(huán)進(jìn)

17、尺后跳孔轉(zhuǎn)人另外注漿孔,待該孔的漿液膠結(jié)體達(dá)到一定強(qiáng)度后(3天左右)再鉆下一循環(huán)段注漿;在鉆孔過(guò)程中遇到卡鉆時(shí),立即停止鉆孔進(jìn)行74鐵道工程2007年7月注漿;一個(gè)孔段的注漿作業(yè)連續(xù)進(jìn)行直到結(jié)束,不宜中斷,盡量避免因機(jī)械故障,停電,停水,器材等問(wèn)題造成的被迫中斷.對(duì)于因?qū)嵭虚g歇注漿,制止串漿冒漿等而有意中斷,則應(yīng)先掃孔至原設(shè)計(jì)深度以后進(jìn)行復(fù)注.2.3.4注漿效果檢查評(píng)定方法及要求檢查孔法:檢查孔應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況隨機(jī)抽取,但必須重新成孔,不可利用既有注漿孔,檢查孔抽查率按總注漿孔的5%10%抽取;檢查孔涌水量小于0.211(m?min);對(duì)檢查孔進(jìn)行注漿,壓力應(yīng)很快上升,且進(jìn)漿量很小;采用地質(zhì)雷達(dá)

18、結(jié)合抽樣鉆探檢驗(yàn)注漿質(zhì)量,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的應(yīng)進(jìn)行方案調(diào)整,補(bǔ)孔注漿.2.4注漿效果進(jìn)口正洞上臺(tái)階距暗河大廳3m,2個(gè)檢查孔孔深分別為17m,19m,涌水量分別為0.011l/m?min,0.12l/m?min.小于0.2l/m?min.暗河截流區(qū)注漿壓力設(shè)計(jì)0.5mpa,實(shí)測(cè)最大2,3孔為0.9mpa,最小1,10孔為0.2mpa,其余孔為0.5mpa.2006年2月20日進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè),對(duì)暗河截水區(qū),隧道軸線注漿區(qū)進(jìn)行了注漿檢查,結(jié)果如下:從dk49+275+300一帶采集的數(shù)據(jù)圖像中看不到界線清晰的混凝土注漿與巖層的分界面.但測(cè)區(qū)內(nèi)注漿范圍圖像顯示為密實(shí),有2處存在空洞;從+302+3

19、31一帶采集數(shù)據(jù)圖形中可以比較清晰地看到67m的混凝土注漿,下部顯示為密實(shí);在截水區(qū)附近采集的數(shù)據(jù)圖形中可以清晰地看到25m的混凝土注漿,下部為密實(shí)區(qū).雷達(dá)檢測(cè)密實(shí),檢查孔滲水量小于設(shè)計(jì)要求,注漿成功.3下穿暗河隧道施工暗河處理完畢后,進(jìn)行洞內(nèi)開挖襯砌.暗挖隧道通過(guò)暗河堆積體段時(shí),采用臺(tái)階法開挖,(b42mm管棚注漿超前支護(hù),初期支護(hù)采用工18鋼架加強(qiáng),基底采用76mm鋼管樁注漿加固,二次襯砌采用c30鋼筋防水混凝土襯砌,防水采用全封閉鋪設(shè)防水板.具體步驟為:隧道中線左右兩側(cè)施工鋼管樁一地質(zhì)綜合超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)42mm注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)一開挖上臺(tái)階(放射狀超長(zhǎng)探測(cè)炮眼5個(gè))一初期支護(hù)工18鋼架加強(qiáng)

20、一臨時(shí)仰拱緊跟一拱部初期支護(hù)背后注漿一開挖下臺(tái)階一邊墻初期支護(hù)工18鋼架加強(qiáng)一初期支護(hù)仰拱封閉成環(huán)一開挖過(guò)程中視滲漏水情況可采用5m徑向注漿加固止水一基底76mm鋼管樁注漿加固一鋪設(shè)底部防水板一仰拱及填充一拆除臨時(shí)鋼支撐(每環(huán)襯砌長(zhǎng)度)一二次襯砌采用c30鋼筋防水混凝土襯砌.3.1地質(zhì)綜合超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)上臺(tái)階施做超前水平地質(zhì)鉆孔,拱頂及左右拱腳各1個(gè).下臺(tái)階左右各1個(gè).水平地質(zhì)鉆孔深度30m,暗河段每循環(huán)搭接長(zhǎng)度不得小于6m.做好現(xiàn)場(chǎng)記錄并及時(shí)整理造冊(cè)(起訖作業(yè)時(shí)間,起訖里程,每米鉆進(jìn)起訖時(shí)間,卡鉆情況,出水點(diǎn)位置,水量描述,出泥情況描述,空洞描述),現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理簽認(rèn).物探采用地質(zhì)雷達(dá),紅外探水儀.

21、每循環(huán)開挖前,掌子面增加放射狀超長(zhǎng)探測(cè)炮眼5個(gè).孔深4m.3.2開挖支護(hù)3.2.1上臺(tái)階開挖支護(hù)先進(jìn)行拱部42mm超前小導(dǎo)管注漿支護(hù),l=4m,=30cm,外插角=8.,每2.5m一環(huán);人工開挖,進(jìn)尺0.5m,遇孤石可弱爆破,預(yù)留核心土,工18工字鋼間距為0.5m一榀;噴射混凝土厚度20cin;工18t字鋼臨時(shí)仰拱間距1.0m,噴射混凝土,緊跟核心土,拱腳處焊接牢固.3.2.2下臺(tái)階開挖支護(hù)石質(zhì)地段左右錯(cuò)臺(tái)跟進(jìn),每側(cè)跟進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺按2榀格柵間距掘進(jìn),及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù).軟泥及粘泥類石塊地段掘進(jìn),要預(yù)留核心土,進(jìn)尺0.5m.下臺(tái)階落底時(shí),采用混凝土墊塊作為工字鋼底部基礎(chǔ),加大工字鋼底坐受力面積.隧底

22、的初期支護(hù)隨邊墻一起封閉.3.2.3初期支護(hù)背后注漿下臺(tái)階開挖之前對(duì)拱部初期支護(hù)背后注漿.拱部及邊墻初期支護(hù)每施做23m時(shí)立即進(jìn)行背后注漿.3.2.4隧道底部處理采用76mm鋼管樁進(jìn)行注漿(單液漿)加固,縱橫間距80cm,梅花型布置.鋼管樁嵌入基巖1.0in,注漿壓力0.51mpa.3.3襯砌施工二次襯砌拱部,邊墻,底板c30鋼筋混凝土,底部填充c25混凝土.隧底鋼管樁注漿后基面處理鋪設(shè)隧底防水層一綁扎隧底鋼筋一澆注隧底鋼筋混凝土一拆除10m水平臨時(shí)仰拱鋪設(shè)邊墻拱部防水層及透水管一綁扎邊墻拱部鋼筋一調(diào)整臺(tái)車一安裝止水帶堵頭模板一澆注鋼筋混凝土一下一循環(huán).第7期魏家君:隧道下穿暗河施工技術(shù)754

23、結(jié)論4.1因暗河下游五爪觀發(fā)電站完全使用暗河之水,所以,不能采用泄水洞排水方案.4.2采取堆積體內(nèi)動(dòng)水狀態(tài)下注漿加固止水時(shí),應(yīng)根據(jù)地下水的流速,通過(guò)試驗(yàn)確定合理的注漿參數(shù)及注漿工藝,并根據(jù)注漿情況及時(shí)調(diào)整,注漿后必須進(jìn)行注漿效果檢查,合格后才能開挖,防止出現(xiàn)災(zāi)難事故.4.3實(shí)踐證明”單孔多機(jī)同注,水泥漿一水玻璃漿液快凝早強(qiáng)”巖堆體內(nèi)動(dòng)水注漿止水是可行的.開挖過(guò)程中未有發(fā)生突泥突水,71m下穿段的初期支護(hù)沒(méi)有滲水現(xiàn)象.(上接第7o頁(yè))滲透系數(shù)逐漸減小,隧道涌水量增大和水壓折減系數(shù)相應(yīng)增大所導(dǎo)致的,說(shuō)明由圍巖與襯砌的滲透系數(shù)函數(shù)確定隧道涌水量及水壓大小的計(jì)算公式可以解釋這一現(xiàn)象.(2)編號(hào)1,2,

24、3工況襯砌的彎矩和軸力最不利位置大致相同,計(jì)算得到的偏心矩均小于相應(yīng)截面厚度的0.45倍,根據(jù)偏心影響系數(shù)計(jì)算得到的安全系數(shù)也符合規(guī)范的要求.依據(jù)受壓構(gòu)件承載力驗(yàn)算公式得出的結(jié)果證實(shí)了各工況斷面設(shè)計(jì)合理性,說(shuō)明以過(guò)渡圓弧連接仰拱與曲邊墻的襯砌設(shè)計(jì)方法是妥當(dāng),可行的.3結(jié)論通過(guò)計(jì)算施加在襯砌結(jié)構(gòu)上的水荷載,采用有限元方法分析了,v,級(jí)圍巖襯砌結(jié)構(gòu)在相應(yīng)圍巖級(jí)別下的受力特征,可以得到以下結(jié)論:(1)在全斷面封閉排水的襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,應(yīng)著重考慮發(fā)揮混凝土的抗壓性能.例如,隧道軌上斷面采用單心圓型式能較好地適應(yīng)承受水荷載.在襯砌受力最不利位置,即曲邊墻與仰拱連接部位,還應(yīng)通過(guò)適當(dāng)加大配筋率,增加混凝土厚度的方法進(jìn)行設(shè)計(jì).(2)根據(jù)水荷載計(jì)算公式,在富