大斷面大傾角斜井溶洞施工技術(shù)

1、大斷面大傾角斜井溶洞施工技術(shù)張文明（中鐵隧道集團有限公司第一工程處，河南新鄉(xiāng) 453000）摘 要 隨著特長隧道的不斷增多，為了解決通風(fēng)問題，一般采用斜井進行通風(fēng)。摩天嶺隧道全長7353米，為西南第二長高速公路隧道，隧道右線設(shè)通風(fēng)斜井1座，斜井長817.673米，傾角25°，開挖過程中遇大型溶洞2處，一處斜井正穿溶洞，溶腔斷面大；一處為泥質(zhì)充填，厚度無法探測。本文就此2個斜井溶洞的處理，提出可行可靠的施工方法，并總結(jié)了成功的經(jīng)驗和體會，以供同類工程施工借鑒。關(guān)鍵詞 公路 斜井 大傾角 溶洞1 概述1.1 設(shè)計概況國家重點公路杭州至蘭州線重慶巫奉高速公路A19合同段，位于重慶市奉節(jié)縣雙

2、潭鄉(xiāng)境內(nèi)，主要工程項目有摩天嶺特長隧道及右線2號斜井。摩天嶺隧道全長7353 m，其中我合同段承擔(dān)右線出口3608米，左線出口3527.785米的施工任務(wù)。隧道左線縱坡為1.864%，右線縱坡1.871%。隧道設(shè)計凈寬10.25m，凈高5.0m。設(shè)計行車速度為80Km/h。摩天嶺隧道2號斜井位于隧道右線右側(cè)，井底位于右線里程YK46+639的右側(cè)44.95m處，通過排風(fēng)通道、送風(fēng)通道、風(fēng)機房和隧道右線聯(lián)通；該斜井作為巫奉高速公路重難點工程之一，擔(dān)負7353米摩天嶺隧道右線的運營通風(fēng)任務(wù)。斜井通過段巖性以灰?guī)r為主，地下水為碳酸鹽巖類巖溶水。斜井坡度大（24.95°）、長度長（816.7

3、63米），斜井巖溶極其發(fā)育，施工難度極大。1.2 斜井1號溶洞概況2006年10月21日晚23時30分掌子面在打鉆的過程中，其中有3個鉆孔已出現(xiàn)異常，裝藥爆破后，掌子面形成一個直徑約3米的空洞，前方深不可測。次日對溶洞經(jīng)過詳細勘測，溶洞距離洞口約110米，斜井正穿溶洞。溶洞內(nèi)無水，溶腔大，縱向長度49米，高度22米，寬度達26米，溶腔內(nèi)巖石表面有黃色泥土，表層不同程度出現(xiàn)風(fēng)化跡象，石鐘乳十分發(fā)育，洞內(nèi)出現(xiàn)石鐘乳柱、筍等形狀，見圖1。溶洞內(nèi)聯(lián)通性好，上部約200米處有一更大的溶洞，四周有空洞相連。下游有落水洞，同時有大的溶洞出現(xiàn)。流水通道斷面均比較大，上部全部為風(fēng)化成泥的形態(tài)，底部淤泥較厚，經(jīng)過

4、水的沖擊形成泥溝。暗河與斜井平面相交，在斜井底部穿過，巖層厚度為11米。1.3 斜井2號溶洞概況2006年12月2日，掌子面爆破后，掌子面出現(xiàn)黃色粘土，其面積達1/3左右，粘土粘性強。經(jīng)過地質(zhì)雷達進行探測，前方范圍比較大，超過20米。揭露溶洞上部為粘土，下部為砂層，再次采用水平地質(zhì)鉆機，最終確定溶洞的大致形狀。因洞室內(nèi)充填物以沉積砂、砂礫石和粘土為主，下部為砂層，上部為粘土層，但砂層處于斜井洞身四周，且隨著斜井的進一步掘進，洞頂?shù)纳皩釉胶瘢瑢κ┕び绊懞臀：π詷O大，左側(cè)頂部有巖溶裂隙水滲出，溶洞壁圍巖為隱晶質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育。根據(jù)巖溶規(guī)模，2個溶洞應(yīng)屬于特大型溶洞，因此應(yīng)采取特別

5、處理。其溶洞情況見圖2。2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)隧道區(qū)內(nèi)山勢走向受構(gòu)造線和地層巖性控制，山體兩側(cè)坡勢陡峭自然坡度在40°55°之間，山頂寬緩，形成峰叢、槽谷、巖溶洼地、落水洞等巖溶地貌形態(tài)，峰叢多成渾圓狀，槽谷、巖溶洼地連續(xù)呈脈狀展布，主槽和主要溝谷及脈狀峰叢受構(gòu)造控制，與構(gòu)造線走向基本一致；山脈頂部為寬緩的構(gòu)造溶蝕峰叢洼地地貌，峰叢沿構(gòu)造走向分布，峰叢高度3050m，峰叢之間有山間溶蝕洼地， 圖1 1號溶洞照片圖2 溶洞平面位置和縱斷面圖洼地四周為崖壁，高出鄰區(qū)100300m。斜井穿越段全部為灰?guī)r，地表位于灰?guī)r和泥巖、頁巖交替帶，而且地表局部溶蝕為溶溝、溶槽，可見深度0.8

6、m，延伸長度110米不等。地下水為巖溶裂隙水，受大氣降水補給，地表水直接沿溶溝、溶槽從落水洞、巖溶漏斗、巖溶裂隙進入地下。隧道地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，其特點是春早、夏熱、秋涼、冬暖多霧，四季分明，無霜期長，光照適宜，雨量充沛，風(fēng)速較小。多年平均氣溫16.5，歷年最高氣溫43.1（7月），最低氣溫-9.2（1月），多年平均降雨量1261.9mm。隧道施工期間恰遇重慶市百年不遇的旱季，因此揭露時溶洞內(nèi)基本無水。3 溶洞處治方案根據(jù)斜井巖溶發(fā)育特點，結(jié)合隧道工程的結(jié)構(gòu)特點和受力特征，按拱部、邊墻和底部三個部位確定巖溶處治方案，另外要充分考慮斜井的施工特點。3.1 斜井1號溶洞處治方案（1）溶洞頂部處理

7、方案溶洞四壁全部灰?guī)r，表面已風(fēng)化，為泥質(zhì)，出現(xiàn)流水或滴水處水中含大量鈣質(zhì)，形成石鐘石?；?guī)r層理之間充填有泥，為了防止施工期間以及運營期間掉石，保證安全，對溶洞頂部采用錨網(wǎng)噴進行封閉，錨桿采用藥卷錨桿，單根長300cm，間距1×1m，單層6.5鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)眼間距20×20cm，噴混凝土厚10cm。（2）溶洞底部處理方案溶洞底部回填較深，最深處達到12米，采用洞碴回填，洞碴頂部為厚1米的C25鋼筋混凝土澆注，1.5米厚M7.5號漿砌片石回填。（3）斜井二次襯砌設(shè)計為了起到減震效果，該段套拱采用18工字鋼，縱向間距75cm，環(huán)向聯(lián)結(jié)鋼筋采用22鋼筋，間距1米，噴混凝土26cm；二次

8、襯砌為40cm厚C25鋼筋混凝土。圖3 斜井1號溶洞處治斷面圖（4）洞碴防沉降及斜井防滑移措施該溶洞回填高度較高，斜井內(nèi)無法利用機械進行碾壓，同時斜井傾角大，為了避免回填后沉降以及斜井向下滑移，同時避免以后水對基底的侵蝕，對該段進行注漿處理，施工縫之間設(shè)置接茬鋼筋。洞碴中預(yù)埋42注漿小導(dǎo)管，單根長3米，間距2×2m，對洞碴采用注漿加固處理；混凝土和漿砌片石之間采用12接茬鋼筋，單根長1米，間距30×30cm。（5）排水方案為了保證斜井底部橫向排水暢通，設(shè)500涵洞一個，將水排放至暗河，同時在暗河和斜井之間用漿砌片石擋墻進行封閉，墻厚2.5米。3.2 斜井2號溶洞處治方案根據(jù)

9、地質(zhì)雷達和超前探測確定溶洞的形狀，確定以下處置方案，見圖4。采用18工字鋼架，縱向間距40cm；超前支護采用42注漿小導(dǎo)管，單根長3米，縱向間距1.2米，環(huán)向間距30cm；雙層8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)眼間距15×15cm；噴混凝土厚度26cm；環(huán)向用42注漿小導(dǎo)管代替系統(tǒng)錨桿，單根長3.0m，環(huán)向間距100cm，小導(dǎo)管插入后進行注漿，將砂層固結(jié)。預(yù)留變形量25cm，二次襯砌為50cm厚鋼筋混凝土。仰拱初期支護采用18工字鋼，環(huán)向為42注漿小導(dǎo)管，單根長度6.0m，斜向30度注漿,注漿量應(yīng)保證把3.0m范圍內(nèi)砂層全部固結(jié)。噴混凝土厚度26cm；仰拱為50cm厚鋼筋混凝土。圖4 斜井2號溶洞處治斷面

10、圖4 溶洞段施工4.1 斜井1號溶洞施工施工采用單工序，回填和防護不能同時作業(yè)。回填洞碴從洞外棄土場取碴，采用有軌運輸至斜井溶洞處。不足部分選其它取土點?；靥钪翙C械能夠下到溶洞后，機械進行整平，同時修筑擋碴墻，繼續(xù)進行回填?；靥钪烈欢ǜ叨龋裨O(shè)注漿管，澆注防滑平臺，注漿后進行鋼筋混凝土的澆注，施工時埋設(shè)接茬鋼筋?；炷翉姸冗_到70%時，施做漿砌片石。在設(shè)置護拱混凝土，最后同正洞施工二次襯砌。運輸全部采用絞車提升，有軌運輸。（1）洞碴回填利用洞外棄碴場隧道棄碴，先轉(zhuǎn)運至斜井洞口，用裝載機裝碴到礦車，有軌運輸，洞內(nèi)設(shè)置曲軌，直接卸碴至溶洞內(nèi)。（2）底部注漿注漿范圍及深度：回填深度4米以上采用注漿處

11、理，寬度為斜井井身底部。注漿孔布置： 注漿孔按梅花形布置，孔距為2.0m。回填時根據(jù)回填高度預(yù)埋注漿管。漿材、漿液要求： 壓力注漿材料采用水泥粉煤灰系列，各材料具體要求如下：開灌：水：水泥=1：1一次鉆灌法主灌：水：水泥：粉煤灰=3：1：3兩次鉆灌法：第一次主灌 水：水泥：粉煤灰=3：2：3第二次主灌 水：水泥：粉煤灰=3：1：3具體可根據(jù)注漿試驗，對設(shè)計的配合比進行優(yōu)選，得到最終施工配合比。宜采用稠度高的濃漿液。注漿壓力：壓力注漿可以采用花管注漿方式。注漿壓力是控制注漿質(zhì)量和漿液數(shù)量的重要參數(shù)，壓力表其最大標值不得大于1.5MPa。注漿壓力以孔口壓力表指針擺動中值為準。注漿壓力可以根據(jù)現(xiàn)場施

12、工試驗結(jié)果進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。變形觀測：孔口設(shè)置抬動檢測裝置，控制抬動值不大于2cm。同時，對竄漿冒漿情況進行觀測和記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時采用封堵、減壓、濃漿、間隙法注漿等措施進行處理。止?jié){：在規(guī)定壓力下，注漿量小于1L/min時，穩(wěn)定23分鐘，若壓力不下降或壓力下降不超過5%，則可正常止?jié){。特殊情況處理：對孔底漏漿嚴重的情況可采用濃漿封底，對于變形過大不能正常止?jié){的情況，可采用23小時間隙法注漿，若仍不能抑制變形則間隔12天后進行復(fù)注。（3）底板混凝土澆筑注漿完畢，將底部作成利用人工操作的臺階狀，寬度2米，鋼筋綁扎完畢后進行混凝土澆注，混凝土由洞外攪拌站集中拌制，利用礦車運送至溶洞上部，在利用

13、梭槽將混凝土輸至使用地點。（4）套拱施工自下向上，進行工字鋼套拱施工，架立3-5榀后，施做噴混凝土。（5）二次襯砌施工同其它段落，利用模板臺車，砼輸送泵泵送混凝土入模。4.2 斜井2號溶洞施工預(yù)留核心土，從四周用風(fēng)鎬進行開挖，工字鋼每次施工一榀。工字鋼施工順序為拱部、邊墻、仰拱，每施工一個部分立即用噴砼封閉，注漿固結(jié)后本單元才能結(jié)束。超前支護每1.2米施做一環(huán)，完畢后進行注漿。本溶洞內(nèi)充填沉積砂，同時上部有滲水，所以注漿起到固結(jié)砂層增加穩(wěn)定，同時也起止水的作用。因此超前支護和42小導(dǎo)管代替的系統(tǒng)錨桿必須進行注漿。注漿采用水泥-水玻璃雙液，其參數(shù)如下：注漿壓力0.5-1.0Mpa；水泥漿水灰比為

14、1:1；水泥標號為PO.32.5；水玻璃波美度為30，模數(shù)為2.4。注漿結(jié)束標準：單孔注漿壓力達到設(shè)計終壓并繼續(xù)注漿10min以上，可結(jié)束本孔注漿。每2米設(shè)置一組量測點，對收斂和下沉進行監(jiān)測。5 溶洞處理注意事項（1）因溶洞連通性很好，因此雨季期間加強對洞內(nèi)水量的觀測，避免水量過大，落水洞堵塞造成斜井被淹的情況。（2）施工期間加強溶洞四壁及其他地段的巡視、觀測，避免出現(xiàn)頂部因爆破震動出現(xiàn)掉塊等安全隱患。（3）施工期間盡快封閉暗河，對進洞人員進行安全教育，不能在溶洞內(nèi)進行探險活動，以免發(fā)生意外。（4）施工期間加強監(jiān)控量測，做好安全應(yīng)急預(yù)案，落實安全應(yīng)急措施，確保施工安全。（5）在塌腔段預(yù)留注漿孔

15、，根據(jù)以后觀測情況采取注漿的方式對空腔內(nèi)進行加固處理。（6）留足充足的預(yù)留變形量；同時要滿足加厚二次襯砌所需的凈空，確保二次襯砌斷面不侵入凈空。 （7）在2號溶洞施工過程中，要切實安排好拱部、邊墻與底部開挖時間和施工順序，要做到底部與拱部拱架等初期支護及時封閉成環(huán)，避免底部初期支護滯后而引起的掉拱、拱架變形、拱頂下沉量過大等現(xiàn)象。（8）注漿對砂進行固結(jié)的配合比應(yīng)現(xiàn)場調(diào)整，掌握最佳的注漿配合比、注漿壓力、注漿時間和注漿工藝，確保注漿效果。6 結(jié)論由于斜井坡度很大，在機械設(shè)備配置、材料運輸、施工方式上與隧道工程均不同。本斜井傾角24.95°，人員行走都存在困難，因此施工難度極大。隧道內(nèi)出現(xiàn)溶洞對施工造成影