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(tuán)有限公司第一工程處，河南新鄉(xiāng) 453000）摘 要 隨著特長(zhǎng)隧道的不斷增多，為了解決通風(fēng)問題，一般采用斜井進(jìn)行通風(fēng)。摩天嶺隧道全長(zhǎng)7353米，為西南第二長(zhǎng)高速公路隧道，隧道右線設(shè)通風(fēng)斜井1座，斜井長(zhǎng)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(cè)。本文就此2個(gè)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(yàn)和體會(huì)，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(jì)概況國(guó)家重點(diǎn)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(xiàng)目有摩天嶺特長(zhǎng)隧道及右線2號(hào)斜井。摩天嶺隧道全長(zhǎng)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(jì)凈寬10.25m，凈高5.0m。設(shè)計(jì)行車速度為80Km/h。摩天嶺隧道2號(hào)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(jī)房和隧道右線聯(lián)通；該斜井作為巫奉高速公路重難點(diǎn)工程之一，擔(dān)負(fù)7353米摩天嶺隧道右線的運(yùn)營(yíng)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(zhǎng)度長(zhǎng)（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(hào)溶洞概況2006年10月21日晚23時(shí)30分掌子面在打鉆的過程中，其中有3個(gè)鉆孔已出現(xiàn)異常，裝藥爆破后，掌子面形成一個(gè)直徑約3米的空洞，前方深不可測(cè)。次日對(duì)溶洞經(jīng)過詳細(xì)勘測(cè)，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(zhǎng)度49米，高度22米，寬度達(dá)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(shí)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(hào)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(dá)1/3左右，粘土粘性強(qiáng)。經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測(cè)，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(jī)，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(jìn)一步掘進(jìn)，洞頂?shù)纳皩釉胶?，?duì)施工影響和危害性極大，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(gè)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(shì)走向受構(gòu)造線和地層巖性控制，山體兩側(cè)坡勢(shì)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(hào)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(yè)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(zhǎng)度110米不等。地下水為巖溶裂隙水，受大氣降水補(bǔ)給，地表水直接沿溶溝、溶槽從落水洞、巖溶漏斗、巖溶裂隙進(jìn)入地下。隧道地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，其特點(diǎn)是春早、夏熱、秋涼、冬暖多霧，四季分明，無霜期長(zhǎng)，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(shí)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(diǎn)，結(jié)合隧道工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特征，按拱部、邊墻和底部三個(gè)部位確定巖溶處治方案，另外要充分考慮斜井的施工特點(diǎn)。3.1 斜井1號(hào)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(yùn)營(yíng)期間掉石，保證安全，對(duì)溶洞頂部采用錨網(wǎng)噴進(jìn)行封閉，錨桿采用藥卷錨桿，單根長(zhǎng)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(dá)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(hào)漿砌片石回填。（3）斜井二次襯砌設(shè)計(jì)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(hào)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(jī)械進(jìn)行碾壓，同時(shí)斜井傾角大，為了避免回填后沉降以及斜井向下滑移，同時(shí)避免以后水對(duì)基底的侵蝕，對(duì)該段進(jìn)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(zhǎng)3米，間距2×2m，對(duì)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(zhǎng)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(gè)，將水排放至暗河，同時(shí)在暗河和斜井之間用漿砌片石擋墻進(jìn)行封閉，墻厚2.5米。3.2 斜井2號(hào)溶洞處治方案根據(jù)

9、地質(zhì)雷達(dá)和超前探測(cè)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(hù)采用42注漿小導(dǎo)管，單根長(zhǎng)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(zhǎng)3.0m，環(huán)向間距100cm，小導(dǎo)管插入后進(jìn)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(hù)采用18工字鋼，環(huán)向?yàn)?2注漿小導(dǎo)管，單根長(zhǎng)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(hào)溶洞處治斷面

10、圖4 溶洞段施工4.1 斜井1號(hào)溶洞施工施工采用單工序，回填和防護(hù)不能同時(shí)作業(yè)?；靥疃床陱亩赐鈼壨翀?chǎng)取碴，采用有軌運(yùn)輸至斜井溶洞處。不足部分選其它取土點(diǎn)?；靥钪翙C(jī)械能夠下到溶洞后，機(jī)械進(jìn)行整平，同時(shí)修筑擋碴墻，繼續(xù)進(jìn)行回填?；靥钪烈欢ǜ叨龋裨O(shè)注漿管，澆注防滑平臺(tái)，注漿后進(jìn)行鋼筋混凝土的澆注，施工時(shí)埋設(shè)接茬鋼筋?；炷翉?qiáng)度達(dá)到70%時(shí)，施做漿砌片石。在設(shè)置護(hù)拱混凝土，最后同正洞施工二次襯砌。運(yùn)輸全部采用絞車提升，有軌運(yùn)輸。（1）洞碴回填利用洞外棄碴場(chǎng)隧道棄碴，先轉(zhuǎn)運(yùn)至斜井洞口，用裝載機(jī)裝碴到礦車，有軌運(yùn)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?；靥顣r(shí)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(yàn)，對(duì)設(shè)計(jì)的配合比進(jìn)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(biāo)值不得大于1.5MPa。注漿壓力以孔口壓力表指針擺動(dòng)中值為準(zhǔn)。注漿壓力可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施

12、工試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。變形觀測(cè)：孔口設(shè)置抬動(dòng)檢測(cè)裝置，控制抬動(dòng)值不大于2cm。同時(shí)，對(duì)竄漿冒漿情況進(jìn)行觀測(cè)和記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況，及時(shí)采用封堵、減壓、濃漿、間隙法注漿等措施進(jìn)行處理。止?jié){：在規(guī)定壓力下，注漿量小于1L/min時(shí)，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(duì)孔底漏漿嚴(yán)重的情況可采用濃漿封底，對(duì)于變形過大不能正常止?jié){的情況，可采用23小時(shí)間隙法注漿，若仍不能抑制變形則間隔12天后進(jìn)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(tái)階狀，寬度2米，鋼筋綁扎完畢后進(jìn)行混凝土澆注，混凝土由洞外攪拌站集中拌制，利用礦車運(yùn)送至溶洞上部，在利用

13、梭槽將混凝土輸至使用地點(diǎn)。（4）套拱施工自下向上，進(jìn)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(tái)車，砼輸送泵泵送混凝土入模。4.2 斜井2號(hào)溶洞施工預(yù)留核心土，從四周用風(fēng)鎬進(jìn)行開挖，工字鋼每次施工一榀。工字鋼施工順序?yàn)楣安?、邊墻、仰拱，每施工一個(gè)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(hù)每1.2米施做一環(huán)，完畢后進(jìn)行注漿。本溶洞內(nèi)充填沉積砂，同時(shí)上部有滲水，所以注漿起到固結(jié)砂層增加穩(wěn)定，同時(shí)也起止水的作用。因此超前支護(hù)和42小導(dǎo)管代替的系統(tǒng)錨桿必須進(jìn)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(biāo)號(hào)為PO.32.5；水玻璃波美度為30，模數(shù)為2.4。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：?jiǎn)慰鬃{壓力達(dá)到設(shè)計(jì)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(cè)點(diǎn)，對(duì)收斂和下沉進(jìn)行監(jiān)測(cè)。5 溶洞處理注意事項(xiàng)（1）因溶洞連通性很好，因此雨季期間加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)水量的觀測(cè)，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(qiáng)溶洞四壁及其他地段的巡視、觀測(cè)，避免出現(xiàn)頂部因爆破震動(dòng)出現(xiàn)掉塊等安全隱患。（3）施工期間盡快封閉暗河，對(duì)進(jìn)洞人員進(jìn)行安全教育，不能在溶洞內(nèi)進(jìn)行探險(xiǎn)活動(dòng)，以免發(fā)生意外。（4）施工期間加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做好安全應(yīng)急預(yù)案，落實(shí)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(cè)情況采取注漿的方式對(duì)空腔內(nèi)進(jìn)行加固處理。（6）留足充足的預(yù)留變形量；同時(shí)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(hào)溶洞施工過程中，要切實(shí)安排好拱部、邊墻與底部開挖時(shí)間和施工順序，要做到底部與拱部拱架等初期支護(hù)及時(shí)封閉成環(huán)，避免底部初期支護(hù)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(duì)砂進(jìn)行固結(jié)的配合比應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，掌握最佳的注漿配合比、注漿壓力、注漿時(shí)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(jī)械設(shè)備配置、材料運(yùn)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(duì)施工造成影