隧道巖溶軟弱面整治特殊工程地質(zhì)的解決方案

PAGE隧道巖溶軟弱面整治特殊工程地質(zhì)的解決方案

摘要：巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經(jīng)過化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用而形成的各種地表和地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。通常情況下，巖溶發(fā)育的條件有三個，一是巖石的可溶性與巖石裂隙，可溶性巖石主要包括石灰?guī)r、白云巖、巖鹽等，其次是水的侵蝕作用，最后是水的流通條件。另外，隧道所處地形、當(dāng)?shù)氐慕邓康拇笮〖案采w隧道表面土體的性質(zhì)也是造成巖溶發(fā)育的重要因素。巖溶對隧道的危害主要分為四種類型。

關(guān)鍵詞：其他隧道軟弱整治巖溶

1、巖溶的形成及其對隧道工程影響

巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經(jīng)過化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用而形成的各種地表和地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。通常情況下，巖溶發(fā)育的條件有三個，一是巖石的可溶性與巖石裂隙，可溶性巖石主要包括石灰?guī)r、白云巖、巖鹽等，其次是水的侵蝕作用，最后是水的流通條件。另外，隧道所處地形、當(dāng)?shù)氐慕邓康拇笮〖案采w隧道表面土體的性質(zhì)也是造成巖溶發(fā)育的重要因素。巖溶對隧道的危害主要分為四種類型：

（1）洞穴的存在使建筑物全部或部分懸空，將極大地降低隧道的使用可靠度；

（2）巖溶水特別是當(dāng)CO3-等可溶性物質(zhì)含量增高時，水的流通將給隧道結(jié)構(gòu)帶來極大的侵蝕作用，影響隧道的使用壽命；

（3）洞穴堆積物因松軟易坍塌下沉，改變洞穴周邊的應(yīng)力分布形態(tài)，影響隧道的穩(wěn)定；

（4）隧道中地下水流失，使隧道頂部地面巖溶塌陷，導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)被破壞，也是造成隧道結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因。

隧道施工遇有巖溶危害時，可根據(jù)巖溶對隧道不同的影響情況及具體的施工條件，采取不同的處理措施。以下列舉了內(nèi)昆鐵路和南昆鐵路幾處典型隧道巖溶處理措施，以求對隧道通過不同形態(tài)巖溶地段的處理作一概述。

2、隧道通過巖溶地段的主要處理措施

2.1洞穴的處理

2.1.1跨越處理

當(dāng)溶洞規(guī)模較大、溶洞內(nèi)充填物松軟，基礎(chǔ)處理工程修建困難、耗資巨大，或者溶洞雖小但要求不堵塞水流時，可根據(jù)具體條件采用相應(yīng)的梁跨、板跨等形式跨越巖溶地段。南昆鐵路沙廠坪一號隧道，線路右側(cè)邊墻通過縱長20m的溶洞，采用24m超低高度鋼筋混凝土梁跨越，梁體采用抗侵蝕混凝土。該段隧道部分襯砌采用明洞形式，隧道襯砌左邊墻底用砂漿錨桿錨固于基礎(chǔ)上，右邊墻梁按梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，施工時采用先拱后墻法，使邊墻梁在拱圈保護(hù)下安全施工。邊墻梁支座與行車梁臺座間、邊墻梁與隧道襯砌連接處均設(shè)置斷縫。右邊墻底加設(shè)聯(lián)系鋼筋鋼筋，增加與邊墻梁之間的聯(lián)接。

內(nèi)昆鐵路深溪坪一號隧道和鰱魚洞隧道分別采用4片跨度為10m和2片跨度為16m的低高度鋼筋混凝土梁跨越溶洞的情況。

2.1.2封閉處理

已停止發(fā)育的干溶洞，可采用混凝土、漿砌片石或干砌片石堵塞、充填。圖3是南昆鐵路干莊隧道，穿越一水平發(fā)育溶洞，施工時在兩側(cè)邊墻襯砌外采用100號漿砌片石封閉，設(shè)置砂夾卵石過濾層。隧頂采用虹吸拱頂排水方案，在隧道頂部擴(kuò)挖長20m，高4m，寬4m的排水通道，并采用雙層網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，鋼筋直徑為6mm，間距為25cm，噴射混凝土厚度達(dá)20cm。

2.1.3錨桿、鋼管加固處理

為防止洞穴巖壁或頂板坍塌，在清除松動巖石困難的情況下，可采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體。

為保護(hù)隧道襯砌不受溶洞洞壁破碎巖石的過大壓力或坍塌遭致破壞，對隧道襯砌頂部回填體表面采用0.2m厚的150號混凝土護(hù)面，其下鋪砌厚度為0.5m漿砌片石，對回填體以上7m范圍內(nèi)溶洞洞壁采用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土封閉支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為200號噴射混凝土厚8cm、φ8鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距25×25cm，錨桿直徑為22mm，間距為1.5m，每根長度為3m，梅花形布置。該段隧道高度較大的溶洞，設(shè)置橫向鋼軌橫撐，寬敞巖溶大廳設(shè)人字形鋼軌柵架。

2.1.4支頂處理

南昆鐵路高寨一號隧道通過一長23m，高16m，寬25m的大溶洞，溶洞由碎塊石充填，充填物最深可達(dá)路基面以下24m，由于受一條壓扭性斷層影響，溶洞圍巖破碎，節(jié)理發(fā)育，水量較小。為保證隧道運(yùn)營期間的安全，該段隧道襯砌按明洞襯砌斷面施作，左側(cè)邊墻回填50號漿砌片石，隧道底部采用鋼筋混凝土底板，清除底板下粘性土體，回填碎石，并在隧道右側(cè)邊墻下加設(shè)鋼筋混凝土樁，樁的尺寸為0.75*1.5m，縱向間距1.5m。

2.2巖溶水的處理

2.2.1泄水洞

對巖溶水的處理原則是以排為主，截、堵、排、防相結(jié)合的綜合處理措施。為防止巖溶水突然襲擊，施工中要采用超前鉆孔探測，預(yù)備足夠的抽水設(shè)備。當(dāng)隧道巖溶水較大時，泄水洞是達(dá)到排除巖溶水，降低地下水位，保持隧道干燥的有效手段，泄水洞應(yīng)位于地下水來向的一側(cè)。圖6是內(nèi)昆鐵路普洱渡隧道，距離出口約330m處遇一溶洞，該溶洞從線路左側(cè)拱腰處向下于線路右側(cè)拱腳處橫穿隧道。溶洞枯水期間水流量約為75m3/h，雨季流量達(dá)5000m3/h，涌水量大，給隧道施工造成了很大困難。因此在線路左側(cè)設(shè)一泄水洞，泄水洞與隧道之間溶洞段采用75號漿砌片石回填，并及時加固上部，按間距1m加設(shè)φ22砂漿錨桿，掛φ8鋼筋網(wǎng)噴射混凝土，噴層厚度為12cm。由于該隧道是內(nèi)昆鐵路北段控制工程，受工期限制，在泄水洞未施工完成前，為保證隧道正常施工，采用臨時排水措施，于兩側(cè)邊墻處設(shè)鋼支架，鋼支架上用φ150mm鋼管過水，并對部分地段襯砌進(jìn)行深孔注漿，設(shè)錨桿、鋼軌以加強(qiáng)襯砌。通過處理，隧道順利通過該段溶洞。

2.2.2涵洞排水

南昆鐵路新橋隧道，該隧道橫穿一溶洞，經(jīng)勘測，溶洞左右兩側(cè)高差約為5m，巖溶水右線路右側(cè)流向線路左側(cè)，在左側(cè)溶洞盡頭有一股垂直流下的水流流入溶縫，水流量較小。為保證巖溶水暢通，在隧道底部設(shè)1-1.0m鋼筋混凝土圓涵，涵洞出入口周邊至隧道邊墻外緣用100號漿砌片石回填密實(shí)。處理后，隧道內(nèi)較為干燥，效果良好。

2.3巖溶洞穴堆積物的處理

洞穴堆積物的特點(diǎn)是松軟、下沉量大、強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差。當(dāng)隧道必須穿越洞穴堆積物地段時，可采用樁基、換填、注漿等加固巖體的處理措施。

2.3.1注漿

南昆鐵路鋁廠隧道，該隧道橫穿一較溶洞破碎帶，溶洞橫向范圍較小，施工時采用清除溶洞填充物后，修筑襯砌仰拱，對底部人工填筑土體進(jìn)行壓漿加固，襯砌底部設(shè)置φ42壓漿花管，按間距1m的梅花形布置，壓注水泥砂漿，施工時注漿壓力為0.5Mpa。隧道拱部回填塊石，100號漿砌片石護(hù)拱，護(hù)拱厚度為1m，并在線路左側(cè)采用150號漿砌片石護(hù)墻，護(hù)墻與溶洞洞壁間用干砌片石回填。

2.3.2換填

南昆鐵路長地隧道，該隧道位于白云灰質(zhì)巖中，節(jié)理較為發(fā)育，開挖后遇一溶洞，并且橫穿溶洞堆積帶，施工中隧道底部采用50漿砌片石和100號混凝土換填。

2.4巖溶地面坍陷的處理

隧道中地下水滲流排泄，導(dǎo)致巖溶地面坍陷，使地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，造成隧道開挖時坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通過巖溶地段時地面坍陷形成過程和突然發(fā)生所參與的力是相當(dāng)復(fù)雜的。內(nèi)昆鐵路王家梁隧道，在洞身開挖過程中因挖掉具有充填物的溶洞底部，引起地表發(fā)生坍陷，形成漏斗，造成隧道內(nèi)涌水、突泥十分嚴(yán)重。施工中采用化學(xué)注漿和管棚支撐開挖，在地面采用鋼筋混凝土錨固樁穩(wěn)固坍陷體，同時從地表高壓注漿，阻截突泥。

3、隧道巖溶處理綜述

隧道通過巖溶地段的處理方法很多，歸納起來，主要有以下一些處理方法：

3.1對洞穴的處理：隧道內(nèi)增設(shè)邊墻梁及行車梁、托梁、支墩、懸壁梁承托縱梁、拱橋、加大隧道凈空寬度跨度跨越巖溶或?qū)λ淼乐苓厧r體進(jìn)行封閉、注漿加固、支頂加固、加強(qiáng)襯砌，某些情況下亦可繞避洞穴；

3.2排水處理：暗溝、管道、涵洞、泄水洞、明渠、滲溝、拱橋或增加輔助導(dǎo)坑截流排除地下水等；

3.3洞穴充填物的處理：通過對洞穴充填物進(jìn)