巖溶隧道設計與施工實用方案

巖溶隧道設計與施工實用方案巖溶處理方案由于溶洞處理費用很高，對于一般的建構(gòu)（筑）物不考慮對溶洞進行處理，基礎可采用樁基礎形式，將樁的底端進入到巖面或者穿過溶洞進入到溶洞底板作為樁的持力層；而地鐵是修建在地下的結(jié)構(gòu)物，當隧道底有溶洞而地基承載力不能滿足要求時，則必須對其進行處理。隧道有其特殊性，考慮施工條件和經(jīng)濟的合理性等，難以采用鉆孔樁、沖孔樁、沉管灌注樁來支撐隧道的管片，可以對溶洞進行填充處理提高地基的承載力或增加溶洞頂板的厚度來保證地鐵施工和運營的安全需要。溶洞處理的原則：⑴溶洞處理采用地面上加固的方法，即溶洞處理+巖面注漿。⑵溶洞處理鉆孔要鉆到溶洞底部，由底部向上進行溶洞加固，巖面注漿鉆孔要進入巖面0.5米后開始注漿。⑶溶洞處理利用加密注漿孔進行。⑷重點對隧道一定影響范圍內(nèi)的溶（土）洞填充物進行處理。⑸溶洞處理效果要通過控制參數(shù)和抽芯試驗確定。溶洞是否需要處理的判定：溶洞不是全部進行處理，而是針對溶洞與隧道的位置關系，對隧道周邊一定范圍內(nèi)的溶洞進行處理：隧道結(jié)構(gòu)底板下5m內(nèi)（隧道底板到溶洞頂板的距離不計沙層的厚度）和結(jié)構(gòu)邊線外5m之內(nèi)的溶洞。為確保施工和使用安全的其他要求。巖溶處理方法：溶洞處理方法主要三種：巖面注漿、吹砂夾石、注漿。因溶洞的不規(guī)則性，決定了其處理的最有效和比較經(jīng)濟的方法是灌漿法、回填砂及碎石等綜合施工方法。A、全填充溶洞處理全填充溶洞處理的原理是：通過高壓注漿，使填充物被壓潰、劈裂、擠壓、水化、置換等物理填充和化學填充，達到封堵溶縫隔斷水源，并將填充物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢◤姸鹊慕Y(jié)石體或硬塑狀土。具體加固方法見圖。B、半填充、未填充溶洞處理采用吹砂夾石+灌漿的方法。對于溶洞高度大于2m，且少填充的情況采用吹砂夾石回填，然后靜壓灌漿的方法。對于溶洞高度小于2m，且半填充或未填充時采用水泥漿直接填充，見圖2。吹砂夾石施工工藝如下：選擇探到有溶洞的鉆孔，放入鋼套管并固定，將注砂管（采用噴射混凝土用的黑皮膠管）放至溶洞上，在注漿前灌砂。用高壓風機將干砂壓入，為防止洞內(nèi)高壓阻止灌砂，利用其它鉆孔作為減壓孔，待達到計算的填充體積，壓力穩(wěn)定時，即可停止。或采用石料充填，鉆大直徑鉆孔，下入鋼套管護壁，然后直接從孔口投入小石料充填溶洞。對于小于2m的溶洞直接灌入水泥漿進行回填。溶洞填充物填滿后采用靜壓化學灌漿法，與全填充溶洞處理方法相同。大體積半填充、未填充溶洞注漿加固圖⑴灌漿方法及工藝①灌漿法的加固機理：對溶洞中的粘土、砂和碎石等，漿液是通過滲透作用板結(jié)砂和碎石的；對于溶洞中的粘土、砂等，漿液是通過劈裂、擠密作用加固土體；對于無填充物和半填充溶洞的空間，漿液是通過充填作用填滿溶洞的。漿液在充填物的滲透擴散方向是往小主應力面方向，漿液固化后，小主應力面得到加固，而原次小主應力面變成小主應力面。這樣反復不斷的，滲透、擠密和加固溶洞，從而提高溶洞中充填物的強度。②灌漿采用袖閥管(PVC花管)注漿，袖閥管采用φ48mmPVC管，袖閥管下到溶洞底面，在溶洞段的管壁上鉆花眼φ6@300作為出漿孔，外包橡皮箍作為單向閥。對于高度0～2m的溶洞，把送漿管直接連通花管，對溶洞內(nèi)的充填物進行壓力注漿；對于高度2m以上的溶洞，在袖閥管內(nèi)下入雙塞芯管，對溶洞內(nèi)的充填物分層進行壓力注漿，分層厚度為0.5～1.0m。③單液漿（水泥漿）設計配比參數(shù)：a、注漿壓力0.2～1.5MPa；注漿壓力從0.4MPa逐步提高，達到注漿終壓1.2MPa并繼續(xù)注漿10min以上；b、水泥采用32.5級普通硅酸鹽水泥；水灰比=0.5：1～1：1；c、注漿速度：30～70L/min；d、注漿擴散半徑設計為1.5m；e、每個注漿孔每米的灌漿量初步按8.0立方米考慮。實際灌漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場實驗確定。對于溶洞水有流動性時，周邊孔應在漿液中加入速凝劑或采用水泥-水玻璃雙液漿，濃度Be＝30～40。⑵灌漿設備①采用BW-150型注漿機，設置回漿管路和溢流閥，在設計范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)注漿壓力，當工作壓力超過設計壓力時，溢流閥會自動開啟，油缸停止工作，起到安全保護作用。注漿泵主要性能要求：流量80L/min，最大壓力4.5Mpa，動力7.5KW，重量516kg。②漿液攪拌采用自制的500L快速攪拌筒，轉(zhuǎn)速250r/min，制漿量為6m3/h。③灌漿管采用φ32×2.5無縫鋼管和φ32五層鋼絲編織膠管，工作壓力為9Mpa。⑶灌漿法加固的實施要點①注漿孔布置區(qū)間鉆孔間距2.0m×2.0m，對于有管線和建筑物的地方施作斜孔。②單孔注漿結(jié)束標準要求少量多次、反復灌漿；每孔注漿都正常進行，至少復灌兩次以上。注漿終壓達到設計終壓，注漿量達到設計注漿量的80%；或雖未達到設計終壓，但注漿量已達到設計注漿量，即可結(jié)束本孔注漿。溶洞處理施工機具及材料：⑴鉆孔①成孔設備選用GY-1A型鉆機，不同的孔徑采用不同的鉆頭。鉆孔護壁：采用優(yōu)質(zhì)稀泥漿護壁。當砂層較厚、孔內(nèi)塌孔時，用φ108mm套管護孔，待孔內(nèi)注入套殼料并下入袖閥管后，才將φ108mm套管提出孔外。鉆孔深度：溶洞處理孔至溶洞底部。注意事項：鉆孔布置注意避開管線和既有建筑物基礎。鉆機必須保證安放水平、牢固。確保鉆孔深度滿足要求。⑵安裝袖閥管(花管)、澆注套殼料及固管止?jié){①成孔后清水洗孔，立即將套殼料通過鉆桿泵送至孔底，自下而上灌注套殼料至孔口溢出符合濃度要求的原漿液為止。②依次下入按注漿段配備的袖閥管（花管）和芯管，下管時及時向管內(nèi)加入清水，克服浮力，順暢下入至孔底。③套殼料采用粘土和水泥配制，配比為水泥：粘土：水=1:1.5:1.88，漿液比重約為1.5，粘度24-26s；實際施工時應通過多組室內(nèi)及現(xiàn)場試驗，選取最佳配比。根據(jù)工程中的要求，套殼料凝固時間和強度增長速率應控制在2-5d內(nèi)可灌漿。④袖閥管（花管）采用φ48的聚氯乙烯塑料管，在管子注漿段上每隔30cm鉆一排（3-4個）孔眼，孔眼直徑6mm。針對每排孔眼，在管子外面套上一段長10cm厚1-2mm緊貼的橡皮箍并加以固定。⑤固管止?jié){：在袖閥管（花管）與孔壁之間的環(huán)狀間隙處下入注漿管，在孔口上部2米孔段壓入止?jié){固管料，直至孔口返濃漿為止。止?jié){固管料采用速凝水泥漿，水:水泥=1：1.5?？刹捎盟ＡЩ蚵然}作速凝劑。袖閥管結(jié)構(gòu)示意圖⑶待凝要待孔口段止?jié){料凝固后才能灌漿。待凝時間控制在2～5天以內(nèi)。⑷開環(huán)注漿①漿液：采用32.5普硅水泥，注漿時按先灌入稀漿后灌入濃漿的原則逐漸調(diào)整水灰比。②開環(huán)：注漿的前期階段，使用稀漿（或清水）加壓開環(huán)。在加壓過程中，一旦出現(xiàn)壓力突降，進漿量劇增，表示已經(jīng)“開環(huán)”。開環(huán)后即按設計配比開始正式注漿。開環(huán)壓力為0.35mpa。③注漿：采用雙栓塞芯管進行注漿。從孔底自下而上進行注漿，每排孔眼作為一個注漿段，段長為1m。正常注漿壓力為0.4～0.8mpa。注漿壓力控制在0.4～1.2MPa以內(nèi)，并由下而上逐漸減小，視具體情況分別采用或作適當調(diào)整。④注漿次序：每次都必須跳開一個孔進行注漿，以防止發(fā)生竄漿現(xiàn)象。⑤間歇注漿：全孔段注漿完成后，間歇一段時間再進行第二次注漿，間歇時間控制在6～10h之內(nèi)。⑸終灌標準①當?shù)貙又杏辛俗銐虻淖⑷霛{量時。②當注漿壓力達到設計值時。③發(fā)現(xiàn)被加固建筑物有上抬的趨勢時，立即停止注漿。④發(fā)生竄漿或漿液漏失嚴重時，立即停止注漿。⑹后備注漿措施每孔注完漿后，用φ20水管插入袖閥管內(nèi)，泵入清水把袖閥管內(nèi)殘留水泥漿沖洗干凈，以備復注。⑺壓力注漿時的監(jiān)測在注漿過程中，要密切監(jiān)測地面及建筑物的沉降情況，如發(fā)現(xiàn)建筑物有上抬的趨勢，立即停止注漿，嚴格控制注漿前后建筑物的上抬量不得超過2mm。⑻灌注材料及配比用32.5R普通硅酸鹽水泥作灌注主料，確定各種灌注材料的合理配比，在施工中使用的材料配比（重量比）如下：漿液配合比：水泥：水——1：1（重量比，配方由現(xiàn)場試驗最后確定）；水泥漿：水玻璃——1：0.1速凝劑：如發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)漏漿嚴重時，可摻入適量的的水玻璃作為速凝劑。隧道溶洞處理設計1.溶洞的類型及其對隧道施工的影響◆溶洞類型：●死、干、小型溶洞：較容易處理●活、濕、大型溶洞：較難處理。溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生坍塌；●溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理；●溶洞涌泥危及施工。2.隧道遇到溶洞時的工程對策處理溶洞的方法：“引、堵、越、繞”四種。⑴引注意：遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵?！舴椒ǎ喊倒?、涵管或小橋等，見圖。⑵堵◆對象：已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞?！舴椒ǎ骸窕炷痢{砌或干砌片石回填封閉，見圖；●隧頂溶洞，錨噴加固，必要時注漿加固與堵水，并加設隧道護拱及拱頂回填，見圖。渲泄水流示意圖溶洞堵填示意圖錨噴加固與護拱示意圖⑶越現(xiàn)象1：隧道一側(cè)遇到狹長而較深的溶洞。●方法：加深該側(cè)的邊墻基礎。◆現(xiàn)象2：隧道底部遇有較大溶洞并有流水。●方法：在隧底以下砌筑圬工承重墻，跨越而過，承重墻內(nèi)套設涵管引排溶洞水(圖6-23)?！衄F(xiàn)象3：隧道過墻部位遇到較大、較深的溶洞，加深邊墻基礎困難?！穹椒ǎ涸谶厜ο禄蛩淼滓韵轮翱邕^。⑷繞若溶洞處理耗時，可采用迂回導坑繞過溶洞，繼續(xù)隧道前方的施工,同時處理溶洞。3.溶洞地段施工的注意事項⑴多作物探超前預報，如地質(zhì)雷達。⑵穿過溶洞時，細查溶洞頂部，及時處理危石。⑶嚴格控制爆破藥量，減少對圍巖的擾動。加深邊墻基礎示意圖在承重墻內(nèi)套設涵管示意圖筑拱跨越溶洞示意圖隧道溶洞處理對策●回填●注漿鋼管樁適用條件：巖溶縱向跨度較大，向下發(fā)育深度不大于30m?！駱痘?承臺適用條件：巖溶縱向跨度大，向下發(fā)育深度不大于30m?！裥弯摶炷?板跨方案適用條件：巖溶縱向跨度不大，向下深切發(fā)育?！裢辛哼m用條件：巖溶縱向跨度較大，向下發(fā)育深度不大?！駨椥缘鼗m用條件：巖溶發(fā)育縱向跨度大，向下發(fā)育深度大，基本無填充物?！裥龂姌哆m用條件：巖溶發(fā)育縱向跨度不大，向下發(fā)育深度不大，充填粉質(zhì)粘性土。●注漿堵水適用條件：發(fā)育規(guī)模大的巖溶暗河●泄排水方案適用條件：巖溶水以靜儲量為主，且儲量不大的巖溶管道?！癜岛佣逊e體加固對策：清除拱頂50cm以上堆積物→鋪設鋼筋混凝土底板→施做注漿鋼管樁擋水墻及擋水壩→修筑排水渠→分區(qū)進行隧道范圍內(nèi)堆積體鉆孔注漿●維持原地下水系（巖溶下過水）對策：搭建排水通道→回填隧道周邊巖溶空腔暗河管道(下過水)對策：錨網(wǎng)噴加固巖溶大廳→采用托梁及鋼筋砼底板跨越暗河管道→采用抗水壓襯砌結(jié)構(gòu)施工對策：清除暗河內(nèi)堆積物→采用箱涵引排暗河水→采用抗水壓襯砌結(jié)構(gòu)●隱伏暗河對策：徑向不等厚帷幕注漿巖溶隧道逃生巖溶突水的最可能位置為兩種巖層的接觸帶，大型富水溶腔是最不安全的風險源。在隧道穿越富水構(gòu)造時，當掌子面有掉塊聲、硬塑狀涌泥、滲漏水量逐漸變大時，為突水、突泥風險標識，應及時逃生，經(jīng)觀察確實不存在大量突水、突泥時，方可進入工作面。風險時刻洞內(nèi)逃生由專職安全員負責，安全員應在最為危險的掌子面。當遇到險情時，安全員應及時啟動預警系統(tǒng)