隧道施工溶洞以及塌方处理

一、工程简介

厦蓉高速公路榕江格龙至都匀段上寨隧道全长2727m,隧道设计为双洞四车道,单洞净宽11.25m,净高7.1m。右洞起讫桩号YK170+917-YK172+644;该隧道地处云贵高原东南缘,苗岭山脉与广西北部九万大山的衔接地带,总体为西高东低,地貌以低山为主,次为丘陵和中山。地貌类型为溶蚀,侵蚀地貌,属浅、中至深切割中低山及高山区。峡谷深切,河道弯曲,山峰与河谷相对高差较大,且岸坡陡峻,沟壑纵横。沿线地层复杂,岩性多样。岩性主要为白云岩、漂卵石土、亚砂土、碎石土等。路线经过区域地质构造运动较强烈,褶皱和断层发育,地质构造复杂,岩石较破碎。该隧道岩溶发育为厚层—块状石灰岩、白云岩灰岩区,地表发育岩溶地貌,地下发育溶洞、落水洞、暗河、溶孔及溶隙。

二、溶洞概况

1.上寨隧道右线YK171+128掌子面前方围岩溶蚀发育,发育有较大溶洞、钙化、石钟乳和钟乳石,溶洞顺路线前方及右下方分布,形成长条状溶洞(由于溶洞内地形复杂,无法探测具体溶洞长度及深度)。

2.上寨隧道右线YK171+341.2掌子面左上方拱顶溶洞坍塌,溶腔涌水,形成锥形空腔(弧长6m*纵长3m*高5～8m);右线YK171+341.2位置的洞顶原地表塌陷,形成(长7m*宽6m*深9m)锥型坑洞,塌陷区位于山谷冲沟,危及隧道安全。

3.上寨隧道右线YK171+340～YK171+348段为断层,并伴有溶洞、孤石、崩塌体和涌水现象,顺路线前方发育。造成YK171+341.2掌子面左上方拱顶溶洞坍塌,YK171+345掌子面正上方拱顶溶洞坍塌,洞顶原地表塌陷,虽采用强支护施工到目前掌子面,但因溶腔内孤石脱落,导致该段拱腰至拱脚初支出现开裂,目前YK171+348掌子面右侧拱顶和左侧拱脚又出现溶洞(暂时无法确定溶洞大小),左侧拱脚洞内有气流,围岩极为破碎、松散,岩体自稳能力差。

三、处理方案

1.处理方案选择原则。(1)安全性。确保施工安全与运营安全,围岩累计变形量不大于10cm,衬砌完工后隧道不渗不漏。(2)可操作性强。要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平,并尽可能降低施工难度。(3)灵活性好。根据断面形状和尺寸,因地制宜地选择施工方案,而不局限于一种固定的模式,一旦一种方案不能实时或实时效果差时,能较好地转换为替代方案。(4)具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同,能顺利地进行施工工艺、工序的转换。(5)经济性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。(6)处理施工方案科学。首先保留并加固坍塌体,防止坍方扩大,然后施做套拱和超前大管棚,保证正洞开挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌体,进入隧道正常开挖、支护工序,并对隧道基底进行注浆加固处理;溶洞段通过后,进行拱部坍腔回填处理。

2.考虑到隧道上方和下穿溶洞的影响,决定将YK171+128-YK171+148段的支护参数定为S-IV1(原设计支护参数为S-IV2,地质超前预报建议支护参数为S-IV1),上寨隧道右线YK171+128溶洞处理方案:拱部以上(上导洞)空溶洞,采用泵送C25混凝土护拱,护拱厚度2米,以加强护拱,上空腔部分做排水处理(设置3根Φ100mm双壁波纹管,波纹管长度根据现场溶洞位置确定)。

S-IV1支护的具体参数为:喷射C20混凝土(厚度24cm),Φ25中空砂浆锚杆(长度3.5m,间距1.2m×0.6m),Φ50×4超前小导管(长度4m,间距2.4m×0.4m,拱部140度范围内),Φ8钢筋网(间距0.2m×0.2m),I18b工字钢(间距0.6m,拱、墙),50cm厚二次模筑C25钢筋混凝土衬砌,预留变形量0.12m。施工过程中应做好综合超前探测工作,及时了解岩溶发育程度、走向状态、水量大小等情况等。

3.上寨隧道右线YK171+341.2掌子面锥形空腔处理:空腔临空面处理采用厚10cm喷射C20混凝土封闭,腔内采用泵送C25混凝土回填,厚度2m,环向拱脚至拱腰采用Φ50×4小导管(长度4.5m),1.5m×1.5m梅花形布置,并注水泥浆(水泥浆按实际施工工程量确定)进行加固,空腔口采用I14b工字钢纵向布置形成拱架,长度3m,间距20cm,其余采用吹沙回填密实,空腔做排水处理(设置2根Φ116mm双壁波纹管,波纹管长度根据现场溶洞位置确定);上寨隧道右线YK171+341.2位置的洞顶原地表塌陷,形成(长7m×宽6m×深9m)锥型坑洞,塌陷区位于山谷冲沟,危及隧道安全。经过现场讨论,确定塌陷区处理方案:征用塌陷区处治工程所需山地、田地;锥型坑洞先采用碎石土回填,再采用C25混凝土封闭,厚0.5m;山谷冲沟并采用(长120m×宽0.6m×高0.8m×厚30cm)M7.5浆砌片石改沟。

4.YK171+341.2-YK171+348段采用Φ50X4径向小导管,固结围岩(长度6m,环向1.2m,纵向0.6m),左侧拱腰至拱脚范围;YK171+340-YK171+348段采用Φ50×4锁脚小导管(长度6m),左侧拱腰和拱脚两处;YK171+340-YK171+348段在原初支上每两榀型钢之间增加一榀进行加固,保证围岩稳定性;YK171+348掌子面前方采用47根Φ89×8超前管棚支护(长度暂定9m,若有条件,可视实际情况调整其长度,环向间距30cm),并注水泥浆(水泥浆按实际施工工程量确定),缩短型钢间距,换系统锚杆为小导管,施工中预留沉降量,加强二衬,及时跟进至掌子面;YK171+348掌子面下方基础的空洞先填充,后灌注混凝土,保证密实度;

四、结束语

通过以上处理措施的实施,安全通过了溶洞,经量测表明,该段下沉、收敛情况稳定,支护结构表面无明显渗漏水现象。运用上述方法,对上寨隧道开挖过程中所遇到的溶洞进行了处理,处理效果好、施工进度快、工程成本低、安全性高。在今后的岩溶隧道施工中,应加强地质超前预探、预报工作,对隧道前方岩溶进行准确预测,并提前做好穿越岩溶溶洞的应急预案,防止大面积塌方和涌水的发生。