巖溶是地表水及地下水,對可溶性巖層進行化學侵蝕、機械侵蝕、沉積作用等,形成的地下溶蝕現象。巖溶發育基本要求比較多,涉及到巖石的可溶性、裂隙,地表水或者地下水的侵蝕性、流通性等。我國是巖溶地區分布廣泛的國家,在鐵路隧道施工中,經常遇到巖溶段,對隧道施工的影響具體表現為結構物部分或全部懸掛狀態,降低了圍巖使用的可靠性,給施工帶來了很大的難易度和安全危險,如何保證巖溶段施工的安全性、技術性和可靠性是巖溶段施工處理急需解決的問題[1]。巖溶位于鐵路隧道上方或側翼時,處理難度較小,位于隧道底部時麻煩,需適當處理,滿足隧道基礎承載力要求,保證列車運營安全性;诖,開展鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術研究尤為必要。
一、工程概述
隧道長度6199m,進口端位于貴州荔波縣撈村鄉附近,出口端位于廣西環江毛南族自治縣木論鄉東山村洞肯溝。隧道進口有鄉村人行道到達洞口附近,交通條件一般的出口只有羊腸小路通往,交通困難的隧道是中低山溶蝕峰叢洼地,洞口地區多為峰叢、洼地和溝谷,地形起伏大,坡陡溝深,絕對高度390~880m,相對高度最大山頂的孤獨山峰大多是陡崖。隧道最大埋深446m。九萬山二號隧道共通過一條斷層,兩處可溶巖與非可溶巖接觸帶九萬山三號隧道通過四處溶巖,隧道頂部有兩處與隧道工程密切相關的洼地,其中一處I類洼地,一處i類洼地,九萬山四號隧道洞穿過四條斷層,一處可溶巖與非可溶巖接觸帶。
二、隧道巖溶解處理原則
在本工程巖溶解處理中,為了最大限度地降低處理難度,保證處理質量,避免不必要的安全問題,必須嚴格遵循明確情況,根據土地條件,消除水患,綜合處理的原則。主要處理內容是全面調查巖溶解地區的規模、巖溶解程度、地質水文件條件、內部填充物等。對于巖溶性發育較強的地區,最大限度地維持巖溶性和暗河通道,嚴禁任意堵塞[2]。另外,為了避免巖溶段突水和涌泥問題,必須切實進行先進孔前的檢測,準備充分的抽水設備,保證施工的安全性。總之,隧道巖溶解處理應采用切割、堵塞、排列綜合管理方式。
三、鐵路隧道工程巖溶解段施工處理技術的具體應用
(1)巖溶解洞處理技術的巖溶解地區在隧道洞處的位置不同,采用的方法也不同。具體來說,巖溶解位于隧道頂部:可選的處理技術多,如回填法、拱門+緩沖層法、拱門+緩沖層+錨網防護、柱頂等方法,可有效解決隧道拱部巖溶解問題。但是,不同的方法有獨特的使用范圍。例如,回填法適用于洞穴向拱頂以上的發育,規模小,無水空腔或半填充型洞穴處理中的拱+緩沖層法則適用于洞穴向拱頂以上的發育規模小或洞穴向上發育高但寬度狹窄的洞穴的拱+緩沖層+錨網防護適用于洞穴縱橫發育范圍廣,但洞穴頂部穩定性好的洞穴處理中。
柱頂法適用于洞穴縱向發育范圍廣、洞穴頂部發育在隧道拱頂以上10m范圍內[3]。巖溶位于隧道底部:可采用回填+交換填充法、鋼管群樁注入法、板/梁跨越法等。其中,回填+換填法適用于隧道底部附件存在小型空腔或者半充填型溶洞處理中;鋼管群樁注漿法適用于隧道底部10m~15m范圍的溶洞處理,通過鋼管群樁注漿來形成具有足夠承載力的復合地基,以滿足鐵路施工對地基承載力的要求;板/梁跨越法適用于隧道底部為較大充填型溶洞施工中。溶洞位于隧道側面:可采用護墻防護法或者護墻支頂法進行處理。其中,前者適用于浸入隧道開挖輪廓線范圍有限的溶洞處理中,而后者則適用于溶洞發育范圍比較大的溶洞處理中。
(二)隧道巖溶解段地下水處理1.先進預測在巖溶解段處理中采用地質分析法、鉆探法、物探法、先進導坑法等相互結合的方法,只有單一的預測方法,可能有一定的局限性,無法保證預測精度,通過多種預測方法相互結合,發揮長補短、相互補充的作用,為后期巖溶解處理提供數據支持和理論指導。2.暗溝處理本隧道工程穿過很多無填充的空溶洞,且底部常年有水流,為避免鐵路建成后,對水流道路造成阻塞,修建了石砌暗溝在隧道底部,以使溶洞中的水可以由暗溝排出,具體情況如圖1所示。3.滲透槽、鋪設排水最大限度地保證水流的流暢性,本隧道工程巖溶解處理采用滲透槽排水法,主要內容是在明孔頂部鋪設排水,將溶解孔中的水引入對面,通過溶解孔自行排出。明洞鋪設和隧道底部滲溝的圖表分別如圖2和圖3所示。
(3)洞穴大廳的處理洞穴大廳的處理效果,對鐵路隧道整體工程的影響非常大,因此本工程最大限度地提高了巖溶解段的處理效果,采用指定的加固和洞穴交叉的方法[4]。針對洞穴發育的實際情況,尋找合理的處理措施。本工程應用于洞穴廳處理技術,第一,支持墻壁加固處理技術。首先去除所有填充物,然后用塊石墻加固溶解洞的頂板,如果底部有水流,合理增加涵洞,排出溶解洞的水,為了保證加固效果,必須在隧道旁邊的墻壁上預約檢查孔,增加防護鏈和柵欄等防護設施第二,用挖孔樁支撐加固。對于深度大的溶洞,采用挖孔樁施工加固,先將樁底面嵌入到基巖里,接著將樁頂的鋼筋插到鋼筋混凝土底板里,并與底板連接一體。具體加固圖如圖5所示。第三,采用棧橋跨越。底板由鋼筋混凝土板梁制成,支撐邊墻。支腿和懸臂梁分別支撐支撐梁[5]。懸臂梁用錨固錨固在基巖上。操作方便,效果顯著。具體施工如圖6所示。
(4)巖溶地區隧道支持在大型填充式溶解洞和裂縫發育的巖溶解隧道工程中,一般采用預注漿堵塞水加固,除此之外,還采用小導管注漿、大管棚、鋼架支持、先進錨桿、噴射混凝土墻、鋼筋網等支持措施。
(5)巖溶區挖掘巖溶區挖掘分為溶洞填充物和巖溶裂縫挖掘,圍巖條件應軟弱破碎,挖掘方法接近軟圍巖隧道挖掘。遵循預加固、短進尺、弱爆破、強支護、勤奮測量、緊跟襯托的挖掘原則[6]。挖掘爆破時,嚴格控制藥量,利用微振控制爆破技術,最大限度地減少填充物的干擾,結合臨時仰拱、臨時鋼架等及時支持關閉。
四、施工體驗
第一,九萬山二號隧道巖溶解發育程度高,處理過程復雜,通過先行預測,檢測隧道施工前方巖溶解地區的地質條件、水文條件、巖溶解規模等,根據檢測結果,制定有針對性的巖溶解處理方法和安全保證措施第二,巖溶區處理應以質量和安全為主題,在保證施工安全的基礎上,提高隧道結構的穩定性,為后期安全運營奠定堅實的基礎。在具體質量過程中,充分結合巖溶液的種類、規模、形狀、位置等,選擇適當的處理技術,實現巖溶液的標準化和技術質量[7]。第三,巖溶解的特征千奇百怪,分布范圍不規則,包括填充的巖溶解、填充的巖溶解、水巖溶解、水巖溶解等,分布在隧道的上部、側部、底部,以及貫穿隧道斷面的巖溶解。
適用的巖溶處理方法也呈現多樣性,需要結合巖溶處的位置、對鐵路隧道的影響等情況,具體選擇不同的處理技術。本文結合工程實例,分析了鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術,分析結果表明,巖溶段是鐵路施工中常見的地質結構,對鐵路隧道施工的安全性和后期運營的安全性有很大影響。結合巖溶地區的實際情況,選擇適當的處理技術,降低巖溶地區對鐵路隧道工程的影響,保證各工程高效安全完成,促進我國鐵路建設事業的持續發展。
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