缙云山隧道突泥溶腔处理关键技术

GXF360 2017-05-28

展开全文

缙云山隧道突泥溶腔处理关键技术

张　泰

(中铁第一勘察设计院集团有限公司桥梁隧道处，陕西西安710043)

摘　要：以缙云山隧道施工中遇到突泥溶洞为例，介绍大跨度公路隧道处理突泥溶洞的相关技术。首先采取确实可靠的探测手段探明突泥溶洞的具体情况及与隧道的空间关系，其次采取相应的超前大管棚支护、护拱、注浆加固、基底加固等措施快速有效地处理，确保洞室、人员安全。为类似工程提供参考。

关键词：突泥溶洞；护拱加固；超前管棚；径向注浆；基底加固

收稿日期：2014-12-22

作者简介：张　泰(1985—)，男，工程师，主要从事隧道工程设计工作　237071878@qq.com

DOI：10.13219/j.gjgyat.2015.02.021

中图分类号：U457.5

　文献标识码：B

　文章编号：1672-3953(2015)02-0075-04

Abstract:　With　the　construction　of　the　Jinyunshan　Tunnel,　which　involves　karst　caves　with　mud　gush,as　a　practical　example,the　corresponding　techniques　for　the　treatment　of　karst　caves　with　mud　gush　in　the　course　of　the　construction　of　great-span　tunnels　of　expressways　are　presented　in　the　paper.In　the　first　place,　really　reliable　monitoring　means　have　to　be　taken　to　make　clear　the　specific　conditions　of　the　karst　cave　with　mud　gush　and　the　spatial　relationship　between　the　karst　cave

1　工程概况

成渝高速公路复线缙云山隧道工程起点位于重庆市沙坪坝区盐井沟煤矿，线路至东向西穿越缙云山中段，且于重庆壁山县壁城街道邹家湾出洞。缙云山隧道呈近东西向横穿缙云山南段。缙云山为北北东向条形山，山体狭长。隧道区地形地貌构造剥蚀～溶蚀特征显著，山脉走向与构造线方向一致，受构造及岩性差异的影响，形成“一山二岭一槽”的特点，具川东平行岭谷景观。

岩溶地形主要为岩溶槽谷地形，分布于温塘峡背斜轴部，由三叠系、下统雷口坡组、嘉陵江组碳酸盐岩溶蚀后形成。槽谷形态、宽度不一，多宽平、延伸远，溶洞及落水洞较发育，并有溶蚀槽丘、槽洼等岩溶地貌形态，槽谷沿北东方向延伸，槽谷宽800～1　000　m。横向冲沟发育，冲沟发育密度约0.5～1.0条/km，且常年有水。

2　突泥溶洞情况

2.1　突泥情况

2011年12月21日凌晨4点缙云山隧道出口工区左线掌子面隧道埋深约240　m，揭示掌子面岩性主要为灰岩，产状280°∠46°，灰白色、灰黑色，薄层状，岩质坚硬、岩体破碎，呈碎块状出现，节理裂隙发育，黏土充填，有裂隙水渗出及掉块现象；掌子面右侧及右侧边墙出现一填充型溶洞，侵入上台阶开挖轮廓线尺寸为“宽4　m、高5　m”，由黏土、砂土及块石胶结充填，掌子面及右侧边墙溶洞填充物较好、可实现自稳；在右侧拱部处有泥水渗流。施工单位停止掌子面开挖，施工已开挖段的初期支护，加强对溶洞渗水的监测。

21日下午16时，掌子面左侧(面向大里程)溶洞渗水点孔径扩大至20　cm，开始陆续涌出砂土混合物，并逐渐演变为连续突泥，并有块石突出；至22日24时，涌出的泥砂在掌子面形成坡积，涌出物为夹带大小块石的泥质混合物，伴有“突突”的声响，并将掌子面作业钢架平台推离原位置10　m，突泥物堆积高度与突泥口相当，将突泥口堵塞封闭，突泥情况停止。掌子面突泥状况见图1。

图1　掌子面突泥

2.2　溶腔探测情况

通过超前地质预报手段探测，最终判定：溶腔位于隧道右外侧，侵入隧道开挖轮廓线约4　m，并向隧道基底以下延伸发育；该溶腔高约20　m，直径7　m，向上延伸，为泥夹石填充型溶腔(见图2、图3)。

3　风险评估

(1)根据超前地质预报的探测结果判定，拱顶溶洞突泥基本结束，可对溶洞内剩余泥浆体进行引排 [1]，并对洞内进行清理。

(2)根据超前地质预报的探测结果判定，突泥情况只存在于拱顶的溶腔部位；边墙、掌子面范围的溶洞内填充体为较为松散的土石，比较干燥，突泥的风险很小。

图2　溶洞与隧道断面的关系横剖面图

图3　溶洞与隧道基底的关系纵剖面图

4　溶洞处理方案

溶洞综合处理措施见图4。

图4　溶洞管棚、径向注浆、空腔回填设计图

4.1　超前管棚

为了确保掌子面继续向前推进时洞室拱墙岩体的稳定及洞内施工人员的安全，在右侧拱墙施作洞内超前大管棚并注水泥—水玻璃双液浆进行加固防护 [2]。热轧无缝钢管管长20　m、外径?127　mm、壁厚t=6　mm；钢管前端呈锥形，尾部焊接?10　mm加强箍，管壁四周钻两排?15　mm压浆孔。?127　mm钢管分节长度4～6　m，接头采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度不应小于15　cm，环向布置间距为40　cm。管棚导向墙采用3榀I20b工字钢密排(纵向采用I18工字钢焊成一体，环向间距1.0　m)。

4.2　空腔处理

为了确保现场施工人员的安全，对突泥溶洞范围的拱墙采用I20b型钢密排且喷射C25早强混凝土形成拱部护拱 [3]。

溶腔内部后期还有可能不时发生泥夹石的掉落，因此为了保护隧道结构不受坠落块石的冲击破坏，在隧道对应溶洞空腔的部位外侧施作2.0　m厚的混凝土护拱加固防护，并在护拱上部吹填1.5　m厚的沙作为缓冲层 [1]，避免溶洞顶部落石直接作用在结构上，减弱其对结构的撞击力，起到缓冲保护作用。为此，在拱部溶腔范围的初期支护结构分别预埋混凝土泵送管(L=2.5　m)和吹沙管(L=4.0　m)，其沿纵向布置间距为2　m。

4.3　径向注浆加固

本次揭露的溶洞显示，其内部填充物以泥夹石为主，质软、固结效果差，并有渗水，不能对隧道二次衬砌结构拱墙提供足够的支撑力，故对隧道拱墙外侧的溶洞采用水泥—水玻璃双液浆进行径向注浆固结加固 [4]，加固范围为开挖轮廓线以外4.0　m。

注浆采用?42　mm小导管，孔口环向间距1.2　m，纵向间距1.2　m，梅花形布置，在集中出水点处注浆孔可适当加密。

4.4　基底加固

隧道基底局部范围岩溶发育，基底软硬不均，部分地段承载力不足，隧道运营期间易出现不均匀沉降，对结构安全造成影响，故采取如下措施(具体措施见图5、图6)对基底进行加固处理：

(1)对溶洞侵入隧道基底段采用钻孔压浆处理 [3]。隧道底部布置两排钻孔，每排钻孔纵向间距1.0　m，两排钻孔横向间距0.5　m，采用?127　mm的钢花管，钢管壁厚10　mm；靠内侧孔垂直施作且孔深6　m，外侧孔斜向边墙外侧15°施作且孔深7　m，注入水泥砂浆封孔。

图5　隧道基底加固平面图(单位：cm)

图6　隧道基底加固纵剖面图(单位：cm)

注浆采用1∶1水泥浆液，灌浆过程为：先进行重力灌浆，碎石由孔口缓慢注入孔内，同时启动浆液泵，向孔内注入水泥浆液，直至孔口；此时停止加入碎石，继续注入水泥浆，注浆压力控制在1.0~1.5　MPa左右，使浆液填充密实。灌浆采取间歇方式，间隔时间为12　h左右，直至灌满钻孔。为确保灌浆质量，必须做检查孔，并在检查完成后按灌浆要求封孔 [5]。

(2)在溶洞侵入隧道地基段范围的仰拱初期支护外侧施作C30混凝土底板，厚0.8　m，宽2　m。底板两端“支承”在稳固的基岩上，以形成对隧道基底的有效换填。