【原】上甘坪隧道突泥及岩溶裂隙发育带处治方案研究

职称申报 2022-09-28 发布于河南

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王长春

辽宁省交通规划设计院有限责任公司

摘要：针对上甘坪隧道施工期间遇到的突泥及岩溶裂隙发育带等特殊地质情况，根据探明的隧道前方岩溶裂隙发育情况，提出处治方案，阐明施工注意事项，确保了隧道工程安全有效通过该特殊地质地段，为兰海高速贵州境遵义至贵阳段扩容工程项目顺利竣工并通车营运奠定了坚实基础，可为今后在岩溶地区修建公路隧道及类似工程的勘察设计、施工及营运管理提供参考。

关键词：公路隧道;岩溶;突泥;岩溶裂隙发育带;地面塌陷;处治方案;

1 工程情况简介

兰海高速贵州境遵义至贵阳段扩容工程项目为双向六车道高速公路，设计时速100km/h，上甘坪隧道为该项目的一个控制性节点工程，隧道区山体总体呈北西走向。隧道穿越部位最高海拔934m，最低海拔817m，相对高差117m，属低山地貌。隧道长1105m。

隧道右线K41+128～K41+138段围岩主要为二迭系茅口组(P1m)⑨3中风化灰岩:灰色，隐晶质结构，中厚层状构造，裂隙发育，岩芯较破碎，主呈短柱状，采芯率85%,RQD=30～60。Rc=42400kPa,Vp=2.4～3.2km/s,Kv=0.43。拱顶覆盖层厚50m。

地下水为风化裂隙水和基岩裂隙水，层状，承压，淋雨状出水。围岩呈镶嵌碎裂结构，地下水修正系数K1=0.3,[BQ]=319.8，Ⅳ1级。设计该段采用Ⅳ级衬砌支护。

2 突泥现场情况介绍

上甘坪隧道右幅K41+128掌子面有突泥现象发生，K41+128整个掌子面为中风化灰岩(开挖方式为爆破开挖)，从掌子面拱顶处有一约3m宽的溶洞口，向外突泥，突泥量约1500m3，突出物以红粘土混碎石为主，潮湿至半饱和，呈松散状态，没有淌水或流水现象，表明溶腔内几乎无水或有极少量的水;掌子面埋深为48m，该掌子面相应的地表位置出现地面塌陷现象，形成一锅底型塌陷坑，范围约8m×12m，深度约3m。随着进一步的沉降和相对稳定，塌陷坑的范围也在扩大，10日后现场查看塌陷坑的范围约13m×18m，深度约5m。

图1 洞内突泥情况现场照片下载原图

图2 洞顶地表陷坑现场照片下载原图

3 现场工程地质情况

为了查明掌子面前方围岩地质条件和岩溶发育情况，共采用了隧道超前地质预报、超前水平钻探、高密度电法对掌子面前方进行物理探测等三种方法，探测结论为:在隧道右线K41+128掌子面前方存在岩溶裂隙发育带，发育宽度约31.0m，左线ZK41+125掌子面前方存在岩溶裂隙发育带，发育宽度约41.6m。

鉴于目前地质超前预报、高密度电法、超前水平钻探均揭示掌子面前方为岩溶、裂隙发育带，建议该突泥及岩溶裂隙发育带围岩级别由IV级调整为V级。

4 现场监控量测结果

现场监控量测记录见表1～表3。

表1 隧道K41+116监控拱顶下沉及周边收敛量测记录下载原图

表2 隧道K41+121监控拱顶下沉及周边收敛量测记录下载原图

表3 隧道K41+126监控拱顶下沉及周边收敛量测记录下载原图

(1)上甘坪隧道右线K41+128掌子面涌泥后掌子面后方从K41+116断面及小桩号范围受突泥影响较小，其中K41+106～K41+116断面及小桩号方向初支经监测已基本稳定。

(2)截止2017年6月6日，以上各重点监测断面拱顶沉降及周边收敛累计值均未超过IV级围岩II级监测管理预警临界值24.17mm。

5 主要处治方案

(1)地表陷坑附近立即设置警戒线及警示标志;在坍塌处置之前对地表陷坑周边设置临时截水沟，在土石回填之前用彩色条带布铺满陷坑，防止雨水流入陷坑。

(2)在本段坍塌处治之前，应先完成未塌方段二次衬砌，并将二次衬砌台车移至坍塌段附近，为坍塌段处治做好施工准备[1]。

(3)地表处理完之后，首先用洞渣对掌子面进行反压回填，回填到能操作的施工平台为止;待反压回填稳定后，在K41+128处施工Φ108×6mm中管棚，并对该段斜向、环向注浆，待注浆稳定之后对其进行开挖[2]。

(4)对岩溶裂隙发育段采用CD法开挖。按Ⅴ级围岩加强衬砌施工，拱顶120°范围采用中管棚超前支护，履带式潜孔钻，自带导向架，按15°角打设中管棚并注浆，中管棚超前支护设置范围K41+128～K41+144段，初期支护采用型钢拱架，钢筋网，喷射混凝土，拱顶斜向钢花管系统锚杆。

(5)开挖方案

突泥及岩溶裂隙发育带段开挖方案:在超前支护的保护下进行突泥及岩溶裂隙发育带段的开挖，采用机械开挖或人工开挖，局部可采用控制爆破，每次循环进尺不大于钢架间距;变三台阶开挖方案为CD法;中间侧壁采用临时支护加强[3]。

(6)拱部突泥及岩溶裂隙带处治完成后，逐榀拆除临时中隔壁，并逐段施工仰拱，每次处治长度够一模二次衬砌长度后，及时施工二次衬砌。

(7)突泥及岩溶裂隙发育带段及其影响段的二次衬砌施作完成，并且达到设计强度后，方可进行地表陷坑处理。塌陷坑高处及两侧设置截排水沟，并根据地形，将水引排到低处。回填高度与斜坡最低点高度齐平，必要时对陷坑周边外露部分采用网喷支护[4]。

(8)本段处治必须加强监控量测，施工现场须配备专职安全员，若发出异常情况，应及时撤出人员及设备，确保施工安全。

(9)施工中必须按照《公路隧道施工技术规范》的要求做好监控量测工作。隧道断面设计预留围岩变形量仅作为计算数量及施工参考，应通过施工监控量测信息对各级围岩实际预留变形量进行调整(增大或减小)，确保二次衬砌厚度及减少回填量。

6 施工注意事项

(1)在清除涌泥的过程中若发现滑移，应立即停止清除，并对涌出物进行土袋反压，施做喷射混凝土止浆墙，注浆固结后依次清除，固结循环进行，清除至掌子面5～8m留核心土，并用土袋码砌反压。施工过程中应密切注意洞内情况，防止二次突泥、坍塌，若有二次突泥、坍塌迹象，应立即停止清理工作，并及时撤出人员及机械，确保施工安全。

(2)施工中加强超前地质预报，加强监控量测，加强水文地质及工程地质条件分析，特别加强对不利组合结构面有水情况下的分析判断，施工应做好详细的施工安全措施及应急预案。

(3)鉴于该段突泥、坍塌处治的复杂性，为确保安全，在施工过程中应加强施工关键环节的控制，做到动态掌握和控制，严格控制开挖进尺，施工必须逐榀进行，全断面开挖完成后及时施作仰拱，使隧道封闭成环。及时浇筑二次衬砌。

(4)加强溶洞裂隙发育段防排水措施，该段需根据变更设计图纸增设环向、横向排水盲管。本段有较多的大管棚、小导管、锚杆等外漏，在现场铺设防水板前，应先割除各种管材的外漏部分，并用喷射混凝土找平封闭，避免铺挂防水板及模注二衬衬砌时刺破防水板。