岩溶地质段隧道施工技术.docx

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岩溶地质段隧道施工技术

岩溶地质段隧道施工

溶洞是岩溶水在可溶岩体内溶蚀、侵蚀的遗迹，不同的岩溶水发育成不同形态的溶洞，垂直渗流带发育成竖井状溶洞；季节变更带发育成水平溶洞、斜井状溶洞及竖井状溶洞；水平流动带发育成大型水平溶洞、廊道状溶洞和暗河；深部缓流带发育成溶孔及溶隙。

同时溶洞还受地质构造、岩石性质、气候条件、岩溶水动力条件等因素阻碍。

1.隧道通过岩溶地段的施工原那么

隧道通过岩溶地段本着“稳妥靠得住、保证工期、经济合理、不留后患”的目标，坚持“以堵为主、限量排放、排堵结合、综合治理”的原那么治理岩溶水，坚持“短进尺、弱爆破、强支护、早封锁、勤量测”的原那么通过岩溶地域。

2.岩溶地质预报

岩溶段第一采纳地貌、地质调查与地质推理相结合的方式进行定性预测，再结合地表钻孔探测、超前导坑预报、洞内超前钻孔预探、隧道岩溶预探等方式，进一步查明溶洞的散布范围、类型、规模、发育程度、填充物、相对隧道位置及地下水等情形，为正确制定通过岩溶地段的施工方案提供资料。

施工中应坚持将超前地质预报纳入施工动态治理工作中，依照地质预报资料制定施工方式，在施工中依照开挖后的实际情形不断调整施工方式和各类参数，并与地质预报资料相对照，不断提高地质预报的准确性。

3.岩溶水处置

客观条件限制不能采纳排水方案，或因溶洞规模为大型、特大型充填溶洞并有丰硕地下水时，采纳注浆堵水；隧道碰到较大岩溶积水和暗河时，排水不致引发地表下沉和阻碍本地居民生产生活用水时，采纳排水方式；复杂情形下采纳截、堵、排综合治水方法。

　注浆堵水，加固围岩

洞内断裂、岩溶富水带采纳渗透注浆，岩溶软塑状充填淤泥采有效高压劈裂注浆，地表采纳深孔填充注浆。

劈裂注浆分三时期进行；第一时期为渗透注浆，注浆压力维持正常工作压力，用双液浆填充围岩间隙，堵塞渗水通道；第二时期为劈裂注浆，压力维持在正常工作压力到终止压力间，进行围岩永久性堵水加固；第三时期为用超细水泥浆填补间隙，增强堵水成效。

各类参数选择见表１。

表１　注浆参数选择表

施工方法

参数选择及计算

断裂岩溶富水地带渗透注浆

1．浆液扩散半径R，据堵水加固半径而定；

2．注浆压力P（Mpa）=（～）HK；

3．注浆量Q（m3）=πR2βHn；

4．注浆材料为水泥、水玻璃双液浆；注浆方式为前进式多次钻注法

5．结束标准

多孔注浆：

最后一孔末次注浆压力达设计值，且该区段总注浆量接近设计量。

单孔注浆：

注浆终压达到设计。

止水注浆：

涌水量小于20m3/h。

软塑状充填淤泥带高压劈裂注浆

1．劈裂注浆起始压力P0≥2γH+St；

2．劈裂注浆终止压力P（kpa）≥×13×H；

3．注浆量Q=Vna（1+β）；

4．注浆材料为水泥、水玻璃为主，适当加入外加剂；胶凝时间为3～5min

5．注浆方式：

封闭分段前时式注浆。

每次钻注长度3～5m。

6．结束标准：

注浆压力达到设计终压值，稳定20～30min。

7．质量检查：

每注浆工作面抽取2～3个岩芯，拱部达～，隧道底达。

深孔注浆

1．注浆工作压力P0=～Hγ/10；注浆终止压力P=～Hγ/10

2．注浆量Q=λπR2Hnβ/m；

3．注浆材料为水泥、水玻璃为主，适当加入外加剂；胶凝时间为3～5min

4．结束标准：

注浆压力达到设计终压值，稳定20～30min。

5．质量检查：

每注浆工作面抽取岩芯，观察裂隙饱满程度。

注浆终止后，对注浆成效进行检查；在注浆范围内按规定选取2～3条钻孔，取岩芯法检查，通过对岩芯强度、密实度等鉴定，判定注浆质量，采取进一步施工方案。

３.2　引排水

依照岩溶形态、相对隧道位置、岩溶水流量大小别离采纳阴沟排水、涵洞及泄水洞排水、渗沟及铺砌排水。

保证溶洞排水顺畅，不致因隧道修建破坏原有排水体系。

　阴沟排水

溶洞位于隧道底部，溶洞无填充，岩溶水由逍水洞自然排出；如图１所示。

　涵洞和泄水洞排水

溶洞自行排水顺畅，地下水很发育，阴沟不能知足排水要求，在洞底设置涵洞和泄水洞排水系统，进行引水汇排。

如图１所示。

渗沟及铺砌排水

隧道横穿多支溶洞，岩溶仍在发育中。

如图２所示。

　综合治理

复杂岩溶水地段岩溶水采纳注浆堵水与阴沟、渗沟及铺砌排水、涵洞及泄水洞引排水相结合的方式对岩溶水进行截、堵、排，综合治理，以达到理想的治水成效。

4.溶洞处置

溶洞依照几何形状可分为大厅式、管道式、蜂窝式三种，通过溶洞地段的手腕有封堵、填充、支撑加固、跨越等。

施工方式依照溶洞的散布范围、类型、规模、发育程度、填充物、相对隧道位置、地下水等情形确信。

　小型溶洞处置

跨度<3m的小型溶洞采纳填充法处置，区分不同情形别离采取浆砌封锁、回填压实，隧底回填、拱顶防护，换填片石、增强衬砌，隧道底板梁处置和条形基础等方法进行处置。

　浆砌封锁、回填压实

当溶洞地下水涌量较小时。

隧底采纳Ｃ1５片石砼回填，边墙部位1～范围内用浆砌片石回填，其余用弃碴，间隙吹砂填满，压注水泥浆胶结。

参见附图３。

当隧底显现突水溶槽时，采纳钢轨混凝土封填，铺设钢筋混凝土仰拱，预埋出水管，注浆封堵。

参见附图４。

隧底回填、拱顶防护

当隧道穿过垂直发育、无填充、干燥溶洞时，隧底可用块石、碎石回填密实，距隧底1～范围内，用#浆砌片石回填。

若是溶洞顶距拱顶高度小于5m，可在拱部填塞干砌片石，压浆挤满片石间隙。

参见图5。

若是溶洞顶距拱顶高度超过5m，可在拱顶砌筑1m厚#浆砌片石护拱，护拱上回填2～5m厚干码片石缓冲层，起缓冲作用，避免溶洞石块掉落砸坏衬砌。

参见图6。

换填片石，增强衬砌

当通过裂隙发育的槽状溶洞，岩洞有充填物，且岩溶水较发育时，采纳换填片石、增强衬砌的方式通过。

即隧道开挖轮廓线向溶洞延伸方向扩挖1～3米，先架设型钢钢架，挂网，并喷射混凝土包裹，再用浆砌片石回填处置；参见图7。

隧道底板梁处置

隧道底部为充填或不需其它方法处置的小型空洞，设置底板梁增强衬砌通过，即将仰拱设计为平板型，在底板、边墙下部增加钢筋，形成钢筋混凝土板梁。

依照溶洞位置不同又分为充填式、中空式、边空式。

参见图8。

条形基础

溶洞位于隧道底部，深度＜3m，无填充或少量填充物，地下水量较小。

清理填充物，换填浆砌片石、干砌片石或设置砼条形基础，底部水流通过处设置阴沟、涵洞、渗沟排泄溶洞水，仰拱采纳钢筋砼仰拱封底。

见附图9。

　规模较大溶洞

溶洞位于隧道底部，跨度>3m，依照溶洞离隧道底部距离、深度、围岩情形、填充物性质、岩溶水量大小等因素确信施工方式，通过规模较大溶洞的施工方式分为支顶加固法、跨越法两类。

溶洞顶板厚度>6m，且顶板岩层较稳固、承载能力较好时不作处置；如承载能力较差那么可用注浆加固。

如溶洞顶板厚度＜6m，采纳支顶加固包括支承墙加固、支承柱加固、拱桥支顶加固、嵌补法、挖孔桩支顶加固等。

顶板厚度<3m采纳跨越法通过，包括简支跨越，栈桥跨越，拱桥跨越，边墙拱跨越，整体浮放、支托跨越等。

支顶加固法

支顶加固法是采纳墙、柱、拱、桩、嵌补等方式加固溶洞顶板，使其达到承力要求。

支撑墙

当溶洞深度＜5m，填充物较少，能够清理出坚硬基础时，采纳支撑墙。

清除填充物，用浆砌片石墙支撑加固溶洞顶板，底部水流通路处设置涵洞，排泄岩溶水。

参见图10。

支撑柱

5m<溶洞深度<10m，溶洞填充物较多，无法清理出坚硬基础，且岩溶水流量大。

采纳支承柱减小顶板悬空跨度，回填间隙并压浆加固溶洞底。

柱间距依照顶板厚度、节理、溶缝发育情形，并考虑稳固性确信。

参见图１1。

支撑拱

溶洞顶板破碎、节理发育，洞内充填松散，无法采纳柱、墙支顶，回填加固不牢靠。

在溶洞内隧道通过范围修筑钢筋砼拱桥，拱桥与溶洞顶板间间隙用C15号砼或片石砼填塞。

参见图１2。

挖孔桩

溶洞深度>10m，支撑柱、墙稳固性无法达到要求。

溶洞中设置挖孔桩，边墙底设置托梁，隧底设置地基梁。

桩底嵌入稳固基岩内，桩顶钢筋伸入砼底板梁内。

与底板联成一体一起形成钢筋混凝土板梁。

参见图１3。

嵌补法

溶洞顶板内小型溶穴，采纳浆砌片石填塞或干砌片石压浆填塞密实。

参见图１4。

跨越法

隧道跨越通过较大溶洞，若是溶洞较大，填塞或加固施工困难；或溶洞虽小，但流水量大，不宜堵塞；或溶洞填充物松软，不宜建造基础。

采纳跨越法通过。

简支跨越

隧道衬砌采纳拉杆拱、边墙梁结构，底部采纳简支结构跨越通过。

参见图１5。

栈桥跨越

边墙基底一侧碰到岩溶时，可按必然间距设置支墩和悬臂横梁，悬臂横梁用锚杆锚固于基岩中，将隧道仰拱变成钢筋混凝土板梁，支承于支墩或悬臂横梁上，支承边墙。

参见图１6。

拱桥跨越

利用拱桥跨越溶洞，并承托道床及墙拱衬砌。

参见图１7。

边墙拱跨越

隧道一侧边墙穿过溶洞，溶洞填充物松软且深，不宜施工边墙基础或换填基础通过，可采纳边墙拱跨越。

参见图１8。

整体浮放、支托跨越

溶洞断面下部收缩，溶洞堆积体较厚，且稳固靠得住，具有相当承载能力。

可采纳封锁式钢筋混凝土整体衬砌直接浮放于堆积体上，衬砌可分节整体浇筑，节间预留沉降缝。

堆积体大孔洞用混凝土填充，并压浆加固，同时加大衬砌断面，净空加高50～100cm，加宽40cm。

参见图１9。

　大型充填式溶洞处置

对裂隙发育的岩溶地段、大型充填式溶洞，施工时除采纳预注浆堵水加固外，还可按常规锚喷构筑法，即采纳“管棚、小导管、超前锚杆、钢架支撑、挂网钢筋网、喷射混凝土强支护”方式通过。

长管棚

隧道通过大型填充溶洞时，可在隧道开挖轮廓线之外打入超前长管棚，再压注双液浆的方式通过。

管棚施工速度慢，施工复杂，费用高，一样用于双线或多线大断面铁路隧道的岩溶处置。

管棚支护位置及要紧技术参数

管棚一样支护于隧道拱部，钢管中心设置在隧道开挖轮廓线之外约60cm外，管棚不准侵入隧道开挖线之内，以避免开挖线与钢管机互干扰。

钢管长度一样为10～30m，钢管终端必需穿越岩溶嵌入整体岩层内2m，岩溶地段长度大于30米时，两组纵向钢管间水平搭接长度不小于。

若是钢管直径大于100mm，钢管内应加设三角型钢筋笼，以提高钢管抗弯、抗剪性能，其余技术要求如下表２。

表２　管棚要紧技术参数

序号

名称

允许偏差

1

钢管孔位

相邻钢管方向

＜10cm

2

竖向下垂

＜30cm

3

钢管直径

≮70mm

4

钢管间距

30～60cm

工作室

工作室选在岩石完整或围岩稳固地段，工作室边缘至岩溶的纵向稳固层厚度不小于4米，工作室大小要知足：

施钻要求、钢管定位及外插角要求。

钻孔

钻孔可选用钻速快、外插角大、移位方便的液压钻孔台车，可缩式易退钻头。

注浆孔深度10～15m。

注浆参数选择

超前预注浆应以劈裂注浆为主，渗透注浆为辅。

注浆的各类参数如：

扩散半径、注浆速度、注浆终压、注浆段长、单孔注浆量等，可依照注浆目的、围岩特性、注浆设备等因素。

注浆材料的选择

注浆材料一样选用水泥、水玻璃混合液。

溶洞内堆积物较多无法全数清理时，可采纳长、中、短注浆管反复注浆，在浆液中渗入膨胀剂，加固撑子面和基底。

撑子面开挖采纳双侧壁导坑法，尽可能减小对围岩的扰动

超前小导管、锚杆

采纳小导管、锚杆超前注浆施工，锚杆一样采纳中空注浆锚杆。

该方式可单独应用于围岩破碎地段，也可用作为一种辅助手腕应用于长管棚施工完成后仍需加固的围岩段。

该方式同时起到注浆加固、超前支护作用。

小导管、锚杆要紧技术参数。

导管直径40～60mm，锚杆直径22～28mm，长度2～6m，外插角8～16°，环向间距20～40cm，搭接长度1～2m。

单液浆：

水玻璃单液浆，用硫酸调剂胶凝时刻，硫酸掺量为水玻璃的45～55%。

PH=～。

双液浆：

水泥～水玻璃双液浆。

5.地表处置

隧道施工中可采纳以下方式对地表陷坑进行处置。

在坑口修筑截、排水沟、挡水坝，使能流入陷坑的地表水顺利远引，避免地表水流入陷坑。

采纳垂直注浆对溶洞顶部的陷坑进行注浆加固，并用钢筋混凝土封锁陷坑口。

改移河道。

隧道