巖溶隧道施工技術

1、<p><b>　　巖溶隧道施工技術</b></p><p>　　摘要結合新建單線電氣化鐵路工程昆河線玉溪至蒙自段大田山隧道的施工，介紹巖溶隧道施工所采用的綜合技術：采用綜合超前地質(zhì)預報預測隧道巖溶的發(fā)育情況；采取超前注漿支護、短進尺、初期支護加強等技術施工，順利通過了此隧道巖溶地段，確保了隧道安全順利施工。 </p><p>　　關鍵詞鐵路隧道巖溶施工技術

2、 </p><p>　　中圖分類號：U459.1文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　巖溶隧道在中國西南地區(qū)經(jīng)常遇到，主要是碳酸巖地層在水的作用下形成的各種規(guī)模及形狀的洞穴、通道等。 </p><p>　　根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，對巖溶地區(qū)隧道施工技術，主要從兩個

3、方面進行，一是對巖溶發(fā)育段的預測，采用各種方法進行預報，能夠比較好地預測巖溶及賦水帶的方法主要為地質(zhì)雷達及紅外探測技術[[[] 王華，楊軍生，王春雷. 地質(zhì)雷達在隧道巖溶超前預報中的試驗研究. 路基工程，2007，1：101-103.]] [[[] 李興春,王宏,李興高.紅外技術在開挖隧道巖溶探測和預報中的應用. 工礦自動化， 2008，2：70-71.]]；另外就是對巖溶地區(qū)的處理。有大管棚超前處理技術[[[] 郭 群. 大管棚超前支

4、護技術在南山隧道巖溶處理施工中的應用. 隧道建設，2008，28(3):336-338.]]，管棚結合小導管、高壓注漿、樁基托梁結構、鋼筋混凝土板等技術措施[[[] 張朝強. 大山隧道巖溶治理淺談. 四川建筑, 2008,28(3): 54-56.]]，對巖溶洞穴采用頂部回填，側(cè)板加固以及隧底溶腔注漿，溶腔壁穩(wěn)定加固，設地下水排泄通道等措施處理[[[] 肖凱剛, 趙玉龍. 龍鳳壩隧道DK213+ 423～+485段溶腔處理設計. 施工技

5、術，2008，37增： 255-257.]]。超大地下溶洞采用碗扣</p><p><b>　　2 工程概述 </b></p><p><b>　　2.1 工程概況 </b></p><p>　　大田山隧道位于云南省紅河州建水縣境內(nèi)，為單線電氣化鐵路隧道，起迄樁號DK112+765～DK115+010，全長2245m。線路

6、平面布置：DK112+765～DK114+122.76為曲線段，曲線半徑R=1600m，緩和曲線L=190m，DK114+122.76～DK115+010為直線段，隧道縱坡坡度為12‰的下坡。隧道進口采用臺階式洞門，出口采用擋墻式洞門，邊、仰坡采用人字型漿砌片石骨架護坡，隧道內(nèi)均采用曲墻復合式襯砌。隧道縱剖面示意圖如圖1所示。 </p><p>　　圖1 隧道縱剖面示意圖 </p><p>

7、;　　2.2 地質(zhì)、氣候條件 </p><p>　　隧址區(qū)屬低中山剝蝕、溶蝕地貌。地形起伏較大，地面高程在1260～1390m之間，相對高差130m，隧道最大埋深100m。在DK113+760～+900段地表發(fā)育一溶蝕溝谷及溶蝕洼地，軸向長約180m，寬30～100m，深約10m，洼地內(nèi)被墾為為旱地，另一溶蝕洼地，常年積水，水深2～15m，略呈橢圓形，軸向長約450m，寬40～160m。 </p>

8、<p>　　隧址區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡洪積黏土、坡殘積黏土。下伏為斷層角礫、上第三系泥巖、炭質(zhì)泥巖夾砂巖，三疊系中統(tǒng)個舊組下段白云巖質(zhì)灰?guī)r。 </p><p>　　線路位于區(qū)域性北西向斷裂石屏－建水斷裂帶之東端，該斷裂帶屬全新活動斷裂帶，其分支斷層－燕子洞斷層于DK114+180橫穿線路，與線路交角為47°。 </p><p>　　隧址區(qū)位于云南省的東南部，為亞熱帶季風氣

9、候。冬無嚴寒，夏無酷暑，雨熱同季，干濕季節(jié)分明，夏季伴隨著云量、雨量的急劇增加，溫度相應降低，絕對最高氣溫出現(xiàn)在干季末（春季）。 </p><p>　　2.3 工程重難點 </p><p>　　由于隧址區(qū)地表溶溝、溶槽、洼地發(fā)育。地層中含白云質(zhì)灰?guī)r，且洞身段裂隙水受季節(jié)變動影響，這些都為巖溶的形成提供了必要的條件。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，曾在DK113+850處鉆孔揭示一溶洞，垂直深度為0.9m

10、，內(nèi)有黏土充填。根據(jù)區(qū)域資料，白云質(zhì)灰?guī)r地層內(nèi)巖溶強烈發(fā)育，地下巖溶形態(tài)極為發(fā)育。 </p><p>　　3 超前地質(zhì)預報技術 </p><p>　　本巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預報采用了TSP地震波地質(zhì)超前預報法、紅外探水法以及超前鉆孔法；以DK113+780～+810段進行說明。 </p><p>　?。?）TSP地震波地質(zhì)超前預報法 </p><

11、p>　　①現(xiàn)場觀測系統(tǒng)布置 </p><p>　　在隧道DK113+650的左邊墻和右邊墻位置分別布置一個地震波信息接收孔，孔徑均為50mm。在DK113+670～DK113+704段的右邊墻位置，按約1.5m的間距布置24個激發(fā)孔分別激發(fā)地震波，激發(fā)孔孔深1.3m，孔徑約40mm，孔向下傾斜約10&ordm;，每個激發(fā)孔裝填的藥量為66g。激發(fā)孔和接收孔基本保持在同一個高度上。 </p>

12、;<p><b>　?、诮Y果分析 </b></p><p>　　DK113+780～DK113+787段：圍巖較破碎（Ⅲ級），溶蝕裂隙發(fā)育； </p><p>　　DK113+787～DK113+810段：圍巖破碎（Ⅳ級），巖溶局部發(fā)育。 </p><p><b>　?。?）紅外探水法 </b></p&

13、gt;<p><b>　?、贉y點布設 </b></p><p>　　在掌子面取9個或9個以上均勻分布測點，采用紅外探水儀進行紅外探測；從掌子面向已開挖段每隔5m布置一個測點（左右邊墻以及拱部測點在同一斷面），分別測得初期支護段左邊墻、右邊墻與拱部巖體的輻射場強值。 </p><p><b>　?、诮Y果分析 </b></p>

14、;<p><b>　　現(xiàn)場測得數(shù)據(jù) </b></p><p>　　對大田山隧道DK113+780掌子面前方30米進行超前探水測得的場強具體數(shù)值如表1所示。 </p><p><b>　　表1 </b></p><p>　　由掌子面巖體上9個測點的紅外輻射場強數(shù)值可知其最大值為357μw/cm2，最小值為349

15、μw/cm2，差值為8μw/cm2，小于允許的安全值10μw/cm2；可以看出：往掌子面方向，紅外輻射場強值曲線相對起伏不大，整體上呈直線型。 </p><p>　　根據(jù)上述1、2兩種判別方法，結合已揭示的圍巖情況，可以判定DK113+780～DK113+810段不存在含水構造。 </p><p><b>　　（3）超前探孔法 </b></p><

16、p><b>　?、巽@孔布設 </b></p><p>　　在掌子面DK117+780處，應用MK-5型鉆機進行超前鉆孔作業(yè)作業(yè)對前方30米進行探測，鉆孔總長124.1米，鉆孔參數(shù)、位置及深度等見表2。 </p><p><b>　　表2 </b></p><p><b>　?、谛緲臃治?</b>

17、</p><p>　　鉆孔DZK16-1：孔深31.1m，整段為灰?guī)r，淺灰、灰白色，微晶結構，鈣質(zhì)膠結，若風化，溶蝕中等發(fā)育，巖體自穩(wěn)性好，終孔水量無變化，屬Ⅴ級次堅石。 </p><p>　　鉆孔DZK16-2：孔深31.0m，整段為灰?guī)r，淺灰、灰白色，微晶結構，鈣質(zhì)膠結，若風化，溶蝕中等發(fā)育，巖體自穩(wěn)性好，終孔水量無變化，屬Ⅴ級次堅石。 </p><p>　　鉆

18、孔DZK16-3：孔深31.4m，整段為灰?guī)r，淺灰、灰白色，微晶結構，鈣質(zhì)膠結，若風化，巖體自穩(wěn)性好，溶蝕中等發(fā)育，在DK113+787～DK113+795段鉆機鉆進速度較快，既無卡鉆現(xiàn)象，無鉆芯試樣，推測此處巖溶十分發(fā)育，含有溶洞。 </p><p>　　鉆孔DZK16-4：孔深30.6m，整段為灰?guī)r，淺灰、灰白色，微晶結構，鈣質(zhì)膠結，若風化，巖體自穩(wěn)性好，溶蝕中等發(fā)育，終孔水量無變化，屬Ⅴ級次堅石。 <

19、/p><p><b>　?。?）綜合分析 </b></p><p>　　根據(jù)上述三種探測方法綜合分析：DK113+780～+810整段為灰?guī)r，淺灰、灰白色，微晶結構，鈣質(zhì)膠結，若風化，巖體自穩(wěn)性好，為Ⅲ級圍巖，溶蝕中等發(fā)育，斷面不含水，在DK113+787～DK113+795段靠近線路右側(cè)邊墻腳處含有一空溶洞，溶洞規(guī)模不大。 </p><p>　　

20、（5）本隧道揭示巖溶發(fā)育特征 </p><p><b>　　1）1＃溶洞 </b></p><p>　　位于DK113+670～+704段，縱向長34m，橫向最寬約29m，最高約28m，底部有厚0～15m碎石土、軟塑壯的黏土充填，開挖揭示溶洞空間較大，頂壁長滿石鐘乳，形狀各異；左低右高，中部及左側(cè)下部大面積充填碎石土、黏土；并在DK113+680線路左側(cè)至溶洞壁附近有

21、積水現(xiàn)象，但水量較小，僅見溶洞頂壁有滲滴水現(xiàn)象，向DK113+680線路左側(cè)溶洞壁處的巖溶管道處排泄，巖溶管道半徑約0.6m。1#溶洞開挖揭示橫斷面圖如圖2所示。 </p><p>　　圖2 開挖揭示1#溶洞橫斷面圖 </p><p><b>　　2）2＃溶洞 </b></p><p>　　位于DK113+787～+795段線路右側(cè)邊墻腳，縱向

22、長8m，橫向?qū)?～5m，深10～15m。開挖揭示時未見有地下水流出。2#溶洞開挖揭示橫斷面圖見圖3。 </p><p>　　圖3 2#溶洞開挖揭示橫斷面圖 </p><p>　　將現(xiàn)場揭示情況與超前探測分析情況進行對照，基本相符，說明超前預報分析基本準確。 </p><p>　　4 巖溶隧道開挖支護技術 </p><p>　　4.1 超前支護

23、技術 </p><p>　　本隧道巖溶地段填充體較少，但巖溶發(fā)育，為確保施工安全，采用超前小導管注漿進行預支護，小導管在洞外加工場加工。施工前先沿開挖周邊輪廓線按照設計間距準確布出孔位，采用YT-28型鑿巖機鉆孔，小導管采用風槍或游錘打入，漿液在現(xiàn)場拌制，采用液壓注漿泵壓注。注漿材料采用純水泥漿，水灰比為0.5：1～0.8：1，漿液先稀后濃，注漿參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場試驗適當調(diào)整。 </p><p>

24、;　　巖溶地段超前小導管支護工藝流程圖見圖4。 </p><p><b>　　4.2 開挖方法 </b></p><p>　　巖溶地區(qū)開挖方法宜采用臺階法，在Ⅱ、Ⅲ級圍巖條件下，當溶洞僅穿過隧道底部一小部分斷面時，可采用全斷面一次開挖，當隧道只有一側(cè)遇到溶洞時，先開挖該側(cè)，待支護完后再開挖另一側(cè)。 </p><p><b>　　（1）

25、1#溶洞 </b></p><p>　　根據(jù)超前探測情況，溶洞較大，且局部含水，對DK113+670～+710段采用上下臺階法開挖，采用微震光面爆破，嚴格控制裝藥量。開挖循環(huán)進尺控制在1～1.5米。開挖采用風鉆進行打眼，在每次施作鉆孔時，掌子面不同位置施作3個3.5～4m深鉆孔以進一步確定前方溶洞輪廓。 </p><p><b>　　（2）2#溶洞 </b>

26、;</p><p>　　根據(jù)超前探測情況，溶洞位于隧道線路右側(cè)且溶洞規(guī)模不大，對DK113+670～+710段采用全斷面法開挖，采用微震光面爆破，嚴格控制裝藥量。開挖循環(huán)進尺控制在0.8～1.0米。在每次施作鉆孔時，掌子面不同位置施作3個3.5～4m深鉆孔以進一步確定前方溶洞輪廓。 </p><p>　　圖4 超前小導管注漿工藝流程圖 </p><p><b&

27、gt;　　4.3 初期支護 </b></p><p>　　巖溶地區(qū)隧道初期支護根據(jù)巖溶情況進行適當加強，采用打錨桿或施作小導管注漿及格柵鋼架等進行施工。由于1#溶洞較大，采用格柵鋼架進行加強支護；2#溶洞較小，且未影響支護輪廓，現(xiàn)場按照原設計采用初噴混凝土、錨桿支護。 </p><p>　?。?）1#溶洞初期支護 </p><p>　　隧道巖溶段開挖后，

28、立即對鐘乳石發(fā)育的溶洞頂部噴C20混凝土進行封閉，混凝土厚10cm。 </p><p>　　在隧底施作50cm厚C15混凝土止?jié){板，然后施作Φ75鋼花管樁對隧底進行注漿加固。待施作完畢，達到設計強度后，對邊墻初支外側(cè)空腔采用M7.5漿砌片石進行，回填高度至鋼架B、C單元接頭處。回填前對基地雜物進行清除，在設立格柵鋼架斷面位置處畫出錨桿位置，拱部12根，每根長3m，邊墻14根，每根長3m，縱、環(huán)向間距分別為1m、0

29、.8m?；靥钸^程中將錨桿砌入漿砌片石中，并確?；靥顫{砌片石與巖壁緊貼密實，外壁盡量平整，擋墻外部預留足夠空間進行初期支護，防止侵限。 </p><p>　　回填完畢后，進行格柵鋼架的安裝及掛鋼筋網(wǎng)片，拱墻格柵鋼架1m/榀，鋼架腳架立在處理過的基底上，在格柵鋼架外側(cè)安裝鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片采用Ф8鋼筋洞外加工，網(wǎng)格間距25cm×25cm，由于拱部外側(cè)噴射混凝附著物較少，鋼筋網(wǎng)片進行加密采用安裝雙層鋼筋網(wǎng)片交

30、錯安裝。 </p><p>　　鋼架、鋼筋網(wǎng)片安裝完畢進行噴射混凝土作業(yè)，噴射混凝土前在拱部安裝好吹砂預留管，并用塑料袋等編織物堵嚴，防止噴射混凝土堵住管口。 </p><p>　?。?）2#溶洞初期支護 </p><p>　　隧道開挖完后，對溶洞上部空間進行噴射C20混凝土封閉，厚度10cm。然后在該段線路右側(cè)邊墻空溶洞上方設I18型鋼網(wǎng)格架，嵌入基巖1m，網(wǎng)格間

31、距1m×1m，其上鋪雙層鐵絲網(wǎng)，進行噴射混凝土作業(yè)，至設計厚度。 </p><p><b>　　5 結束語 </b></p><p>　　通過本巖溶隧道施工情況說明：采用地震波超前地質(zhì)預報、紅外探水、超前探孔等綜合超前預報手段，成功的探測了隧道巖溶的發(fā)育情況；在此基礎上采取超前注漿支護、短進尺、初期支護加強等技術進行施工，并根據(jù)溶洞大小、規(guī)模及含水情況采取不

32、同的施工技術，確保安全、優(yōu)質(zhì)、高效的通過此巖溶不良地段，是巖溶隧道施工中一種有效的、安全的方法；但還要進行進一步的探討，并在實踐中不斷研究，逐步完善和提高。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 王華，楊軍生，王春雷. 地質(zhì)雷達在隧道巖溶超前預報中的試驗研究. 路基工程，2007，1：101-103. </p>&

33、lt;p>　　[2] 李興春,王宏,李興高.紅外技術在開挖隧道巖溶探測和預報中的應用. 工礦自動化， 2008，2：70-71. </p><p>　　[3] 郭 群. 大管棚超前支護技術在南山隧道巖溶處理施工中的應用. 隧道建設，2008，28(3):336-338. </p><p>　　[4] 張朝強. 大山隧道巖溶治理淺談. 四川建筑, 2008,28(3): 54-56.

34、</p><p>　　[5] 肖凱剛, 趙玉龍. 龍鳳壩隧道DK213+ 423～+485段溶腔處理設計. 施工技術，2008，37增： 255-257. </p><p>　　[6] 宋長甫. 龍麟宮隧道大型溶洞支頂加固技術. 鐵路標準設計，2007(9):77-78. </p><p>　　[7] 陳文海. 隧道巖溶病害處理方法與實例分析. 企業(yè)技術開發(fā)，200