巖溶隧道施工技術(shù)

1、<p><b>　　巖溶隧道施工技術(shù)</b></p><p>　　摘要結(jié)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(shù)：采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)預(yù)測隧道巖溶的發(fā)育情況；采取超前注漿支護(hù)、短進(jìn)尺、初期支護(hù)加強(qiáng)等技術(shù)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(guān)鍵詞鐵路隧道巖溶施工技術(shù)

2、 </p><p>　　中圖分類號(hào)：U459.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </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(yàn)，對(duì)巖溶地區(qū)隧道施工技術(shù)，主要從兩個(gè)

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

4、護(hù)技術(shù)在南山隧道巖溶處理施工中的應(yīng)用. 隧道建設(shè)，2008，28(3):336-338.]]，管棚結(jié)合小導(dǎo)管、高壓注漿、樁基托梁結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土板等技術(shù)措施[[[] 張朝強(qiáng). 大山隧道巖溶治理淺談. 四川建筑, 2008,28(3): 54-56.]]，對(duì)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(shè)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(shè)計(jì). 施工技

5、術(shù)，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(hào)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(jìn)口采用臺(tái)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(hù)坡，隧道內(nèi)均采用曲墻復(fù)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(duì)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(gè)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?dāng)嗔褞е畺|端，該斷裂帶屬全新活動(dòng)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(fēng)氣

9、候。冬無嚴(yán)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(yīng)降低，絕對(duì)最高氣溫出現(xiàn)在干季末（春季）。 </p><p>　　2.3 工程重難點(diǎn) </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(dòng)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(qiáng)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(yù)報(bào)技術(shù) </p><p>　　本巖溶隧道綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用了TSP地震波地質(zhì)超前預(yù)報(bào)法、紅外探水法以及超前鉆孔法；以DK113+780～+810段進(jìn)行說明。 </p><p>　　（1）TSP地震波地質(zhì)超前預(yù)報(bào)法 </p><

11、p>　?、佻F(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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)高度上。 </p>

12、;<p><b>　　②結(jié)果分析 </b></p><p>　　DK113+780～DK113+787段：圍巖較破碎（Ⅲ級(jí)），溶蝕裂隙發(fā)育； </p><p>　　DK113+787～DK113+810段：圍巖破碎（Ⅳ級(jí)），巖溶局部發(fā)育。 </p><p><b>　?。?）紅外探水法 </b></p&

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

14、;<p><b>　　現(xiàn)場測得數(shù)據(jù) </b></p><p>　　對(duì)大田山隧道DK113+780掌子面前方30米進(jìn)行超前探水測得的場強(qiáng)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(gè)測點(diǎn)的紅外輻射場強(qiáng)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(qiáng)值曲線相對(duì)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(jié)合已揭示的圍巖情況，可以判定DK113+780～DK113+810段不存在含水構(gòu)造。 </p><p><b>　　（3）超前探孔法 </b></p><

16、p><b>　?、巽@孔布設(shè) </b></p><p>　　在掌子面DK117+780處，應(yīng)用MK-5型鉆機(jī)進(jìn)行超前鉆孔作業(yè)作業(yè)對(duì)前方30米進(jìn)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(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，若風(fēng)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(jí)次堅(jiān)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(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，若風(fēng)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(jí)次堅(jiān)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(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，若風(fēng)化，巖體自穩(wěn)性好，溶蝕中等發(fā)育，在DK113+787～DK113+795段鉆機(jī)鉆進(jìn)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(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，若風(fēng)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(jí)次堅(jiān)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(jié)構(gòu)，鈣質(zhì)膠結(jié)，若風(fēng)化，巖體自穩(wěn)性好，為Ⅲ級(jí)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(shí)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(jìn)行對(duì)照，基本相符，說明超前預(yù)報(bào)分析基本準(zhǔn)確。 </p><p>　　4 巖溶隧道開挖支護(hù)技術(shù) </p><p>　　4.1 超前支護(hù)

23、技術(shù) </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(dǎo)管注漿進(jìn)行預(yù)支護(hù)，小導(dǎo)管在洞外加工場加工。施工前先沿開挖周邊輪廓線按照設(shè)計(jì)間距準(zhǔn)確布出孔位，采用YT-28型鑿巖機(jī)鉆孔，小導(dǎo)管采用風(fēng)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(yàn)適當(dāng)調(diào)整。 </p><p>

24、;　　巖溶地段超前小導(dǎo)管支護(hù)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(tái)階法，在Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖條件下，當(dāng)溶洞僅穿過隧道底部一小部分?jǐn)嗝鏁r(shí)，可采用全斷面一次開挖，當(dāng)隧道只有一側(cè)遇到溶洞時(shí)，先開挖該側(cè)，待支護(hù)完后再開挖另一側(cè)。 </p><p><b>　?。?）

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(duì)DK113+670～+710段采用上下臺(tái)階法開挖，采用微震光面爆破，嚴(yán)格控制裝藥量。開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在1～1.5米。開挖采用風(fēng)鉆進(jìn)行打眼，在每次施作鉆孔時(shí)，掌子面不同位置施作3個(gè)3.5～4m深鉆孔以進(jìn)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(duì)DK113+670～+710段采用全斷面法開挖，采用微震光面爆破，嚴(yán)格控制裝藥量。開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8～1.0米。在每次施作鉆孔時(shí)，掌子面不同位置施作3個(gè)3.5～4m深鉆孔以進(jìn)一步確定前方溶洞輪廓。 </p><p>　　圖4 超前小導(dǎo)管注漿工藝流程圖 </p><p><b&

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

28、立即對(duì)鐘乳石發(fā)育的溶洞頂部噴C20混凝土進(jìn)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(duì)隧底進(jìn)行注漿加固。待施作完畢，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)邊墻初支外側(cè)空腔采用M7.5漿砌片石進(jìn)行，回填高度至鋼架B、C單元接頭處?；靥钋皩?duì)基地雜物進(jìn)行清除，在設(shè)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。回填過程中將錨桿砌入漿砌片石中，并確保回填漿砌片石與巖壁緊貼密實(shí)，外壁盡量平整，擋墻外部預(yù)留足夠空間進(jìn)行初期支護(hù)，防止侵限。 </p><p>　　回填完畢后，進(jìn)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(jìn)行加密采用安裝雙層鋼筋網(wǎng)片交

30、錯(cuò)安裝。 </p><p>　　鋼架、鋼筋網(wǎng)片安裝完畢進(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，噴射混凝土前在拱部安裝好吹砂預(yù)留管，并用塑料袋等編織物堵嚴(yán)，防止噴射混凝土堵住管口。 </p><p>　?。?）2#溶洞初期支護(hù) </p><p>　　隧道開挖完后，對(duì)溶洞上部空間進(jìn)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(shè)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(jìn)行噴射混凝土作業(yè)，至設(shè)計(jì)厚度。 </p><p><b>　　5 結(jié)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(yù)報(bào)、紅外探水、超前探孔等綜合超前預(yù)報(bào)手段，成功的探測了隧道巖溶的發(fā)育情況；在此基礎(chǔ)上采取超前注漿支護(hù)、短進(jìn)尺、初期支護(hù)加強(qiáng)等技術(shù)進(jìn)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(shù)，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(jìn)行進(jìn)一步的探討，并在實(shí)踐中不斷研究，逐步完善和提高。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 王華，楊軍生，王春雷. 地質(zhì)雷達(dá)在隧道巖溶超前預(yù)報(bào)中的試驗(yàn)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(shù)在開挖隧道巖溶探測和預(yù)報(bào)中的應(yīng)用. 工礦自動(dòng)化， 2008，2：70-71. </p><p>　　[3] 郭 群. 大管棚超前支護(hù)技術(shù)在南山隧道巖溶處理施工中的應(yīng)用. 隧道建設(shè)，2008，28(3):336-338. </p><p>　　[4] 張朝強(qiáng). 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(shè)計(jì). 施工技術(shù)，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(shù). 鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(9):77-78. </p><p>　　[7] 陳文海. 隧道巖溶病害處理方法與實(shí)例分析. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)，200