关于岩溶隧道灾害处理技术的探讨

2019年5月27日

关于岩溶隧道灾害处理技术的探讨

   大支坪隧道岩溶发育强烈,水文地质条件和地质构造复杂,施工难度大。帷幕注浆技术适用于富水断层带和软弱围岩隧道施工,本文主从大支坪99溶腔的施工、灾害治理措施进行了比较详细的介绍,可为同类型工程供经验借鉴。 
  Abstract The karst is strongly developed in Dazhiping tunnel, where the hydrogeological condition and geological structure is complex, so the construction is difficult. Curtain grouting technique is applicable to water-rich fault zone and weak rock tunnel construction. This article mainly introduces the construction and disaster treatment of Dazhiping 99 cavity in detail, which can provide experience for similar engineering. 
  关键词 大支坪隧道;岩溶;高风险;技术方案 
  Key words Dazhiping tunnel;karst;high risk;technical solution 
   中图分类号U455                                        文献标识码A                                  文章编号16-4311(215)4-15-2 
  1  工程概况及特点 
  新建宜昌至万州铁路大支坪隧(DK13+142~DK138+912段)是宜万铁路Ⅰ级高风险隧道,位于湖北省巴东县大支坪镇境内,东起支井河,中间经大支坪镇,西至野三河,出口处与湖北省建始县交界,隧道旁有渝宜G5高速公路和318国道。隧道Ⅰ线全长8775m、Ⅱ线全长8789m,最大埋深495m,纵坡为人字坡。大支坪隧地质复杂,岩溶发育,突水突泥安全隐患多,施工难度大,部分岩溶处理尚属世界级难题,且突水突泥造成施工异常艰难。 
  隧道区发育地层有泥盆系、石炭系、二叠系和三叠系地层,隧道通过岩溶发育的灰岩地段7.93km,占隧道全长的9%。地质构造主为唐坪向斜、养长河背斜以及断裂5条。隧道上方地表有水洞坪、水谷坝、向家坪、大支坪等大型岩溶洼地汇集地表雨水,洼地与隧道间发育有单管式、网络式等规模较大的地下岩溶管道水。 
  2  工程难点 
  大支坪隧道施工过程中先后遭遇溶腔82处,其中大规模突水、突泥14次,最大涌水量实际达36.3万方/天。“99溶腔”地表为水谷坝洼地,发育多个落水洞,地表深孔测得的地下水位埋深1m左右,汇水面积6.6km2,最大涌水量5万m3/d,正常涌水量3m3/d左右,监测到最大水压.24MPa。溶腔与地表岩溶洼地通过岩溶管道、裂隙相通,一般雨后8~12小时洞内涌水开始明显增大,停雨后1~3天内洞内涌水恢复正常。“99溶腔”沿线路纵向约13m,横向大于9m,Ⅰ线DK132+947~+96、DK133+4~+27间、Ⅱ线ⅡDK132+913~+921、ⅡDK132+973~+997间发育大型富水充填溶腔,溶腔充填物主为砂卵石及粘土。 
  3  施工情况 
  29年5月16日大支坪隧道“99溶腔”发生大型突水突泥,持续时间2分钟,估测瞬时涌水量35.9万m3/d,涌水量1.3万m3,突泥量1.5万m3;突水溶腔宽度12m,发育高度为隧道拱顶25m左右,纵深距离边墙15m。 
  清淤结束后为了保证隧道结构安全,消除安全隐患,采取了地板和重力墙封堵相结合的方案通过该溶腔段。 
  3.1 施工方案比选 
  3.1.1 架桥通过方案  原设计方案采用在溶腔段进行架桥施工通过,并根据设计开始准备了初步的桩基施工。 
  该方案的优势如果桩基能嵌入稳定基岩,能保证顺利通过并有良好的稳定性。 
  该方案存在的难点①单洞双线隧道施工空间小,较大型的施工机械均不能开展施工作业,只能采用人工挖孔,但在这种软体充填的岩溶段进行人工挖孔,安全压力极大。②建设周期长,有违“快速通过”的灾害治理原则。如果错过在枯水季节的有利施工时机,雨季来临后又将造成不可估量的损失,将会极大地增加额外成本并延长工期。③成本较高。因受限于时间和空间因素,完全克服上述等困难的办法几乎没有,如果合理地实现该方案面临的困难极大。 
  3.1.2 重力墙及板梁结构方案  溃口采用C25混凝土内嵌I18型钢封堵墙进行回填处理,封堵墙高12.5m,采用泵送砼满灌回填,分层浇筑,保证初支内轮廓线外5m回填厚度;恢复溃口段已破坏初期支护,初支钢架与封堵墙间空洞采用C2混凝土回填密实,衬砌采用C35防水钢筋混凝土。 
  该方案的优势①正洞地板及侧墙封堵后,对正洞衬砌形成良好的保护,消除隐患。②极大地简化了施工,为枯水季节衬砌结构通过该溶腔段创造了可能条件,缩短了工期。
  该方案存在的难点①正洞封堵时需进行岩溶水分流,以达到在雨季来临释能降压的条件。②运营过程中的有必对该段封堵效果进行动态检测。 
  为此,采取合理的施组,先从泄水洞施作排水支洞接入隧道顶部溶腔,以作为该溶腔汇水期的分流释能降压,消除了正洞的压力。另外在施工正洞地板及衬砌时,在钢筋混凝土中预埋足够的应力计并接岀洞外监控中心,以便轨道测试及运营后进行监控。 
  3.2 方案的实施 
  3.2.1 辅助措施先行  针对99异常体岩溶发育范围广、规模大、受地表水补给迅速、水压高等特点,为有效释能降压、降低突发性突水突泥地质灾害对正洞结构施工影响,采用对溶腔水分流的措施对溶腔进行释能降压。根据溶洞规模、充填性质、地下水补给及隧道空间关系,为保障正洞Ⅰ、Ⅱ线衬砌结构施工、运营安全及永久排水,从泄水洞增设高位排水支洞作为“99溶腔”的分流通道排水及充填物。 
  3.2.2 核心措施严格落实  因大支坪隧道“99溶腔”段根据前期超前帷幕注浆改良了局部小溶洞充填物及枯水季节充填物稳定的有利条件,采取了“排水降压、超前支护、结构加强、快速通过、综合治理”的原则进行该溶洞的处理,溶洞核心段采用三台阶分部开挖预留核心土施工方法快速通过。主溶腔处理采用左右侧导错开同时施工的开挖初支方法,遵循管超前、短进尺强支护、快封闭、勤量测施工原则,于29年7月2日顺利安全完成溶腔核心段衬砌。 
  3.3 取得的成果 
  大支坪隧道作为宜万铁路Ⅰ级高风险隧道和重点控制工程之一,它的建成为宜万铁路的按时开通奠定了坚实的基础。在该隧道99异常体段的施工过程中,中国工程院院士等都曾到大支坪隧道视察,大支坪隧道地质条件之复杂,施工难度之大得到了院士们的充分肯定,施工取得的成绩得到了院士们的一致赞扬。 
  4  体会 
  该隧道为动态设计,通过多年的努力,终于实现该隧道的顺利贯通,施工期间从未发生任何安全事故,在施工过程中技术方案的选择尤为重,因地制宜是根本,合理的辅助措施是关键。该工程地质条件差,通风和施工组织困难,本项目通过类似一系列技术措施,安全、高质量地完成隧道所有施工,为以后高风险长大隧道施工积累了宝贵的经验。 
  参考文献 
  1范斌.溶洞处理技术在公路隧道中的应用J.施工技术,212(23). 
  2周伟.隧道岩溶处理方式及技术研究J.科技创新导报, 211(19). 
  3申志军.宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术J.铁道标准设计,21(8). 

  

  • 0