卧佛山隧道岩溶施工及处理探讨

卧佛山隧道岩溶施工及处理探讨
李彦朴1 陈洋2
摘要：结合卧佛山隧道施工中岩溶处理施工技术的应用实践，针对具体的工程地质及水文条件，对岩溶处理的目的和原则，岩溶处理技术措施和施工注意事项等方面进行了探讨，对类似工程有一定的参考意义。
关键词：卧佛山隧道，岩溶处理，施工
一、工程概况
卧佛山隧道起讫里程DK556+180～DK558+598，全长2418m，位于内蒙古卓资山县境内。隧道范围内的地层主要为第四系全新统冲积粉质粘土、坡积粉土、碎石土、人工填筑碎石土、下伏白垩系下统砂岩夹泥岩、华里西期花岗岩、太古界大理岩。岩体中发育一定岩溶现象，以溶孔、溶隙为主，偶见小规模溶洞。
二、地质预报
针对该隧道所处地区复杂的地质条件，采用多种方法进行地质预报，以便相互印证。
1 仪器预报
利用地震波反射法(TSP202、TSP203)、水平声波剖面法(1ISP)、红外探水、地质雷达等方法，对施工掌子面前方10～40m范围内的山体进行探测，结合探测资料分析前方围岩、潜水、水源补给水质、涌水量大小、突水和突泥压力等情况。采用 TSP203地质预报系统探测前150～200m范围地质变化情况。采用RPD-150C型快速地质钻机(24h钻探150m)，结合TSP203地质预报资料，对掌子面前方围岩强度、节理裂隙发育程度、水量大小等情况进行长距离探测；若遇断层破碎带或溶洞、填充性溶槽，可以较准确地判定其位置里程，提早采取防范措施。
2 水文地质相似比拟法
相似比拟法建立在岩层裂隙较均匀、比拟段的水文地质条件相似、涌水量与坑道体积成正比的基础上。本工程通过导坑开挖时的实测涌水量来推算正洞涌水量，用正洞已开挖地段实测涌水量来推断未开挖地段的涌水量，取得了较好效果。
3 超前水平钻孔探水分析法
利用钻孔台车钻孔，探水孔直径一般为50～120cm，钻孔外插角为10 ，每次钻进10～20m，保留5m止浆盘岩，开始下一次探水。暂时封闭水量较小的探孔，留一个喷距最大出水孔,量测其中水的喷出距离。①喷距小于5m，流量小于100～400m3／h，为小型突水；②喷距9～12m，流量大于400m3／h，为中型突水；③喷距大于12m,为大型突水。
三、工程施工技术
1 洞口施工
DK556+180～DK556+197段为进口明洞段，采用明洞钢筋混凝土衬砌，明挖法施工。浅埋地铁车站和区间隧道经常采用明挖法，明挖法施工属于深基坑工程技术。在明洞拉槽开挖前结合路基情况事先做好排水工作，洞口环形截水沟先期完成。
2 洞身开挖
隧道现场监控量测是新奥法原理进行隧道设计和施工必不可少的手段，施工时要根据设计要求加强量测，及时反馈以便修正设计，指导施工。
①Ⅴ级围岩：Ⅴ级围岩条件较差，先进行超前管棚或超前小导管施工，开挖采用留核心土分部开挖法进行施工。先施工管棚超前支护，然后再开挖上部环形部，上部初期支护完毕后进行核心土开挖，最后进行下部开挖及支护。初期支护采用锚、喷、网、工字钢联合支护结构和每榀间距50cm钢拱架支撑，系统锚杆采用Ф25中空注浆锚杆，锚杆长4m，间距0.5m×1.0m，按梅花形布置，喷混凝土厚25cm，并通过施做钢架锁脚锚杆加固拱脚，使初期支护与围岩形成完整体系。开挖完成后立即喷射混凝土封闭围岩，然后打锚杆、挂网，钢拱支撑后，经分层喷射混凝土至设计厚度。②Ⅳ级围岩。采用上半断面长台阶法施工。短开挖、强支护、快衬砌，在上断面支护保证岩体稳定的条件下，再进行边墙扩大及底部开挖，上部开挖高度暂定为5m，施工时视实际情况调整，进尺一般控制在2m以下，并严格控制爆破药量，保证光面爆破效果。初期支护采用锚、喷、网联合支护结构和必要时设置超前锚杆，锚杆长3.0m，间距1.0m×1.2m，按梅花形布置，喷混凝土厚15cm，使初期支护与围岩形成完整体系。开挖完成后立即喷射混凝土封闭围岩，然后打锚杆、挂网，经分层喷射混凝土至设计厚度。
3隧道二次衬砌
本隧道设计要求砼强度等级为C25，抗渗指标为S8。为保证二次衬砌质量，提高工效，二次衬砌采用自行式全断面钢模台车配砼输送泵泵送入模。衬砌用砼采用商品砼，震捣采用插入式震捣器配合附着式震捣器。钢模台车长度为12m，段间施工缝嵌以设计院确定的橡胶止水带型号。
4仰拱、铺底等施工
排水沟等先行施工，仰拱与铺底同时施作，距开挖工作面相距50~100m，实践证明，及时施作仰拱，起到早闭合、防塌方效果，同时能保证洞内道路的畅通，对搞好洞内排水、防止隧道基底软化等都是非常有利的。仰拱施作，势必影响到车辆的通行，为此采取防干扰简易平台做为过渡通道，以保证掌子面正常施工。
三、隧道洞内溶洞处理技术措施
小型溶洞的处理：1)浆砌封闭、回填压实。对已停止发育、径跨较小、无水的溶洞,可根据其与隧道相交的位置及其充填情况 ,采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭(图1、图2、图3),根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。有两处溶洞地下水涌量较小，隧道底采用C15片石砼回填,边墙部位1～1.5m范围内用浆砌片石回填,其余用弃碴、空隙吹砂填满，压注水泥浆胶结。隧底有5处出现突水溶槽，采用钢筋砼封填，铺设钢筋砼仰拱，预埋出水管，注浆封堵。

2)隧底回填、拱顶防护。拱以上空溶洞 ,可视溶洞的岩石破碎程度采用喷锚支护加固 ,或加设护拱顶回填的办法处理(图4、图5)。K300～380m处，隧道穿过垂直裂隙发育、干燥的溶洞，隧底用块石、碎石回填密实，距隧底1～1.5m范围内用7.5 #浆砌片石回填。对于溶洞顶距拱顶高度小于5 m的溶洞，在拱部填塞干砌片石，压浆挤满片石空隙；对于溶洞顶距拱顶高度超过5m的溶洞，在拱顶砌筑1m厚7.5 # 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，防止溶洞石块掉落砸坏衬砌。

图3溶洞堵填(三) 图4 喷锚加固与浆砌护拱(一) 图5 喷锚加固与浆砌护拱(二)
3)隧道通过裂隙发育的槽状溶洞，洞内有充填物，且岩溶水较发育时，分别采取以下处理方法：①支撑墙。对深度<5m、填充物较少、可清理出坚硬基础的溶洞，采用支撑墙。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。②支撑柱。深度为5～10m的溶洞,由于填充物较多,无法清理出坚硬基础，且岩溶水流量大，采用支撑柱减小顶板悬空跨度，回填空隙并压浆加固溶洞底。柱间距2～3m,根据顶板厚度、节理、溶缝发育情况，并考虑稳定性来确定。③支撑拱。溶洞顶板破碎、洞内充填松散，无法采用柱、墙支顶，回填加固不牢靠时，在溶洞内隧道通过范围内修筑钢筋砼拱桥，拱桥与溶洞顶板问空隙用C15号砼或片石砼填塞。④挖孔桩。溶洞深度>10m，支撑柱、墙稳定性无法达到要求时，在溶洞中设置挖孔桩，隧底设置地基梁。桩底嵌入稳定基岩内，桩顶钢筋伸入砼底板梁内，与底板联成一体共同形成钢筋砼板梁。⑤嵌补法。对溶洞顶板内小型溶穴，采用浆砌片石或干砌片石压浆填塞密实。
四、结束语
石灰岩地区隧道中出现溶洞非常普遍 ,隧道施工中只有认真作好超前地质预报 ,正确了解岩溶地貌的分布、岩溶发育规律构造特点 ,根据遇到的不同岩溶构造采取不同的处理措施 ,才能切实保证岩溶隧道施工的质量、进度和安全。