宜萬鐵路龍麟宮隧道1號大型溶洞處理技術研究

馬 濤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

宜萬鐵路龍麟宮隧道1號大型溶洞處理技術研究

馬 濤

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,武漢 430063)

宜萬鐵路龍麟宮隧道1號大型溶洞底軸長171m,寬65m,高約100m,容量超過5.0×105m3,溶洞規模宏大,整體呈葫蘆形,隧道整個洞身均位于溶洞內。經過多方案比選,設計采用的“路基+明洞”方案充分利用了邊坡刷方所落下的巖塊,避免了大量砟量倒運,施工工藝簡單,結構安全可靠。為避免高填路基產生過多工后沉降,設計采用了強夯+注漿加固的綜合地基處理方案,并在隧道結構設計中預留了部分工后沉降空間,保證了結構及運營安全。

宜萬鐵路;隧道工程;溶洞;明洞;強夯

1 概述

宜萬鐵路龍麟宮隧道位于恩施市白果鎮,為雙線隧道,全長3421m,最大埋深328m,洞身穿越寒武系上統灰巖、白云質灰巖地層,高程位于垂直滲流帶內,位于隧道下部100m深的龍麟宮風景區出水洞為區域最低排泄基準面(圖1)。

隧道出口工區于2005年6月19日施工至DK232+467時揭示1號大型溶洞,溶洞長軸與線路平行,底部軸長171m,橫向寬度65m,溶洞最底部距路肩高度76m,距地表高度為110m,溶洞容量超過5.0× 105m3。由于埋深較淺,縱、橫向跨度較大,溶洞揭示后,地應力進行重分布,溶洞頂板不斷出現規模不等的坍塌,直至坍塌至地表,形成“天窗”[1～2]。

圖1 龍麟宮隧道縱斷面

目前我國學者進行的巖溶對隧道工程的影響研究多集中在溶洞對隧道圍巖應力場、變形場的影響,即溶洞引起的隧道圍巖及支護結構的變形、開裂和失穩[1～7],而較少涉及隧道穿越大型空溶洞處理方案研究[3～9]。本文結合龍麟宮隧道1號大型溶洞處理進行溶洞防護、隧道結構、隧底處理方案選擇的研究。

2 溶洞工程水文地質條件

溶洞地層為寒武系淺灰色中厚～厚層狀灰巖、白云質灰巖,局部夾薄層狀泥質白云巖。溶洞位于白果壩背斜東南翼靠核部附近,巖層產狀196°～236°∠18°～22°,略有揉皺現象,該段構造節理和溶蝕裂隙發育。受節理切割影響,溶洞頂部、側壁巖體破碎,洞頂及側壁掉塊現象嚴重,特別是雨季掉塊頻繁,所掉塊體最大尺寸為3m×4m×5m。溶洞底部堆積物塊徑0.5～5.0m,局部有少量黏土充填,堆積最大厚度30～40m(圖2)。

圖2 龍麟宮隧道1號溶洞仰視

溶洞底部高程為612～590m,位于地下水位之上,表明該溶洞為古暗河通道,隨著地殼的抬升、溶蝕作用的下切,現在該溶洞處于垂直滲流帶內。其主要承接大氣降水入滲所形成的過路水,最后匯入白果壩暗河系統排泄。溶洞遠程補給降雨入滲大部匯聚于現代暗河的充水管道排入主暗河,只少量匯入溶洞;近程補給匯入溶洞水流主要在溶洞底面附近通過。50mm暴雨匯入量估算為1851～3300m3/d,強降雨時估算為10000m3/d[2](圖3)。

3 溶洞處理方案比選

圖3 龍麟宮隧道1號溶洞縱斷面

溶洞揭示后,根據溶洞規模、工程水文地質條件,進行了路基+明洞方案、改線方案及橋梁方案3種方案研究。

(1)路基+明洞方案:由于該溶洞屬于相對封閉體系,具備高填方之后控制沉降的自然條件,對隧底以下溶洞采用硬質巖砟回填形成路基;為防止溶洞壁垮塌對鐵路運營造成危害,在路基上設置明洞結構。

(2)改線方案:將鐵路線路進行調整,向現線路兩側偏移,以繞避該溶洞。

(3)橋梁方案:鑒于溶洞段隧底下部大部分空洞,采用橋梁跨越,為保證運營安全,將橋梁上部的巖體全部清除后采用錨噴網防護。

3種處理方案優缺點比較如表1所示。

表1 3種處理方案優缺點比較

根據各種處理方案優缺點比較,選擇路基+明洞方案。

(3)可是現在,蕭哥哥,母親底懷內還讓我去哭么?母親底懷內還讓我去哭么?我也怕走近她,天呀,叫我向何處去哭呢?連眼淚都沒處流的人,這是人間最苦痛的人罷?

4 溶洞處理方案

4.1 輔助坑道

(1)為解決龍麟宮隧道出口掌子面受阻的問題,在線路前進方向左側設置1號橫洞,橫洞長190m,進入正洞繼續施工。

(2)為便于地質勘察及施工機械進入溶洞作業,在DK232+440隧道左側設置2號橫洞,橫洞長91m,橫洞口高程位于溶洞底堆積體頂部。

4.2 溶洞防護

(1)由于溶洞整體呈葫蘆形,隧道從中部穿過,線路上部危巖倒垂,并不斷出現剝離及垮塌,在溶洞內作業十分危險。為保證施工安全,溶洞壁刷方工作面選擇在地表“天窗”附近,對DK232+402～DK232+514段左右側邊坡及隧道出口仰坡按照自上而下分層、分級刷坡,逐漸將“天窗”擴大至設計邊界線,后采用自鉆式錨桿及網噴混凝土防護,自鉆式錨桿水平向、垂直向間距均為3m,長10m,與水平面下傾角15°。

(2)DK232+402仰坡及DK232+402～DK232+ 514邊坡右側周邊清理后設置0.5m×0.5m(寬×高)的漿砌片石矩形截水溝,截排山坡匯水。

4.3 路基填筑

(2)強夯后,在 DK232+410～DK232+470段657.0m高程處設0.5m厚的C15混凝土止漿板,并對DK232+375～DK232+490段底部堆積物采用注漿加固。鑒于堆砟深度最深達76m,注漿分2次進行:第一次注漿鉆孔深度至溶腔底部基巖面;第二次鉆孔深度均為25m。對于隧底下的空腔及堆積物中較大空隙地段采用機制砂灌注,然后對較小的空隙、裂隙用水泥砂漿灌注,對隧道基底以下25m范圍內最后采用0.8∶1～1∶1水泥漿注漿加固。

(3)注漿完成后,在止漿板上部回填5m硬質巖砟,并采用單擊夯擊能2000kN·m的夯錘夯擊7遍,夯擊點位置采用等邊三角形布置,第一遍夯擊點間距取夯錘直徑的2.5倍,第二遍夯擊點位于第一遍夯擊點之間。路基面以下至回填面共2m高范圍內采用摻5%水泥的碎石分層填筑、碾壓、壓實,采用與基床底層一致的壓實系數。

4.4 隧改路鑒于DK232+420～DK232+514段溶洞壁刷方后坡率較緩,且距鐵路線路距離超過20m,取消該段原設計隧道結構,采用路基形式通過。

4.5 隧道結構(圖4、圖5)

圖4 龍麟宮隧道1號溶洞處理縱斷面

圖5 龍麟宮隧道1號溶洞處理典型橫斷面

(1)DK232+370～DK232+402段為暗洞加強段,考慮路基填筑引起的工后沉降,隧道內輪廓能滿足20cm的均勻沉降,隧道采用加強型復合式襯砌,25cm厚C25網噴混凝土初期支護及70cm厚C35鋼筋混凝土二次襯砌[10]。

(2)DK232+402～DK232+420段為明洞段,考慮路基填筑引起的工后沉降,隧道內輪廓能滿足20cm的均勻沉降,隧道采用100cm厚C35鋼筋混凝土加強型襯砌。

5 結論

龍麟宮隧道1號大型溶洞處理完成后即開展隧底沉降監測工作,根據監測結果,隧底沉降量滿足相關規范要求,隧道結構處于正常工作狀態,說明處理方案是安全、可靠的,經以上工程實踐,有如下認識。

(1)龍麟宮隧道1號大型溶洞為葫蘆形溶洞,設計采用的路基+明洞方案可充分利用邊坡刷方所落下的巖塊,避免大量石砟倒運,施工工藝簡單,結構安全可靠。

(2)為避免高填路基的過多的工后沉降,設計采用了強夯+注漿加固的綜合地基處理方案,并在隧道結構設計中預留了部分工后沉降空間,保證了結構及運營安全。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.宜萬鐵路龍麟宮隧道DK232+467溶洞處理設計[Z].武漢:2009.

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.宜萬鐵路龍麟宮隧道DK232+467溶洞工程地質勘察報告[R].武漢:2009.

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U452.2+7

A

1004 -2954(2010)08 -0125 -03

2010 -05 -05

鐵道部科技研究開發計劃課題(2003G036)

馬 濤(1980—),男,工程師,2005年畢業于長沙理工大學巖土工程專業,工學碩士,主要從事隧道工程設計及災害防治研究工作,E-mail:tsymatao@163.com。