宜萬鐵路長鷹壩2號隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞處理對策

韓星俊

(云桂鐵路云南有限責任公司,昆明 650011)

宜萬鐵路長鷹壩2號隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞處理對策

韓星俊

(云桂鐵路云南有限責任公司,昆明 650011)

宜萬鐵路長鷹壩2號隧道施工中遭遇大型貧水溶洞,介紹該溶洞的巖溶發育特征,詳細論述該溶洞的處理方法,重點介紹主溶洞段大跨非封閉分離式輕型隧道結構及隧底實腹式拱橋跨越溶洞的聯合應用跨越大型溶洞的處理對策。

宜萬鐵路;大型貧水溶洞;輕型隧道結構;拱橋;處理對策

1 隧道概況

長鷹壩2號隧道是宜萬鐵路26座Ⅱ級風險隧道之一,位于恩施市白果壩鎮,設計為車站隧道,進口里程DK238+669,出口里程DK241+300,全長2631m,其中DK238+669～DK241+020段為雙線段,DK241+ 020～DK241+300段為三線車站段,隧道從進口到出口為連續上坡,隧道最大埋深350m。隧道左側設置1座橫洞,與右線線路相交于DK241+020處,與線路平面夾角30°,長211m。

隧道穿越寒武系上統耗子沱組及奧陶系下統南津關組弱風化灰巖、白云質灰巖,部分含有泥質條帶和方解石脈,中厚層～厚層狀,節理裂隙、溶溝及溶槽發育。圍巖級別以Ⅲ級為主。隧道處于巖溶垂直滲流帶中,地下水為巖溶裂隙水,受大氣降水的補給,裂隙、溶洞水較發育,隧道工區正常涌水量5516m3/d,最大涌水量34421m3/d。

2 DK241+110～DK241+215大型空溶洞地質特征

2.1 溶洞形態、規模

該溶洞總體上可分為2段,DK241+110～DK241+ 160段為廊道式溶洞,溶洞主要發育在右側隧底以下1～2m,溶洞高2.5～8m,寬3.1～5.5m,溶洞內無充填;DK241+160～DK241+215段為大型巖溶腔體,溶洞高度大于53m,寬度5～18m,溶洞基本沿裂隙方向發育,受節理控制明顯,溶洞側壁陡峻。溶洞發育平面見圖1。

圖1 DK241+110～DK241+215段溶洞發育平面

2.2 工程地質條件

DK241+110～DK241+215段溶洞周邊為寒武系上統耗子沱群灰白色、深灰色中厚層白云質灰巖夾灰巖、灰巖與白云巖質灰巖互層,局部夾泥質白云巖;巖層較緩,節理、裂隙發育,基本承載力為1000kPa。受節理切割影響,溶洞頂部巖體破碎,洞頂局部附有黏土等充填物,洞頂偶見掉塊現象,最大尺寸為1m× 1.5m×1.5m。隧道以下空腔揭露后,受施工影響,部分溶洞已被棄砟充填,隧道周邊不具備坍塌空間。隧道周邊圍巖情況良好,DK241+110～DK241+160段圍巖級別為Ⅲ級,DK241+160～DK241+215段圍巖級別為Ⅱ級。

2.3 水文地質條件

DK241+110～DK241+215大型溶洞附近存在大洞暗河,實測大洞暗河長達200多m,高達60余m,寬8～60m,另有支洞與其相連,大洞暗河在 DK240+ 900處橫穿隧道,高程位于隧道下方60～80m,推測DK241+110～DK241+215段溶洞和隧道下部的大洞暗河相通,為過水廊道,雨季時承接過路水補給大洞暗河系統。推算溶洞雨季最大流量為6000m3/d,從溶洞揭露以來,經過了一個雨季的觀測,溶洞內無明顯積水,表明溶洞所承接的過路水均通過各種渠道滲入地下。

3 DK241+110～DK241+215大型空溶洞處理對策

根據溶洞形態、規模及工程地質、水文地質條件,綜合考慮隧道施工及運營安全,DK241+110～DK241+ 215段溶洞處理措施如下。

3.1 溶洞防護

清除溶洞壁危石,并對溶洞頂板采取錨噴網防護,錨噴網參數為長3mφ22mm砂漿錨桿,C20網噴混凝土厚10cm,φ6mm鋼筋網,網格間距25cm×25cm。

3.2 溶洞處理

根據溶洞發育特征,將該大型溶洞分為3段處理,具體如下。

3.2.1 DK241+110～DK241+170段

隧道結構采用三線車站隧道Ⅲ級圍巖復合式襯砌結構,初期支護采用拱墻20cm厚C20網噴混凝土, φ8mm鋼筋網,網格間距20cm。拱部采用φ25mm中空注漿錨桿,邊墻采用φ22mm砂漿錨桿,錨桿間距1.2m×1.0m(環×縱),錨桿長3.5m。初期支護采用I16鋼架加強,1m/榀,二次襯砌采用60cm厚C25混凝土。該段邊墻外及隧底右側空腔采用C20片石混凝土回填密實。DK241+110～DK241+170段溶洞處理見圖2。

3.2.2 DK241+170～DK241+183.75段

隧道結構采用三線車站隧道Ⅱ級圍巖加強型復合式襯砌。初期支護采用噴射鋼纖維混凝土。拱部采用φ25mm中空注漿錨桿,邊墻采用φ22mm砂漿錨桿,錨桿間距1.0m×1.2m(環×縱),錨桿長4.0m。二次襯砌拱墻采用60cm厚C25混凝土,底板采用100cm厚C30鋼筋混凝土。該段隧底溶洞發育深度較淺,小于5m,采用C20片石混凝土換填。DK241+170～DK241+183.75段溶洞處理見圖3。

圖2 DK241+110～DK241+170溶洞處理橫斷面(單位:cm)

圖3 DK241+170～DK241+183.75溶洞處理橫斷面(單位:cm)

3.2.3 DK241+183.75～DK241+212.75段

該段為主溶洞發育段,亦是該溶洞處理的重點和難點,溶洞處理經過樁基承臺、輕型結構、非封閉結構等多種方案比選,最終確定采用非封閉分離式輕型隧道結構方案,具體如下。

(1)DK241+183.75～DK241+212.75段圍巖級別為Ⅱ級,可充分發揮圍巖自承能力,將隧道線路左側斷面擴挖至溶洞壁3m以外基巖上,隧道右側斷面基本保持原設計輪廓,襯砌類型以噴錨襯砌為主,初期支護采用拱墻噴射鋼纖維混凝土,拱墻采用φ32mm自進式錨桿,錨桿間距1.5m×1.5m(環×縱),隧道錨桿長分別為4m(右側)、5.0m(左側)以便穿過圍巖松動圈,加固圍巖,抑制圍巖變形。由于上部為非封閉的大跨結構,綜合考慮隧道內防水及接觸網懸掛要求,施作40cm厚的鋼筋混凝土二次襯砌,同時作為結構安全儲備。DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞處理見圖4、隧道結構見圖5。

圖4 DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞處理(單位:cm)

圖5 DK241+183.75～DK241+212.75段隧道結構(單位:cm)

(2)隧道下部溶洞發育深度大于53m,沿線路方向跨度達18m,該處隧底結構采用縱向拱跨結構,布置為1孔L=26m的實腹式拱橋,拱橋承擔運營期列車荷載。拱圈為半徑17m的鋼筋混凝土圓弧板拱,矢高f=6.046m,矢跨比f/L=1/4.3。為了減少巖石的開挖量,拱橋橫向布置不對稱隧道中心,Ⅰ線外側寬1.35m(1.35m以外為巖石),Ⅲ線外側寬3.0m。拱橋拱圈及拱座上填C15素混凝土以形成橋面,橋面縱坡與隧道縱坡相同。拱跨結構見圖6、圖7。

圖6 拱跨結構立面(單位:cm)

3.2.4 溶洞排水

圖7 拱跨結構半平面/半基頂(單位:cm)

DK241+110～DK241+183.75隧底溶洞內埋設φ500mm鋼筋混凝土管以2‰下坡排泄溶洞水,該段溶洞內積水通過管壁鉆孔匯集至管內后順坡排至拱橋下大溶洞(圖8)。

圖8 長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215段溶洞處理縱斷面

4 結語

長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215溶洞處理采用的隧道結構新穎,針對性很強。充分利用了該溶洞段圍巖情況好,自穩能力強的特點,并結合該溶洞的發育形態,采用的以初期支護為支護主體,噴錨網防護為主要支護手段,二次襯砌作為安全儲備的大跨非封閉分離式輕型隧道結構亦是復雜巖溶隧道處理方法多樣性、靈活性的體現。

主溶洞段溶洞豎向發育深度深,但跨度并不大,設計充分利用了該溶洞的這一特點,隧底處理經過板梁、樁基礎、拱跨、注漿加固等多種方案的綜合比選,采用了實腹式拱橋跨越溶洞的處理對策,該方案結構受力合理,施工難度相對較小,施工質量易于保證,結構安全可靠。

[1] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.宜萬鐵路宜昌至萬州段新建工程施工圖-長鷹壩2號隧道[Z].武漢:2005.

[2] 中鐵第四勘察設計院集團有限公司.新建鐵路宜萬線宜昌東至萬州段長鷹壩2號隧道DK241+110～DK241+215段溶洞處理Ⅰ類變更設計[Z].武漢:2007.

[3] 劉招偉,張民慶,王樹仁.巖溶隧道災變預測與處治技術[M].北京:科學出版社,2007.

U452.2+7

B

1004 -2954(2010)08 -0128 -03

2010 -05 -05

韓星俊(1966—),男,高級工程師,1988年畢業于石家莊鐵道學院土木工程專業,工學學士,E-mail:hanxj-97@163.com。