白云山隧道630溶洞施工技術探討

鄧福清

(中鐵十八局集團有限公司,天津 300222)

1 工程概況

宜萬鐵路第六標段,位于宜昌市點軍區和長陽縣境內,起迄里程分別為DK39+114和DK48+840,線路全長9.726 km。

本標段控制性工程為白云山隧道,全長6 827 m。進口段887 m為車站隧道,由四線雙連拱段、大跨雙線段組成,另有366 m燕尾段隧道；出口段5574 m為單線隧道。隧道設計為單面上坡,進口段2500 m坡度為5.9‰,出口段4327 m坡度為15.3‰。隧道最大埋深600 m,平均埋深為300～400 m。

630溶洞揭示在白云山隧道進口端,縱向發育里程為DK42+630～DK42+651,隧道剛好穿越溶洞空腔。溶洞形態近似柱形,直徑約20～26 m,沿線路長約20 m,高約40 m。根據補鉆揭示,溶洞底部充填堆積物厚約33 m,堆積物為黏土夾碎石,溶洞洞壁巖性為灰巖、白云質灰巖,巖層平緩,薄—中厚層狀,弱風化,巖層產狀140 ～170°∠15°～35°。節理較發育,主要存在2組,節理走向100°：3 ～8條/m,節理長 3 ～5 m,微張；走向 215°：1 ～5 條/m,節理長 0.5 ～3 m,密閉。在DK42+636右側3.5 m處有一小溶腔口,有水流出,右邊墻腳至溶腔口高約8 m,出水口沿線路寬約2.1 m,高約0.5 m。該處溶腔觀測水量資料顯示,最大涌水量約147.9 m3/h,隨降雨量的變化而變化。在溶洞底部未見明顯的集中排泄管道,右側水流呈瀑布簾狀流下,呈漫流在溶洞底部通過溶洞充填物滲透排走。

溶洞形態如圖1所示。

2 臨時通過方案

溶洞揭示后,由于開挖工期緊,任務重,且溶洞下部情況不明,沒有補勘條件。結合眾多因素,采用了臨時通過方案,即先采用洞渣將溶洞下部填實,在大里程洞壁上另行開口進洞,洞口周邊采取必要的超前支護措施(超前小導管加鋼拱架支撐)。進洞初期洞渣全部棄于溶洞底部及兩側,即滿足了不影響施工進度的要求,同時也為下一步對溶洞底部補勘提供了鉆探平臺。以后的施工過程中證明,此方案是可行的,也是有效的,達到了預期的目的。

3 設計方案的確定

3.1 補勘過程

開挖通過50 m以后,以不影響后方補勘為準,設計單位對630溶洞底部進行補勘施工。此次為初勘,即大體了解底部的溶洞發育情況,補勘采用地質鉆機,每孔全程取芯,孔位布置為中線3孔,孔距3 m,左右各3孔,共計9孔。隧底補勘后揭示地質情況如圖2所示。

圖1 溶洞狀態示意

圖2 溶腔線路中心縱斷面

3.2 設計方案確定

根據補勘結果,提出兩種設計方案：第一種采用樁基承臺方案通過,第二種是采用底板注漿加固通過方案。每種方案都有優缺點,注漿方案方便、快捷,對工期有利,但根據溶洞發育圖,注漿效果很難控制,很難達到預期的效果。樁基承臺方案,施工難度較大,但是方案可行性更高,對后期運營有利。綜合考慮各類因素,同時考慮到后期頂部采用雙塊式無砟軌道整體道床對沉降的特殊要求,最終采用了樁基承臺方案。

3.3 詳勘過程

根據樁基承臺設計方案,底板采用了18根樁基加承臺設計,重新對底板溶洞各樁位進行詳細勘探,由此確定每根樁的長度及樁徑,并最終確定樁基施工方案。

4 施工過程

4.1 施工程序

根據630溶洞設計方案及現場的實際情況,對其施工的總體程序如圖3所示。

圖3 溶洞總體施工程序

4.2 樁基施工

首先從安全考慮,采用鉆孔法施工,但在施工過程中,當鉆孔到達串珠形溶洞位置時,多次發生漏漿現象。由此推斷,溶洞多為聯通結構,如果采用鉆孔施工,成樁難度大,塌孔較為嚴重。綜合眾多因素,決定改為挖孔樁施工。

挖孔樁施工工藝流程見圖4所示。

圖4 挖孔樁施工工藝流程

樁內充填物采用人工開挖,開挖順序為先中間后四周,全斷面均勻開挖,避免出現不均勻開挖。每次開挖0.5 m進行一次護壁,四周渣體在護壁施工前開挖,棄渣利用提升架提升堆放于線路左側場地內,最后利用汽車運輸到洞外。開挖時樁頂設安全防護設施,防止樁頂落物傷及施工人員。底層渣體開挖時斷面不超過上一斷面的尺寸。施工中根據不同的地質情況可適當加深每次開挖深度,但最深每次開挖不超過1 m。

4.3 其他工序施工

承臺施工：采用挖掘機進行充填物開挖,石質部分采用爆破開挖,運輸車直接運至洞外。接近樁頭位置采用人工配合機械開挖。人工鑿除樁頂混凝土,清理鋼筋,進行承臺鋼筋綁扎,最后進行混凝土澆筑施工。

承臺施工完成后,進行底板鋼筋混凝土施工,在承臺頂部直接綁扎鋼筋,立側模板,同時預留邊、拱襯砌的結構鋼筋,之后進行混凝土施工。

邊、拱襯砌施工采用大模板臺車。臺車就位后,進行結構鋼筋綁扎,之后進行外模施工。最后進行混凝土泵送施工。

襯砌施工完成后,進行洞頂的支護施工,先進行腳手架搭設,進行錨桿及掛網施工,最后再進行噴射混凝土施工。

5 結束語

在隧道施工中,特別是灰巖地區,巖溶發育。施工中揭示溶洞情況極為普遍,處理方法也不盡相同。隨著施工技術的發展和鉆探技術的提高,施工方案也在不斷的優化。630溶洞的設計及施工過程具有一定的代表性,對類似工程情況設計及施工都有一定的借鑒意義。

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