黃香灣隧道進(jìn)口段巖溶處治設(shè)計(jì)

易美華，肖劍

(1.長(zhǎng)沙市國(guó)土資源局，湖南 長(zhǎng)沙 41007； 2.長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

黃香灣隧道進(jìn)口段巖溶處治設(shè)計(jì)

易美華1*，肖劍2

(1.長(zhǎng)沙市國(guó)土資源局，湖南 長(zhǎng)沙 41007； 2.長(zhǎng)沙市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

巖溶災(zāi)害是隧道施工中最常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一。根據(jù)桑植至張家界高速公路黃香灣隧道施工期間出現(xiàn)的巖溶分布特征，介紹了巖溶段隧道施工的處治設(shè)計(jì)方案，為以后類(lèi)似工程的隧道施工提供了工程和技術(shù)借鑒。

隧道；巖溶；地質(zhì)雷達(dá)；處治設(shè)計(jì)

1 工程概況

黃香灣隧道位于桑植縣瑞塔鋪鎮(zhèn)小溪口至小溪溝村，為分離式隧道。隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為：左洞全長(zhǎng) 3 209 m；右洞全長(zhǎng) 3 200 m，為特長(zhǎng)隧道，最大埋深約 350 m；進(jìn)口采用端墻式洞門(mén)，出口采用貼壁進(jìn)洞。隧道左、右洞進(jìn)口分別位于半徑 3 120和直線上，左、右洞出口分別位于半徑 1 150和半徑 1 000的平曲線上。左、右洞縱坡分別為2.234%和2.23%[1]。

地形地貌：擬建的黃香灣隧道位于桑植縣瑞塔鋪鎮(zhèn)小溪口至小溪溝村。該隧道區(qū)屬中低山地貌，地形起伏大。隧道范圍內(nèi)中線高程 358 m～ 746.7 m，最大高差約 388.7 m。山體自然坡度30°～50°，局部段達(dá)75°，植被較發(fā)育。進(jìn)、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。隧址區(qū)桑植端洞口西北面約 80 m處及張家界端洞口南面約 100 m有省道S228通過(guò)，洞身段K13+620處有鄉(xiāng)村道路通過(guò)，交通條件較好。

水文地質(zhì)條件：隧址區(qū)地表水不發(fā)育，僅兩端洞口附近沖溝地段雨季雨水匯集可產(chǎn)生的暫時(shí)性水流。隧址區(qū)地下水主要為基巖中的裂隙水。隧址區(qū)泥質(zhì)粉砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，貫通性一般，多泥質(zhì)充填，賦水性較差；淺部強(qiáng)風(fēng)化巖風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖體破碎，含少量裂隙水，主要靠大氣降水補(bǔ)給，沖溝等低洼部位以地下徑流形式排泄；斜坡部位以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。

2 黃香灣隧道巖溶發(fā)育特征

根據(jù)實(shí)際測(cè)量成果，巖溶整體沿隧道縱向方向發(fā)育，大部分段位于隧道分離帶中間，該溶洞發(fā)育樁號(hào)范圍約為ZK13+215～ZK13+330段，沿線路走向長(zhǎng)約 115 m，橫向?qū)捈s 13 m～ 45 m，底板發(fā)育標(biāo)高 354 m～ 374 m，頂板發(fā)育標(biāo)高 383 m～ 392 m，最大洞高約 38 m。隧道開(kāi)挖時(shí)揭露的巖溶如圖1所示。

圖1 黃香灣隧道進(jìn)口段巖溶

巖溶發(fā)育平面圖如圖2所示。其中ZK13+215～ZK13+222段圍巖位于巖溶發(fā)育段，為無(wú)充填型溶洞，最大高度約 17 m；ZK13+222～ZK13+236段為灰?guī)r區(qū)；ZK13+236～ZK13+250段為巖溶發(fā)育區(qū)，為無(wú)充填型溶洞，最大洞高約 11 m，該段巖溶在右線K13+235處貫通，右線前后影響范圍長(zhǎng)約 10 m，其余段都有厚度不等的中夾巖柱；ZK13+250～ZK13+270段為一平臺(tái)，分布厚度 3 m～5 m的黏土層(為溶洞充填物)，下部為灰?guī)r；ZK13+270-ZK13+290段為平臺(tái)，黏土分布厚度 0 m～3 m，下部為灰?guī)r；ZK13+290～ZK13+320段為巖溶發(fā)育區(qū)，為一“V”型溶溝，溝深約 15 m～20 m。本巖溶發(fā)育段大部分位于左右洞中間范圍。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，現(xiàn)階段，該溶洞頂板及側(cè)壁巖體較完整，除溶洞靠近掌子面處，其余地方未見(jiàn)明顯松動(dòng)危巖體及掉塊現(xiàn)象，洞頂及洞室側(cè)壁自穩(wěn)能力較好。

圖2 隧道巖溶發(fā)育平面示意圖

圖3 隧道巖溶發(fā)育立體圖

此外，該溶洞內(nèi)未見(jiàn)洞室蓄水，僅在“V”型溶溝處聽(tīng)見(jiàn)少量水流聲，結(jié)合省道S228旁河流的出水點(diǎn)情況和前期地調(diào)，推測(cè)該水流從左洞流向右洞。本次調(diào)查，在洞頂及側(cè)壁局部段見(jiàn)裂隙水呈點(diǎn)滴狀滲出，滲水段發(fā)育有少量鐘乳石，平臺(tái)上有石筍。

3 巖溶處治設(shè)計(jì)

3.1 巖溶處治原則

在處治溶洞過(guò)程中，應(yīng)遵循“方案合理、結(jié)構(gòu)安全、工程成本低、保持水環(huán)境、施工易操作”的原則，安全、穩(wěn)妥地保證隧道通過(guò)巖溶地段[2～6]。

(1)溶洞處治原則。對(duì)規(guī)模較小溶洞、無(wú)水的溶洞，當(dāng)溶洞在隧道基底和邊墻時(shí)可采用漿砌干砌片石封閉回填。當(dāng)發(fā)育在隧道拱部時(shí)，可用混凝土回填，對(duì)有水的溶洞，應(yīng)注意排水處治措施。對(duì)規(guī)模較大溶洞，當(dāng)溶洞發(fā)育在隧道基底時(shí)，可以采用隧道棄渣回填、注漿加固、板跨等方案通過(guò)。當(dāng)溶洞發(fā)育在隧道邊墻時(shí)，可采用砌墻的型式通過(guò)。當(dāng)溶洞發(fā)育在隧道拱部時(shí)，可采用長(zhǎng)管棚、小導(dǎo)管等方法度過(guò)。在大型溶洞段，隧道的支護(hù)形式要加強(qiáng)，且要注意排水措施。總之，因地制宜，綜合治理，就是根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及周?chē)h(huán)境條件，采取多種方法進(jìn)行綜合治理。

(2)巖溶水處治原則。以堵為主，限量排放，排堵結(jié)合。可采用注漿堵水，也可以用涵管進(jìn)行排水，不但解決巖溶水的問(wèn)題，且要不影響隧道周邊的環(huán)境。

3.2 巖溶處治方案設(shè)計(jì)

黃香灣隧道巖溶區(qū)域主要分兩類(lèi)進(jìn)行處理(處理前均應(yīng)首先清除巖溶沉積物)，即左線隧道未完全置于溶洞空腔區(qū)(ZK13+215～ZK13+290、ZK13+320～ZK13+330)段，簡(jiǎn)稱(chēng)“第一類(lèi)”和左線隧道完全置于溶洞空腔區(qū)(ZK13+290～ZK13+320)段，簡(jiǎn)稱(chēng)“第二段”(亦即“V”型溶溝段)。兩類(lèi)處治方案部分?jǐn)嗝嫒鐖D4～圖11所示。

圖4 隧道ZK13+218巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖5 隧道ZK13+220巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖6 隧道ZK13+230巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖7 隧道ZK13+240巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖8 隧道ZK13+260巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖9 隧道ZK13+286巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖10 隧道ZK13+310巖溶處理設(shè)計(jì)圖

圖11 隧道ZK13+325巖溶處理設(shè)計(jì)圖

(1)第一類(lèi)方案

對(duì)于第一類(lèi)，采用如下方案：

①左線距掌子面15 m范圍內(nèi)的已加強(qiáng)段落布點(diǎn)監(jiān)控量測(cè)，若出現(xiàn)變形、收斂數(shù)據(jù)異常則通知各方采取措施，保證臨近巖溶發(fā)育段的結(jié)構(gòu)安全。

②左線通過(guò)該巖溶段(原設(shè)計(jì)Ⅲ級(jí)圍巖)支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)，根據(jù)評(píng)審會(huì)專(zhuān)家意見(jiàn)進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。ZK13+215～ZK13+222段采用V級(jí)深埋段支護(hù)形式，ZK13+222～ZK13+232段采用Ⅳb支護(hù)形式，ZK13+232～ZK13+250段采用V級(jí)深埋段支護(hù)形式，ZK13+250～ZK13+265段采用Ⅳb支護(hù)形式，ZK13+265～K13+285段維持原設(shè)計(jì)，ZK13+285～ZK13+290段采用Ⅳb支護(hù)形式，ZK13+320～ZK13+330段采用V級(jí)深埋段支護(hù)形式。同時(shí)對(duì)空洞區(qū)域相應(yīng)核減掉部分系統(tǒng)錨桿和超前支護(hù)。

③溶腔侵入隧道結(jié)構(gòu)段采用C25混凝土擋墻+鋼筋混凝土護(hù)拱+吹砂緩沖的方式保護(hù)隧道結(jié)構(gòu)，擋墻底部懸空或地基承載力不足時(shí)應(yīng)回填或換填C20混凝土穩(wěn)固基礎(chǔ)。

④右線被溶洞貫通段(對(duì)應(yīng)左線樁號(hào)為ZK13+230～ZK13+245)，在右線左側(cè)采用C20混凝土進(jìn)行回填，保護(hù)右線隧道結(jié)構(gòu)。

(1)第二類(lèi)方案

對(duì)于“第二類(lèi)”(“V”型溶溝段)，結(jié)合溶洞深度和水流情況，采用回填+明洞方案。

①溶洞底部用碎石分層填筑，按路基施工要求進(jìn)行壓實(shí)。并按水流方向鋪設(shè)2根排水管，采用 2 m直徑鋼波紋管，中心間距 4 m，鋪設(shè)排水管長(zhǎng)度范圍應(yīng)超出回填范圍，防止堵塞管道。

②為防止隧道出現(xiàn)不均勻沉降，保證結(jié)構(gòu)安全，在排水管上施做一層 1 m厚級(jí)配碎石作為排水通道，其上施工填石路基，最后在距仰拱底 1.8 m范圍內(nèi)澆筑 30 cm鋼筋混凝土板+150 cmC20混凝土層，級(jí)配碎石和填石路基要保證壓實(shí)度，滿(mǎn)足相關(guān)路基施工規(guī)范要求，并控制好沉降后施工隧道。

③C20混凝土層上施工60 cm的鋼筋混凝土護(hù)拱，護(hù)拱內(nèi)按明洞結(jié)構(gòu)施工隧道。

④溶溝發(fā)育至右線隧道底板下，綜合考慮右線溶洞跨度、頂板厚度、頂板巖體完整性及實(shí)際施工條件，溶洞底部按水流方向鋪設(shè)2根排水管，采用 2 m直徑鋼波紋管，中心間距 4 m，鋪設(shè)排水管長(zhǎng)度范圍應(yīng)超出回填范圍，防止堵塞管道。鋪設(shè)完成后回填C20混凝土至底板下，保證回填密實(shí)。

4 結(jié) 語(yǔ)

黃香灣隧道為典型的巖溶區(qū)隧道，本文介紹了隧道施工過(guò)程中溶洞不同部位采取分類(lèi)處治的設(shè)計(jì)方案。巖溶區(qū)開(kāi)挖隧道應(yīng)遵循“因地制宜，綜合治理”的原則。由于巖溶發(fā)育地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，在勘察設(shè)計(jì)階段完全準(zhǔn)確查明地質(zhì)、水文條件不太現(xiàn)實(shí)，因此，應(yīng)加強(qiáng)隧道施工過(guò)程中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提高預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，防患于未然。同時(shí)，對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的巖溶應(yīng)借助于變更設(shè)計(jì)，對(duì)原有設(shè)計(jì)進(jìn)一步細(xì)化、修正，確保工程的安全進(jìn)行。

[1] 中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司隧道與軌道交通設(shè)計(jì)院. 湖南省桑植至張家界高速公路第2合同段黃香灣隧道進(jìn)口巖溶變更設(shè)計(jì)圖(ZK13+215～ZK13+330段)[R]. 2015.

[2] 王木群. 巖溶對(duì)隧道工程的影響及巖溶處治技術(shù)研究[D]. 長(zhǎng)沙：中南大學(xué)，2011.

[3] 韋世明，李大超. 喀斯特地貌山區(qū)隧道不良地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)探討[J]. 西部交通科技，2013(5)：56～59.

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Disposal Design of Karst in the Entrance Region of Huangxiangwan Tunnel

Yi Meihua1，Xiao Jian2

(1.Changsha Bureau of Land and Resources，Changsha 410007，China；2.Changsha Planning Survey & Investigation & Design Institute，Changsha 410007，China)

Karst is one of the most common geological disasters in tunnel construction. According to distribution characteristic of Karst during the construction of Huangxiangwan tunnel of Sangzhi-Zhangjiajie highway， the design scheme of the karst tunnel construction was introduced， which provides the engineering and technical reference for similar projects.

tunnel；karst；geological radar；disposal design

1672-8262(2017)04-173-04

P642.252

B

2017—04—07

易美華(1978—)，女，碩士，工程師，主要從事物探、GIS研究等技術(shù)工作。