頂部溶洞對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響分析

劉申

摘要：本文主要運(yùn)用數(shù)值模擬的方法來研究隧道頂部溶洞對襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響，以渝懷鐵路涪秀二線某隧道為例進(jìn)行詳細(xì)的分析和闡述，并制定出多種溶洞隧道開挖施工防護(hù)方案，以此來不斷減少或者降低隧道頂部溶洞對襯砌結(jié)構(gòu)安全性影響。

關(guān)鍵詞：溶洞；溶腔危石；襯砌結(jié)構(gòu)；安全性；分析

1.工程概況

該隧道全長7248m，位于既有線路左側(cè)，我部負(fù)責(zé)出口端從斜井（453.76m，坡度10%）進(jìn)入正洞3448m施工任務(wù)，在開挖完成2151m，隧道掌子面爆破后，鐵路線路右側(cè)及拱頂揭示巖溶大廳，寬約30m，高約40m，全長約240m。溶洞與線路方向斜交，鐵路隧道從溶洞中下部穿過，其中ZDK263+528～498段長30米隧道受溶腔影響成為明洞。隧道大里程側(cè)已支護(hù)段（ZDK263+528～568）拱頂為溶洞坍塌物堆積體，堆積體為黏土夾大孤石，厚度2m～15m，上部為空腔，ZDK263+568處有一處向上發(fā)育溶洞，有流水；小里程側(cè)為溶洞堆積體，溶洞底部有暗河。新建隧道與既有鐵路間距50米。

2.溶洞處隧道溶腔危石掉落安全風(fēng)險

經(jīng)過現(xiàn)場研究，隧道洞內(nèi)已實(shí)施徑向注漿，臨時仰拱等加固措施；隧道洞外設(shè)置防護(hù)棚洞，溶腔采用高壓水槍向高處溶腔壁沖擊清理危石。該溶洞隧道施工安全風(fēng)險主要分為兩個方面：（1）溶腔頂部危石掉落。溶腔頂部多次發(fā)生危石掉落，其中最嚴(yán)重者高度約30m處掉落長5m，寬6m，厚1.5m危石，重量約70噸。（2）棚洞往小里程方向漸入溶腔巖體，右側(cè)高邊坡危石剝落。隧道棚洞里程為ZDK263+514，繼續(xù)往小里程施工需要弱爆破剝離右側(cè)局部邊坡，最小開挖斷面寬約2m，高6m，漸進(jìn)直至隧道全部進(jìn)入巖體轉(zhuǎn)為暗洞施工。右側(cè)邊坡高約35m，該處溶腔腔壁圍巖為水平巖層，垂直節(jié)理，節(jié)理發(fā)育夾泥，存在高處危石剝落較大安全風(fēng)險。

3.溶洞處隧道加固、防護(hù)措施

在進(jìn)行鐵路工程施工時，溶洞處隧道加固、防護(hù)方案有很多，本文中主要運(yùn)用的防護(hù)方案主要有多層工字鋼“門式支架”結(jié)構(gòu)溶洞永臨結(jié)合防護(hù)方案、棚洞頂φ76鋼管外伸式懸臂結(jié)構(gòu)作業(yè)面臨時防護(hù)方案以及挖掘機(jī)頂棚防落石加固方案。下面對這三種方案進(jìn)行具體的分析和研究

3.1多層工字鋼“門式支架”結(jié)構(gòu)溶洞永臨結(jié)合防護(hù)方案

為防止溶腔空腔及右側(cè)高邊坡掉塊，保證施工安全，設(shè)置永臨結(jié)合的多層工字鋼門式支架結(jié)構(gòu)，減緩危石直接從高處掉落沖擊力，并作為施工平臺清理危石。

基礎(chǔ)換填2.0片石砼，再采用1.0m厚C20混凝土硬化，采用工字鋼門式支架，底部兩層采用120I字鋼，上層采用116工字鋼，間距2.0m*2.0m，每4m設(shè)置剪刀撐，按鋼結(jié)構(gòu)要求施做，搭設(shè)至溶腔頂部，搭設(shè)寬度隧道拱頂及溶洞空腔側(cè)5m，支架頂部設(shè)雙層φ16鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格尺寸15*15cm。在溶腔頂部布設(shè)監(jiān)控量測點(diǎn)，加強(qiáng)觀測。多層工字鋼門式支架搭設(shè)完成后再開始進(jìn)行正洞棚洞施工，對侵入正洞界限的圍巖采用控制爆破，逐榀開挖，加強(qiáng)觀測。

3.2棚洞頂φ76鋼管外伸式懸臂結(jié)構(gòu)作業(yè)面臨時防護(hù)方案

為加固防護(hù)棚洞，在棚洞外側(cè)施12m厚C30混凝土護(hù)拱。在棚洞護(hù)拱頂部，設(shè)置@76鋼管外伸式懸臂結(jié)構(gòu)：（1）m 76鋼管長8～9m，其中4～4.5m錨固在棚洞護(hù)拱頂部，另外4～4.5m外懸。（2）φ76鋼管外伸式懸臂結(jié)構(gòu)間距0.8m，設(shè)8～11根φ76鋼管，依護(hù)拱頂部弧度形成約5～7m寬、長4m弧形懸臂結(jié)構(gòu)。（3）在洞外提前加工制作φ16鋼筋網(wǎng)片，主筋網(wǎng)格間距15x15cm，并在網(wǎng)片上點(diǎn)焊（或打孔綁扎）鍍鋅鐵皮。（4）在φ76鋼管弧形懸臂結(jié)構(gòu)上拼裝焊接φ16網(wǎng)片，并在網(wǎng)片上完善鍍鋅鐵皮，形成外伸式懸臂臨時防護(hù)結(jié)構(gòu)。（5）人員在臨時防護(hù)結(jié)構(gòu)下施工，防止落石。

3.3挖掘機(jī)頂棚防落石加固方案

為有效實(shí)施基底平整、吊裝φ76鋼管，拼裝焊接φ16鋼筋網(wǎng)片，并利用挖斗防護(hù)拼裝焊接作業(yè)工人等，需要挖掘機(jī)在大溶腔內(nèi)作業(yè)。挖掘機(jī)頂棚采用20～30mm厚鋼板加固，并用型鋼將厚鋼板固定在挖掘機(jī)頂棚上，防止溶腔落石傷害挖掘機(jī)操作人員。

4.溶洞及迂回洞主要安全施工技術(shù)措施

（1）安排專職安全人員24小時跟班作業(yè)，溶腔內(nèi)施工人員不得大于9人；

（2）迂回洞土層中采用非爆開挖，在巖層中采用控制爆破開挖，

（3）迂回洞和溶洞內(nèi)兩個作業(yè)面加強(qiáng)聯(lián)系，爆破作業(yè)時，溶洞內(nèi)作業(yè)人員必須全部撤離。

5.結(jié)束語

在進(jìn)行鐵路等工程施工過程中，對于隧道底部溶洞要格外注意，在施工中要做好安全防護(hù)措施，實(shí)施安全防固方案，以此來減少溶洞處隧道溶腔危石掉落安全風(fēng)險，減少對襯砌結(jié)構(gòu)安全眭影響，提高施工質(zhì)量以及施工的安全效率。

【參考文獻(xiàn)】

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