新橋隧道填充式溶洞處治方案研究

林永鵬

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

1 工程概況

隨著巖溶地區(qū)新建隧道逐漸增多,巖溶隧道施工過程中也暴露出一些問題。新橋隧道位于貴州省安順市關(guān)嶺縣上關(guān)鎮(zhèn)丫口田、拉坡、坡料一帶,呈近南-北向展布。該隧道為分離式+小凈距隧道,左線長1305m,右線長1305m,為長隧道。建筑限界凈空10.25m×5.00m(寬×高);六枝端、安龍端均采用削竹式洞門。隧道圍巖以中風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化泥灰?guī)r為主,溶洞區(qū)巖性為泥灰?guī)r,溶洞縱向分布范圍為YK43+152.5～YK43+194.5,具體見表1。文章對新橋隧道填充式溶洞處治方案進(jìn)行研究,并制定針對性處治方案,以期為相關(guān)工程實(shí)踐提供參考。

2 現(xiàn)場基本情況

新橋隧道施工方向?yàn)榱Χ讼虬昌埗藛蜗蜷_挖。2022年3月28日,隧道右洞施工至YK43+164.5時(shí),掌子面處揭露全充填型溶洞,充填物為黃褐色黏土混碎石及灰褐色可塑黏土,有輕微滲水現(xiàn)象,現(xiàn)場照片見圖1。通過對該樁號所處位置原地面進(jìn)行調(diào)查,原地面未發(fā)現(xiàn)裂隙及裂縫現(xiàn)象。隧道左洞開挖時(shí)未見溶洞,目前隧道左洞掌子面樁號為ZK43+450。左洞施工未受右洞不良地質(zhì)影響。

3 原設(shè)計(jì)地質(zhì)情況

YK43+120～YK43+270段圍巖主要為:

(1)②3中風(fēng)化灰?guī)r:節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖石Rc值取48.47MPa,Kv值取0.38。

(2)③3中風(fēng)化泥灰?guī)r:節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖石Rc值取25.85MPa,Kv值取0.45。

(3)④3中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖:節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖石Rc值取22.42MPa,Kv值取0.42。地下水以巖溶裂隙水為主,水量隨大氣降水量及節(jié)理裂隙變化而變化,圍巖富水性不均一,透水性較弱。

洞身處圍巖為較軟巖-較堅(jiān)硬巖,巖體較破碎,結(jié)構(gòu)面較發(fā)育,結(jié)合一般,鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。②3灰?guī)r地下水修正系數(shù)K1=0.5,軟弱結(jié)構(gòu)面取K2=0.5,不存在高應(yīng)力K3=0,計(jì)算[BQ]=240.4,屬Ⅴ級圍巖。③3泥灰?guī)r地下水修正系數(shù)K1=0.5,軟弱結(jié)構(gòu)面取K2=0.5,不存在高應(yīng)力K3=0,計(jì)算[BQ]=190.1,屬Ⅴ級圍巖。④3泥質(zhì)白云巖地下水修正系數(shù)K1=0.5,軟弱結(jié)構(gòu)面取K2=0.5,不存在高應(yīng)力K3=0,計(jì)算[BQ]=172.26,屬Ⅴ級圍巖。

YK43+120～YK43+150段支護(hù)襯砌類型為S-Ⅴc型,YK43+150～YK43+270段支護(hù)襯砌類型為S-Ⅴb型,具體支護(hù)參數(shù)詳見表2。以上段落隧道埋深為77～85m,YK43+164.5處隧道埋深約77m。

表2 隧道襯砌主要支護(hù)參數(shù)表

4 補(bǔ)充勘察主要成果

(1)溶洞縱向分布范圍為YK43+152.5～YK43+194.5(當(dāng)前掌子面樁號為YK43+164.5),為填充式溶洞。隧道仰拱底部填充物厚度約為2.5～7.5m;隧道拱頂填充物厚度約為5.3～20m;隧道側(cè)邊墻填充物寬度約為2.0～7.5m。

(2)根據(jù)已查明地質(zhì)條件,溶洞附近地層為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第二段(T2g2)泥灰?guī)r,呈灰色,泥質(zhì)結(jié)構(gòu),層狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較破碎,結(jié)構(gòu)面較發(fā)育,結(jié)合一般,巖層產(chǎn)狀為50∠42°,溶洞內(nèi)充填物主要為黃褐色黏土混碎石([fa0]=130kPa,[qik]=55kPa)及灰褐色黏土([fa0]=130kPa,[qik]=40kPa),隧道仰拱底部存在軟弱基礎(chǔ),基底承載力小于250kPa,難以滿足隧道建設(shè)及運(yùn)營需求。

(3)該溶洞水源主要為大氣降水及基巖裂隙水,溶洞與地表溶蝕洼地存在聯(lián)通性,強(qiáng)降雨、持續(xù)降雨等極端天氣下有發(fā)生突泥涌水的可能。

5 溶洞處治方案

根據(jù)溶洞分布特征,溶洞處治應(yīng)從兩方面考慮:①隧道仰拱以上部分穿越溶洞的施工方法;②隧道仰拱以下部分穿越溶洞的施工方法(軟基處理)。

5.1 隧道仰拱以上部分穿越溶洞的施工方法

(1)將新橋隧道右線YK43+164.5～YK43+189.5段支護(hù)襯砌類型由S-Ⅴb型調(diào)整為S-Ta型;S-Ta型襯砌的系統(tǒng)鋼花管調(diào)整為φ25中空注漿錨桿,L=4.5m,間距50cm×80cm(縱×環(huán)),梅花形布置。

(2)在YK43+164.5處設(shè)置護(hù)拱(導(dǎo)向墻),護(hù)拱采用80cm厚C25噴射混凝土,縱向長度為2m,護(hù)拱內(nèi)預(yù)埋φ127cm×4mm孔口管用于后續(xù)管棚支護(hù);架設(shè)I20b工字鋼,間距0.4m;管棚長度25m,采用φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管,要求確保打入基巖不小于5m。

(3)在初期支護(hù)鋼拱架上、下臺(tái)階分界處以及邊墻腳打設(shè)鎖腳鋼花管(φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管),每處4根,要求確保打入基巖不小于0.5m。

(4)施工方案采用臨時(shí)仰拱環(huán)形開挖預(yù)留核心土法施工[1]。

5.2 隧道仰拱以下部分穿越溶洞的施工方法(軟基處理)

按照軟基深度可劃分為兩段:①YK43+152.5～YK43+169.5段,該段隧底軟基深度為2.5～3.5m,可直接采用碎石換填處理。②YK43+169.5～YK43+194.5段,該段隧底軟基深度為4.0～7.5m,處理深度及范圍較大,需要制定比選方案,進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性論證。

5.2.1方案1

(1)在YK43+169.5～YK43+194.5段隧道仰拱底部設(shè)置60cm厚C30鋼筋混凝土板,混凝土板與仰拱之間的空隙采用C25素混凝土填滿。

(2)對YK43+169.5～YK43+194.5段隧道仰拱底部的軟弱基礎(chǔ)采用鋼管樁注漿加固,鋼管樁采用φ108mm×6mm注漿鋼花管,間距1.0m,梅花形布置。圖2為該方案鋼管樁示意圖。

圖2 方案1鋼管樁示意圖

5.2.2方案2

(1)對YK43+169.5～YK43+194.5段隧道仰拱底部的軟弱基礎(chǔ)采用素混凝土樁加固方案。

(2)對于隧道的基底打設(shè),可采用機(jī)具矮小的鉆機(jī)施工素混凝土灌注樁,樁設(shè)計(jì)直徑50cm,混凝土強(qiáng)度C20。采用鉆孔灌注法施工。素混凝土灌注樁在平面上呈正三角形布置。根據(jù)承載力要求,估算設(shè)置間距為1.6m。如方案均按照軟基平均深度5m估算,則打設(shè)入下臥持力層不小于1m,考慮可取平均深度6m。打設(shè)后形成設(shè)計(jì)強(qiáng)度需要30d左右,采用鉆孔取芯檢測強(qiáng)度、單樁承載力等質(zhì)量檢驗(yàn)。

5.2.3方案3

(1)對YK43+169.5～YK43+194.5段隧道仰拱底部的軟弱基礎(chǔ)采用旋噴樁處理方案。

(2)旋噴樁以高壓旋轉(zhuǎn)的噴嘴將水泥漿噴入土層與土體混合,形成連續(xù)搭接的水泥加固體。該方案占地面積少,機(jī)具高度僅2.5m左右,振動(dòng)小,噪音較低,施工速度快[2]。

5.3 方案比選

上述方案中,隧道仰拱以上部分穿越溶洞的施工方法以及YK43+152.5～YK43+169.5隧底軟基處理措施相同,僅YK43+169.5～YK43+194.5段軟基處理方案不同。因此,針對YK43+169.5～YK43+194.5段軟基處理方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性比選,比選情況見表3。

表3 方案1、方案2、方案3技術(shù)與經(jīng)濟(jì)性比選表

綜合分析可知,方案1造價(jià)略高,但便于施工,工期較短,采用Φ108mm鋼管,材料利用方便。為確保取材便利,按時(shí)完工,推薦方案1為最終處治方案。

6 結(jié)語

(1)文章所推薦方案1已成功實(shí)施,經(jīng)后期持續(xù)觀測該段落二次襯砌情況,未出現(xiàn)開裂、變形。

(2)采用“鋼筋混凝土板+鋼管樁”跨越軟基的方案具有施工便利、工期較短、受力效果好等優(yōu)點(diǎn)。

(3)相較于CD法、CRD法等工法,文章采用的臨時(shí)仰拱環(huán)形開挖預(yù)留核心土法具有施工便捷的優(yōu)點(diǎn)。施工過程中,若出現(xiàn)初期支護(hù)開裂、變形等問題,應(yīng)及時(shí)將開挖工法調(diào)整為CD法或CRD法,從而保證施工安全。