岩溶是地表水及地下水,对可溶性岩层进行化学侵蚀、机械侵蚀、沉积作用等,形成的地下溶蚀现象。岩溶发育基本要求比较多,涉及到岩石的可溶性、裂隙,地表水或者地下水的侵蚀性、流通性等。我国是岩溶地区分布广泛的国家,在铁路隧道施工中,经常遇到岩溶段,对隧道施工的影响具体表现为结构物部分或全部悬挂状态,降低了围岩使用的可靠性,给施工带来了很大的难易度和安全危险,如何保证岩溶段施工的安全性、技术性和可靠性是岩溶段施工处理急需解决的问题[1]。岩溶位于铁路隧道上方或侧翼时,处理难度较小,位于隧道底部时麻烦,需适当处理,满足隧道基础承载力要求,保证列车运营安全性。基于此,开展铁路隧道工程岩溶段施工处理技术研究尤为必要。
一、工程概述
隧道长度6199m,进口端位于贵州荔波县捞村乡附近,出口端位于广西环江毛南族自治县木论乡东山村洞肯沟。隧道进口有乡村人行道到达洞口附近,交通条件一般的出口只有羊肠小路通往,交通困难的隧道是中低山溶蚀峰丛洼地,洞口地区多为峰丛、洼地和沟谷,地形起伏大,坡陡沟深,绝对高度390~880m,相对高度最大山顶的孤独山峰大多是陡崖。隧道最大埋深446m。九万山二号隧道共通过一条断层,两处可溶岩与非可溶岩接触带九万山三号隧道通过四处溶岩,隧道顶部有两处与隧道工程密切相关的洼地,其中一处I类洼地,一处i类洼地,九万山四号隧道洞穿过四条断层,一处可溶岩与非可溶岩接触带。
二、隧道岩溶解处理原则
在本工程岩溶解处理中,为了最大限度地降低处理难度,保证处理质量,避免不必要的安全问题,必须严格遵循明确情况,根据土地条件,消除水患,综合处理的原则。主要处理内容是全面调查岩溶解地区的规模、岩溶解程度、地质水文件条件、内部填充物等。对于岩溶性发育较强的地区,最大限度地维持岩溶性和暗河通道,严禁任意堵塞[2]。另外,为了避免岩溶段突水和涌泥问题,必须切实进行先进孔前的检测,准备充分的抽水设备,保证施工的安全性。总之,隧道岩溶解处理应采用切割、堵塞、排列综合管理方式。
三、铁路隧道工程岩溶解段施工处理技术的具体应用
(1)岩溶解洞处理技术的岩溶解地区在隧道洞处的位置不同,采用的方法也不同。具体来说,岩溶解位于隧道顶部:可选的处理技术多,如回填法、拱门+缓冲层法、拱门+缓冲层+锚网防护、柱顶等方法,可有效解决隧道拱部岩溶解问题。但是,不同的方法有独特的使用范围。例如,回填法适用于洞穴向拱顶以上的发育,规模小,无水空腔或半填充型洞穴处理中的拱+缓冲层法则适用于洞穴向拱顶以上的发育规模小或洞穴向上发育高但宽度狭窄的洞穴的拱+缓冲层+锚网防护适用于洞穴纵横发育范围广,但洞穴顶部稳定性好的洞穴处理中。
柱顶法适用于洞穴纵向发育范围广、洞穴顶部发育在隧道拱顶以上10m范围内[3]。岩溶位于隧道底部:可采用回填+交换填充法、钢管群桩注入法、板/梁跨越法等。其中,回填+换填法适用于隧道底部附件存在小型空腔或者半充填型溶洞处理中;钢管群桩注浆法适用于隧道底部10m~15m范围的溶洞处理,通过钢管群桩注浆来形成具有足够承载力的复合地基,以满足铁路施工对地基承载力的要求;板/梁跨越法适用于隧道底部为较大充填型溶洞施工中。溶洞位于隧道侧面:可采用护墙防护法或者护墙支顶法进行处理。其中,前者适用于浸入隧道开挖轮廓线范围有限的溶洞处理中,而后者则适用于溶洞发育范围比较大的溶洞处理中。
(二)隧道岩溶解段地下水处理1.先进预测在岩溶解段处理中采用地质分析法、钻探法、物探法、先进导坑法等相互结合的方法,只有单一的预测方法,可能有一定的局限性,无法保证预测精度,通过多种预测方法相互结合,发挥长补短、相互补充的作用,为后期岩溶解处理提供数据支持和理论指导。2.暗沟处理本隧道工程穿过很多无填充的空溶洞,且底部常年有水流,为避免铁路建成后,对水流道路造成阻塞,修建了石砌暗沟在隧道底部,以使溶洞中的水可以由暗沟排出,具体情况如图1所示。3.渗透槽、铺设排水最大限度地保证水流的流畅性,本隧道工程岩溶解处理采用渗透槽排水法,主要内容是在明孔顶部铺设排水,将溶解孔中的水引入对面,通过溶解孔自行排出。明洞铺设和隧道底部渗沟的图表分别如图2和图3所示。
(3)洞穴大厅的处理洞穴大厅的处理效果,对铁路隧道整体工程的影响非常大,因此本工程最大限度地提高了岩溶解段的处理效果,采用指定的加固和洞穴交叉的方法[4]。针对洞穴发育的实际情况,寻找合理的处理措施。本工程应用于洞穴厅处理技术,第一,支持墙壁加固处理技术。首先去除所有填充物,然后用块石墙加固溶解洞的顶板,如果底部有水流,合理增加涵洞,排出溶解洞的水,为了保证加固效果,必须在隧道旁边的墙壁上预约检查孔,增加防护链和栅栏等防护设施第二,用挖孔桩支撑加固。对于深度大的溶洞,采用挖孔桩施工加固,先将桩底面嵌入到基岩里,接着将桩顶的钢筋插到钢筋混凝土底板里,并与底板连接一体。具体加固图如图5所示。第三,采用栈桥跨越。底板由钢筋混凝土板梁制成,支撑边墙。支腿和悬臂梁分别支撑支撑梁[5]。悬臂梁用锚固锚固在基岩上。操作方便,效果显着。具体施工如图6所示。
(4)岩溶地区隧道支持在大型填充式溶解洞和裂缝发育的岩溶解隧道工程中,一般采用预注浆堵塞水加固,除此之外,还采用小导管注浆、大管棚、钢架支持、先进锚杆、喷射混凝土墙、钢筋网等支持措施。
(5)岩溶区挖掘岩溶区挖掘分为溶洞填充物和岩溶裂缝挖掘,围岩条件应软弱破碎,挖掘方法接近软围岩隧道挖掘。遵循预加固、短进尺、弱爆破、强支护、勤奋测量、紧跟衬托的挖掘原则[6]。挖掘爆破时,严格控制药量,利用微振控制爆破技术,最大限度地减少填充物的干扰,结合临时仰拱、临时钢架等及时支持关闭。
四、施工体验
第一,九万山二号隧道岩溶解发育程度高,处理过程复杂,通过先行预测,检测隧道施工前方岩溶解地区的地质条件、水文条件、岩溶解规模等,根据检测结果,制定有针对性的岩溶解处理方法和安全保证措施第二,岩溶区处理应以质量和安全为主题,在保证施工安全的基础上,提高隧道结构的稳定性,为后期安全运营奠定坚实的基础。在具体质量过程中,充分结合岩溶液的种类、规模、形状、位置等,选择适当的处理技术,实现岩溶液的标准化和技术质量[7]。第三,岩溶解的特征千奇百怪,分布范围不规则,包括填充的岩溶解、填充的岩溶解、水岩溶解、水岩溶解等,分布在隧道的上部、侧部、底部,以及贯穿隧道断面的岩溶解。
适用的岩溶处理方法也呈现多样性,需要结合岩溶处的位置、对铁路隧道的影响等情况,具体选择不同的处理技术。本文结合工程实例,分析了铁路隧道工程岩溶段施工处理技术,分析结果表明,岩溶段是铁路施工中常见的地质结构,对铁路隧道施工的安全性和后期运营的安全性有很大影响。结合岩溶地区的实际情况,选择适当的处理技术,降低岩溶地区对铁路隧道工程的影响,保证各工程高效安全完成,促进我国铁路建设事业的持续发展。
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