XXX隧道溶洞处理.docx

XXX隧道溶洞处理.docx

《XXX隧道溶洞处理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《XXX隧道溶洞处理.docx（8页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

XXX隧道溶洞处理

桐油山隧道K2+312~+332溶洞处理

内容摘要：

本文介绍了桐油山双连拱隧道K2+312~+332溶洞处理方案及实施效果，总结了该溶洞处理的施工经验体会，可供今后类似情况下，予以借鉴、参考。

关键词：

双连拱隧道溶洞处理钢支撑钢筋混凝土梁超前支护

桐油山隧道为广西壮族自治区柳州市南二环路新建的一座双

连拱隧道，隧道全长465m，按新奥法原理进行设计施工。

隧道内轮廓采用直中（边）墙三心圆形式；开挖断面宽度为27.66m~28.56m，

高度为8.22m~8.92m;三车道路面（两条机动车道，一条非机动车道，路面净宽10.5m）,单向分离式交通；中隔墙砼厚度为2m。

隧道地处碳酸盐岩地区，埋深10~140m,施工中多次遭遇溶洞。

其中，K2+312~+332处溶洞规模大,处理困难,对施工影响极大。

根据隧道开挖揭露的溶洞规模、地下水及充填物情况、空间分布形态、与隧道的相对位置关系、溶洞自身的稳定性,综合采用超前支护、型钢支撑、隧底换填、钢筋砼梁（板）跨越的措施进行处理,确保了施工及结构安全,顺利地渡过了该溶洞段。

1.溶洞概况

桐油山隧道K2+195~+365为浅埋段,拱顶覆盖层厚度约为10~20m。

覆盖层大部分为人工杂填土，拱顶岩层厚度约为0~1.5m，

并已强风化成碎块状或砂屑。

该段为桐油山隧道施工的关键难点部位,采用三导洞法分部扩挖施工,为了构筑中隔墙,首先开挖施工中导洞。

中导洞宽为6m，高为5.15m（比正洞拱顶低3m），采用直边墙、圆弧拱断面，断面矢跨比为1/4（为了控制中隔墙顶部的超挖回填量，故采用较扁平的断面）。

中导洞开挖至K2+312，整个断面岩性由白云质灰岩突变为粘土，沿岩土分界面有小股状渗水（水量逐渐变小并消失），导致顶板坍塌，坍腔高约2m。

为了确保施工安全，随后调整了中导洞临时支护措施，拱部采用©42钢管超前支护

（长3m,纵向间隔2m布置一环，环向间距30cm）,拱墙采用118工字钢支撑（纵向间距50cm）、钢筋网（©6、20cmx20cm、双层）、C20喷砼（厚20cm）,断面矢跨比调整为1/3,继续开挖至K2+332,中导洞全断面岩性由粘土突变为白云质灰岩，安全顺利的渡过了粘土段。

右导洞开挖在K2+315~+330遇粘土地层，右导洞宽4.5m，高5.9m，采用直边墙半圆拱断面，临时支护采用①22四肢格栅钢支撑

（间距50cm）、钢筋网（©6、20cmx20cm、双层）、C20喷砼（厚20cm）,拱部采用©42钢管超前支护（长3m,纵向间隔2m布置一环，环向间距30cm）。

中导洞和右导洞开挖后，重新补作了地质钻探和调查，判定K2+312~+332段为原地勘报告未反映的一个大溶洞；该溶洞纵向宽达20m,横向贯通了整个隧道断面（横向长度在35m以上）,向上延伸至地表与人工杂填土地层连通,向下发育深度在15m以上；溶洞内全部充填含水饱和的软塑状砂粘土,地下水为地表雨水补给,水量较小。

该溶洞规模大,隧道洞周充填物软弱,覆盖层薄（厚度约为20m）,地层压力大，成洞困难。

左洞开挖揭示，溶洞左侧（岩土分界面）基本沿左洞边墙开挖线发育，左边墙基底处溶洞纵向里程为K2+322~+336，溶洞在拱

顶的出露里程为K2+327~+341.5。

溶洞分布情况详见附图一

2.原设计施工方案

原地勘报告指明,K2+312~+332段隧道全断面处于白云质灰岩地层内,为III类围岩浅埋段,按新奥法原理设计施工,采用复合式衬砌结构。

2.1.初期支护

锚杆：

①22全长粘结型砂浆锚杆，长为300cm,纵、环向间距为100cmX120cm,拱墙全断面布置；

钢筋网：

©6,网格间距25cmx25cm,单层，拱部布置；

C20喷砼：

厚20cm；

格栅钢支撑：

①22四肢钢支撑，钢支撑横截面为20cmx12cm,

纵向间距100cm；

2.2.二次衬砌

C25钢筋砼衬砌，厚45cm,主筋配置为①18@250,未设仰拱；

2.3.存在问题

K2+312~+332段隧道全断面位于软塑状粘土充填的溶洞内,地层软弱,围岩压力大（竖向、侧向）,隧道底部松软,地基承载力低,成洞困难,按照原设计施工,不能确保施工及结构安全。

钢筋格栅钢支撑刚度小,相对型钢钢支撑为柔性结构,必须与喷砼结合后方能承载,不能对围岩即时提供支护。

粘土充填物含水饱和,地层软弱,在地表渗水的作用下,极易坍塌,开挖很难成型,施工安全无保证。

隧底软弱,承载力低；岩土分界面发育不规则,与隧道轴线呈现斜交,分界面处地基软硬差异分明；围岩竖向、侧向压力大,衬砌结构未形成封闭环,衬砌内轮廓扁平且为直边墙结构,极易导致大沉陷开裂；特别是中隔墙,该部位同时承受左右隧拱圈荷载,压力大,施工过程中存在重复加载和偏压现象,受力状态复杂多变,更易出现沉陷导致二次衬砌结构开裂。

由于该段地质情况发生重大变异,原设计支护结构和施工方

案已不能保证施工安全和结构安全，必须进行变更设计。

3.变更设计方案根据实际地质条件，结合工期要求，在确保施工和结构安全的前提下，业主、设计、监理、施工单位经多次研究比选，最终决定采用“小导管超前支护、型钢钢架支撑、二衬封闭成环、钢筋砼梁跨越”的处理方案。

详见附图四。

3.1.小导管超前支护为了防止掌子面坍塌、掉块，正洞拱部布置单层小导管超前支护；采用©42X5无缝钢管，长4.5m;纵向间距2m布设一环（前后两环纵向搭接长度为2.5m）,环向间距35cm;小导管仰角为5°~10°。

3.2.型钢钢支撑型钢钢支撑刚度很大,安设后,只要与围岩之间形成点状接

触,便可立即发挥支护作用,特别适用于自稳时间短的软弱地层。

型钢钢支撑采用118工字钢，纵向间距@50cm布置一榀，沿环向@100cm布置一根©22纵向拉结筋,纵向拉筋与工字钢支撑焊接,保证钢支撑整体受力均匀,防止出现纵向倾覆；工字钢支撑采用分节加工预制，现场拼装；节与节之间通过10mm厚钢板和©20螺栓连接。

3.3.钢筋网、喷砼

采用©6钢筋,拱墙全断面双层布置,网格间距25cmX25cm,钢筋网与工字钢支撑点焊固定；C20喷砼厚度采用25cm,保证喷砼可全部覆盖钢支撑并保持3~4cm的保护层厚度。

3.4.隧底处理

该溶洞为软塑状粘土充填,隧底充填物深度在15m以上（补充钻探孔深15m,仍未钻至基岩），基底软弱承载力低。

由于深度大、中（侧）导洞空间狭窄、工期紧，结合施工现场机具条件，按照技术可行、经济合理的原则，经多方案比选，采用浅层换填和钢筋砼跨越的措施，进行隧底处理。

3.4.1.隧底换填

如附图四所示，隧底采用C25泵送片石砼换填，换填深度为2m。

泵送砼换填施工速度快，可及时圭寸闭隧底基坑，避免长时间暴露而导致基底泥泞恶化。

通过隧底换填，既可增强隧底对钢筋砼梁的抗力作用，改善钢筋砼梁的受力状态，又可硬化圭闭隧底，创造良好的施工场地条件。

3.4.2.钢筋砼梁跨越

左右边墙及中隔墙基底沿隧道纵向各设置1根钢筋砼梁（简称边梁、中梁），整体跨越溶洞，避免因隧底承载力不足而导致结构破坏失稳。

⑴断面尺寸

梁高均为100cm;边梁宽为130cm,中梁宽为290cm（与中墙基础同宽）；钢筋砼梁的长度按照梁两端各与岩基搭接5m的原则确定,根据溶洞实际分布里程,确定左边梁的长度为24m

（K2+317~+341）,中梁及右边梁的长度为30m（K2+307~+337）。

⑵材料及配筋

砼采用C25等级;钢筋采用I、II级。

钢筋砼梁按照承受均布荷载的弹性地基梁进行计算,验算截面强度,确定配筋。

如附图二所示,钢筋砼梁岩基段承受负弯矩,粘土段为正弯矩,岩土分界处正负弯矩均为最大值,中部弯矩值较小,剪力分布呈现出同样的形态。

为了提高结构安全度，取最大弯矩和剪力值进行配筋计算，

并采用对称、均布配筋。

中梁配筋为：

纵向主筋为32①28（受拉、受

压区对称配置，并沿纵向贯通，中间不弯起、不切断，共64根①28）;腹筋采用6肢①18@240（腹筋沿纵向均布）；纵向主筋较密，会影响砼的密实性和握裹性，设置横向架立钢筋，将纵向主筋分成2层布置。

边梁配筋如附图所示，纵向主筋为27①28（共54根）,分为3层布置；腹筋采用4肢①20@200。

详见附图

（二）。

⑶梁端岩基处理梁端岩基承受很大的竖向压力。

该处岩石受溶蚀影响，较为破碎。

如附图一所示，为提高梁端岩基的稳固性，采用水平状①22锚杆和竖向①42钢管注浆加固，以防岩基受压后沿竖向节理面、溶蚀面等软弱结构面产生劈裂。

3.5.二次衬砌按照实测埋深和实际地质条件，重新验算确定二衬结构参数，如附图四所示：

3.5.1.二次衬砌采用65cmC25钢筋砼，拱墙主筋采用①22@200,并在边（中）墙基础配置纵向受力钢筋①28（边墙4根，中墙13根）。

3.5.2.增设C25钢筋砼仰拱，仰拱厚45cm,环向主筋为①22@200,纵向仍然配置受力钢筋①16@300,增强仰拱纵向承载能力。

4、施工方案该段为浅埋软弱不良地质段,施工按照“管超前、短进尺、支护紧跟、快封闭、勤量测”的原则,步步为营,稳打稳扎,确保了施工安全和结构安全。

4.1.施工工序

如附图三所示，该段采用三导洞分部扩挖施工，施工工序流程

如下:

42隧道开挖（导洞及正洞拱部）

隧道开挖必须在超前支护的保护下方可进行，开挖后立即初喷封闭，防止拱部掉块。

每循环开挖进尺为1m。

粘土段采用人工修边、挖掘机挖核心的方式开挖。

先沿开挖轮廓线开挖弧形导坑，保留核心土，以保证掌子面的稳定，待初期支护封闭后方可开挖核心土。

超前支护小钢管采用YT-28凿岩机直接顶推，打入粘土地层，形成超前支护。

因超前支护以下的土体会自动坍落造成超挖，故应严格控制超前支护仰角，尽可能按水平方向施作；施工采用在工字钢支撑腹板按环向间距预先钻设©50圆孔，钢支撑安装后，通过圆孔顶推超前小钢管，既控制了仰角，又保证了钢管位置的准确，同时，超前钢管搭在钢支撑上，形成可靠的支点，有利于充分发挥超前钢管的超前支护作用。

开挖左正洞拱部时，采用I18工字钢水平横撑支顶在中隔墙右侧，以免中墙在左洞拱部支护结构偏心荷载作用下，发生侧移或倾斜，从而导致已施作的支护结构开裂。

工字钢横撑在中墙顶的高度布置1排，纵向间距为100cm。

4.3.边（中）墙隧底换填中（侧）导洞通过溶洞段后，进行边（中）墙隧底换填。

隧底换填开挖极易导致导洞临时支护下沉失稳，事前采用©42小导管注浆，对临时支护基脚进行锁固。

采用分段开挖施工，分段长度为3m,深度一次性挖到设计高程。

并立即采用锚、网、喷将临时支护基脚往下顺接，避免基脚悬空失稳。

随后进行下一段开挖,循环往复直至整段粘土隧底开挖完毕。

整段粘土隧底开挖完毕后,一次性浇筑该段C25泵送砼,浇筑过程中，采用人工抛填片石，片石掺量为30%（体积比）。

4.4.钢筋砼梁及中隔墙施工钢筋砼梁必须通长整体一次性浇筑。

纵向主筋采用双面搭接电弧焊，并保证焊接质量。

纵向钢筋通过水平横向架立钢筋进行准确定位，保证上下两层钢筋间距。

采用插入式捣固棒进行振捣。

中隔墙根据施工能力分段施作，随后进行中墙顶部超挖回填（中墙顶与中导洞临时支护之间的空间），以便发挥中墙的竖向柱撑作用，减少左（右）正洞拱部开挖跨度。

墙顶超挖采用喷射砼回填。

4.5.拱墙二次衬砌拱墙二次衬砌采用衬砌台车、泵送砼整体浇筑，以保证二次衬砌的整体性。

每环浇筑长度为9m。

拱墙二次衬砌在钢筋砼梁、钢筋砼仰拱施工后进行，充分发挥钢筋砼仰拱的作用。

拱墙二次衬砌（含仰拱）在K2+307、+337设置沉降缝。

4.6.施工监控量测施工过程中，进行了拱顶下沉、水平收敛和地表沉降观测三个监控量测项目。

通过监控量测，全过程监控支护结构的变形，由此判断洞室的稳定状态，及时调整施工措施和支护参数，确保施工及结构安全。

目前左洞施工已渡过溶洞段，初期支护、二次衬砌均未出现开裂。

实测拱顶下沉最大值为36mm,水平收敛最大值为27mm,地表沉降最大值为21mm。

变形位移值均属正常范围，且位移时态曲线均已收敛、趋于稳定,说明采用的处理方案、施工措施合理可靠。

5.结束语

桐油山隧道K2+312~+332溶洞处理方案和施工措施的成功,为全断面双连拱隧道全粘土充填溶洞处理提供了借鉴、参考。

⑴小钢管超前支护（L=3~4.5m）可用于无显著地下水活动的粘土地层施工（即使粘土含水量大,呈软塑状）,相对于大管棚超前支护,降低了施工难度和工程造价,有利于加快施工进度。

⑵软弱地层，隧道支护结构必须形成封闭环。

⑶隧底粘土充填溶洞处理，关键是要解决基底软弱、沉降大而不均的问题。

采用梁、板、桥等结构,整体跨越溶洞,是最彻底、最可靠的解决方案。

改良固结隧底地层,只能作为跨越方案的一个辅助措施,粘土地层不管如何改良、固结,其性能总是无法与岩石地基相比。