申志軍

(鐵道部宜萬鐵路建設(shè)指揮部,湖北恩施 445000)

宜萬鐵路隧道復(fù)雜巖溶及斷層處理技術(shù)

申志軍

(鐵道部宜萬鐵路建設(shè)指揮部,湖北恩施 445000)

宜萬鐵路是目前國(guó)內(nèi)外已建和在建工程中巖溶及巖溶水最發(fā)育、最復(fù)雜的工程,其中,野三關(guān)等5座隧道巖溶及斷層處理又最為復(fù)雜。野三關(guān)602溶腔、大支坪990溶腔、云霧山617組合溶腔、馬鹿箐978溶腔、齊岳山F11斷層等工程難點(diǎn)的處理措施主要有:建立水文觀測(cè)來分析降雨、水量、水壓之間的關(guān)系;超前地質(zhì)預(yù)報(bào)特別是鉆探判斷溶腔規(guī)模;建立避險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控,對(duì)相鄰洞室進(jìn)行封堵,規(guī)劃泄水線路,將潛在的工程風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化成工程措施;針對(duì)不同溶腔特點(diǎn)采用釋能降壓與加固注漿、管棚等措施相互組合,對(duì)高壓富水?dāng)鄬硬捎门哦陆Y(jié)合,采取信息化跟蹤注漿工藝,效果較好;結(jié)構(gòu)處理中對(duì)開挖線以外一定范圍內(nèi)的空腔回填混凝土,加強(qiáng)初期支護(hù)和二次襯砌,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)以判斷其安全性。

宜萬鐵路;鐵路隧道;復(fù)雜巖溶;釋能降壓;高壓富水;施工

1 工程概況及難點(diǎn)

宜萬鐵路東起宜昌,西至萬州,全長(zhǎng)377km, 2004年元月開工,2009年12月10日全部隧道貫通, 2010年11月底將建成開通運(yùn)營(yíng)。

宜萬鐵路所經(jīng)區(qū)域廣泛出露碳酸鹽巖地層,約占全線的75.3%,是我國(guó)巖溶最發(fā)育、最典型的地區(qū)之一。長(zhǎng)期以來,該地區(qū)一直被視為工程建設(shè)的禁區(qū),被路內(nèi)外專家譽(yù)為世界級(jí)難題。

全線共有隧道159座,338km,其中91座為巖溶隧道,巖溶發(fā)育區(qū)段總長(zhǎng)度239km。25座隧道施工中揭示大型溶腔,15座隧道施工中遭遇過水巖溶管道、暗河,產(chǎn)生突水、突泥。在巖溶隧道施工中,突泥量為1000m3到1萬m3的發(fā)生過100余次;突泥量為1萬m3到10萬m3的發(fā)生過10余次。瞬間突水突泥總量超過10萬m3的發(fā)生過7次。

巖溶地質(zhì)最復(fù)雜的隧道為野三關(guān)、大支坪、云霧山、馬鹿箐、齊岳山隧道等5座,在施工過程中,遭遇了罕見的地質(zhì)災(zāi)害。

2 馬鹿箐隧道978溶腔

2.1 溶腔情況及規(guī)模

馬鹿箐隧道全長(zhǎng)7879m,隧道最大埋深660m。地表巖溶強(qiáng)烈發(fā)育,斷層、漏斗、落水洞、地下暗河、溶腔、溶槽、溶管星羅棋布。難點(diǎn)為978溶腔。

978溶腔共發(fā)生19次大型突水突石災(zāi)害,突水總量約401萬m3、突泥突石約18.3萬m3。其中出口突水突石4次,進(jìn)口泄水洞突水突石15次。

根據(jù)正洞、平導(dǎo)、排水洞、排水支洞、高位支洞及Ⅰ線、Ⅱ線隧道的鉆探和開挖揭示,溶腔縱向長(zhǎng)12～23.5m(Ⅰ線長(zhǎng) 23.5m、Ⅱ線長(zhǎng) 12m、排水洞長(zhǎng)16.5m),見圖1和圖2,橫向在Ⅱ線左邊墻外側(cè)發(fā)育大于400m,向下發(fā)育至隧底以下約11m,拱頂以上發(fā)育約25m。

圖1 馬鹿箐隧道978溶腔平面示意

圖2 馬鹿箐隧道978溶腔橫斷面(單位:m)

978溶腔巖溶水主要通過管道徑流至溶腔,巖溶水在匯集過程中,除在978溶腔附近產(chǎn)生聚集外, 978溶腔外巖溶發(fā)育部位也可能產(chǎn)生聚集;由于降雨的間歇性、降雨組合強(qiáng)度的變化,溶腔充填物在地下水不同壓力、流速的作用下產(chǎn)生疏通、淤積,形成反復(fù)突(涌)水。巖溶水對(duì)降雨的響應(yīng)時(shí)間4～38h,巖溶水的峰值滯后時(shí)間10～51.5h,巖溶水到達(dá)峰值后流量衰減到降雨前水平的時(shí)間為9～88h。

2.2 溶腔處理

2.2.1 搶險(xiǎn)措施

采用洞外向洞內(nèi)注漿封堵的方案,在高出隧道頂350m的山坡上向平導(dǎo)內(nèi)灌注水泥漿施作止水塞,以隔斷溶腔水源。洞內(nèi)進(jìn)行抽水、清淤,逐個(gè)封堵橫通道,再抽水、清淤。

2.2.2 超前預(yù)報(bào)及水文觀測(cè)

(1)超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)

施工中采用了地震反射波法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外線探測(cè)儀等物探手段,采用有效鉆距可達(dá)350m的國(guó)內(nèi)先進(jìn)鉆機(jī),進(jìn)行長(zhǎng)距離超前地質(zhì)探孔。

(2)水文觀測(cè)

2006年1月以來,一直堅(jiān)持對(duì)龍?zhí)?、蝌螞口、隧道進(jìn)出口等多個(gè)水文觀測(cè)點(diǎn)位以及洞外降雨情況進(jìn)行3個(gè)水文年長(zhǎng)期不間斷水文觀測(cè)。并得出了枯水季節(jié)是處理富水溶腔的黃金季節(jié)的基本結(jié)論。

2.2.3 泄水措施

978溶腔泄水及釋能降壓具體實(shí)施分三階段四期進(jìn)行:泄水不泄泥(泄水洞、平導(dǎo)鉆孔泄水)、泄水支洞方式及在高位直接揭示溶腔、低位直接揭開溶腔方式。在泄水洞逼近溶腔時(shí)采用“鉆孔排水降低水壓、高位支洞揭通溶腔”的排水方案,進(jìn)行了四期泄水工程,在四期泄水的最后階段,確定了溶腔爆破揭示放水放泥釋放能量的技術(shù)方案。

2.2.4 處理措施

在泄水洞逼近溶腔時(shí)采取“鉆孔排水降低水壓、高位支洞揭通溶腔”的四期泄水方案后,在泄水支洞內(nèi)增設(shè)了泄水分支洞,確保運(yùn)營(yíng)期間隧道結(jié)構(gòu)安全;Ⅰ線溶腔采取超前預(yù)支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)、分部開挖通過,Ⅱ線溶腔段采取蓋挖逆筑法通過。

(1)泄水分支洞

為保證運(yùn)營(yíng)期間隧道結(jié)構(gòu)安全,保持泄水洞排水通暢,泄水洞進(jìn)水口設(shè)置混凝土圍堰,采用塔式進(jìn)水,保證溶腔低水位情況下排水通暢、并在泄水洞內(nèi)設(shè)置型鋼混凝土攔污柵,防止塊石沖入泄水洞。增加泄水分支洞,泄水分支洞進(jìn)水口處設(shè)置型鋼混凝土攔污柵,與泄水洞在空間上形成低、中、高位分區(qū)泄水,保證溶腔排水通暢。

(2)Ⅰ線溶腔段

DK255+925～DK255+976段采取“帷幕注漿+拱墻大管棚+小導(dǎo)管超前預(yù)注漿”超前支護(hù)加固溶腔體,采用加固圈5～8m的帷幕注漿加固溶腔充填物,拱墻設(shè)置密排超前φ108mm大管棚、φ42mm超前小導(dǎo)管等超前預(yù)支護(hù),初期支護(hù)采取間距為50cm的I20b型鋼拱架(溶腔段雙層)、30cm厚錨噴鋼纖維混凝土。采用三臺(tái)階分部開挖工法,鋼筋混凝土二次襯砌的加強(qiáng)型隧道結(jié)構(gòu),隧底采用樁基礎(chǔ)跨越。

(3)Ⅱ線溶腔段

通過Ⅱ線出口向溶腔內(nèi)泵送回填混凝土,在隧道拱頂形成混凝土護(hù)拱,采用蓋挖施工。

采用小導(dǎo)管超前預(yù)注漿超前支護(hù)加固溶腔體后,采用同Ⅰ線隧道的開挖、支護(hù)、隧底處理措施。

3 云霧山隧道526和617組合溶腔

3.1 溶腔情況及規(guī)模

云霧山隧道全長(zhǎng)6640m,隧道最大埋深800m。施工中共揭示和產(chǎn)生較大影響的巖溶11處,發(fā)生較大規(guī)模的突水突泥9次,突泥累計(jì)7萬 m3。難點(diǎn)是“526”和“617”組合溶腔。

2008年7月 21日,云霧山隧道出口 DK245+ 645掌子面超前探孔時(shí)發(fā)生突水涌砂,造成Ⅰ線淹井935m,Ⅱ線淹井553m。

通過對(duì)4個(gè)掌子面的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、放水試驗(yàn)、充填物特性分析、注漿試驗(yàn)及開挖揭示,溶腔規(guī)模為:在隧道范圍內(nèi)發(fā)育主要有3段,分別為Ⅰ線DK245+ 574～DK245+634段60m、Ⅱ線ⅡDK245+523～ⅡDK245+543段10m,ⅡDK245+637～ⅡDK245+658段21m,Ⅰ、Ⅱ線溶腔相互連通,見圖3。

圖3 云霧山隧道526和617組合溶腔群平面

3.2 溶腔處理

處理原則為“迂導(dǎo)繞行、釋能降壓、清護(hù)結(jié)合、綜合治理”。

3.2.1 準(zhǔn)備工作

(1)水文監(jiān)測(cè)

設(shè)雨量觀測(cè)點(diǎn)1個(gè)、涌水觀測(cè)點(diǎn)3個(gè)、水壓測(cè)試孔2孔。

(2)洞內(nèi)外預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)

建立聲光報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急通信及電視監(jiān)控系統(tǒng)、逃生通道及疏散標(biāo)志、應(yīng)急照明及供電系統(tǒng)、逃生裝備和應(yīng)急排水系統(tǒng)。

(3)洞內(nèi)、外排水系統(tǒng)

對(duì)Ⅰ、Ⅱ線正洞間橫通道采用C20混凝土全斷面封堵,并在洞外新建了1.5km長(zhǎng)的導(dǎo)流明渠,將溶腔涌水排至附近地表消水洞內(nèi)。

排水路徑:“617”溶腔群巖溶水→Ⅱ線正洞→橫洞→導(dǎo)流明渠→地表消水洞。

(4)增設(shè)橫通道、迂回導(dǎo)坑、排水洞

云霧山隧道出口Ⅰ線隧道探遇DK245+617溶腔后,在Ⅰ線DK245+535、DK245+710處向Ⅱ線增設(shè)橫通道,為充分利用進(jìn)口工區(qū)順坡排水的有利條件,保證出口施工安全,在DK245+535～DK245+667段線路右側(cè)設(shè)置一處長(zhǎng)145m的迂回導(dǎo)坑,并增設(shè)1條排水洞。

3.2.2 釋能降壓

鑒于溶腔群連通性較好,Ⅱ線進(jìn)口溶腔發(fā)育規(guī)模不大,充填物較少,為充分利用進(jìn)口順坡排水、施工干擾小的有利條件,在ⅡDK245+525掌子面采用爆破揭示溶腔,釋能降壓的處理方案。

2008年11月25日,ⅡDK245+525掌子面實(shí)施控制爆破,直接揭示溶腔。爆破后,溶腔填充物與巖溶水一起涌出,15min后溶腔水到達(dá)橫洞口,峰值水位達(dá)到100cm,持續(xù)2min后水位下降至10cm。橫洞口總涌水量約7422m3(部分涌水通過橫洞口有一溶腔口流入DK242+852大溶腔),溶腔突出泥沙堆積正洞200余m,突出物以泥沙為主,局部夾塊石,最大直徑達(dá)1.8m。溶腔爆破后,拱頂以上為空溶腔,有一股常流水200m3/h (隨降雨增大)從ⅡDK245+523上方流出。

ⅡDK245+526溶腔爆破7h后溶腔群其余各溶腔水壓均降至零,除ⅡDK245+523上方常流水及ⅡDK245+640左邊墻處約10m3/h出水點(diǎn)外,其余各溶腔處已無水。在各項(xiàng)安全保障措施下,對(duì)各掌子面前方溶腔直接爆破揭示,逐段清淤、穩(wěn)步掘進(jìn)。ⅡDK245+526溶腔揭示后掌子面見圖4。

圖4 云霧山隧道ⅡDK245+526溶腔揭示后掌子面

3.2.3 結(jié)構(gòu)處理

溶腔及巖溶裂隙,初期支護(hù)25cm厚C20網(wǎng)噴混凝土,內(nèi)置I18或I20型鋼架,二次襯砌采用75cm厚C35防水鋼筋混凝土,空腔采用混凝土回填,見圖5和圖6。

圖5 云霧山隧道ⅡDK245+523～ⅡDK245+547段溶腔處理縱斷面(單位:cm)

圖6 云霧山隧道DK245+574～DK245+634段溶腔處理縱斷面

4 大支坪隧道990溶腔

4.1 溶腔情況及規(guī)模

大支坪隧道長(zhǎng)8789m,難點(diǎn)為990溶腔,DK132+ 900～DK133+030段遭遇大規(guī)模突水、突泥14次,最大涌水量實(shí)際達(dá)3萬m3/h,突泥累計(jì)8萬m3,最大水壓1.2MPa。

溶腔規(guī)模:Ⅰ線 DK132+947～DK132+957 (10m)、DK133+007～DK133+027(20m)段、Ⅱ線ⅡDK132+913～ⅡDK132+921(8m)、ⅡDK132+973～ⅡDK132+997(24m)段發(fā)育大型富水充填溶腔,見圖7,沿層面及巖層走向發(fā)育,Ⅰ、Ⅱ線溶腔連通,溶腔在拱頂以上發(fā)育高度大于20m、隧底以下發(fā)育深度為8～18m、線路左側(cè)發(fā)育寬度大于20m、線路右側(cè)尖滅于排水洞左邊墻。“+990”溶腔發(fā)育于三疊系嘉陵江組灰?guī)r中,地表為水谷壩洼地,向斜構(gòu)造,巖溶和地下水發(fā)育,地下水流向由北東流向南西,排泄于野三河下游。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給。

圖7 大支坪隧道990溶腔平面(單位:m)

4.2 處理方案

借鑒云霧山隧道526和617組合溶腔釋能降壓的成功經(jīng)驗(yàn),990溶腔處理原則為“釋能降壓、超前支護(hù)、穩(wěn)步掘進(jìn)、綜合治理”。

(1)準(zhǔn)備工作

水文監(jiān)測(cè):設(shè)雨量觀測(cè)點(diǎn)1個(gè)、涌水觀測(cè)點(diǎn)14個(gè)及水壓測(cè)試孔4孔。

洞內(nèi)相鄰洞室分隔:將990溶腔附近的橫通道封堵,并設(shè)砂袋消能墻,減緩水流及淤積物的排放速度。

洞內(nèi)外預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng):在隧道內(nèi)建立聲光報(bào)警系統(tǒng)、應(yīng)急通信及電視監(jiān)控系統(tǒng)、逃生通道及疏散標(biāo)志、應(yīng)急照明及供電系統(tǒng)、逃生裝備和應(yīng)急排水系統(tǒng)。

排水系統(tǒng):規(guī)劃990溶腔內(nèi)的地下水引排至排水洞排放。

(2)釋能降壓

掌子面爆破揭示溶腔:2008年12月16日對(duì)Ⅰ線隧道大里程掌子面實(shí)施爆破揭示溶腔,爆破后,未見大量地下水、充填物涌出,進(jìn)洞查看后發(fā)現(xiàn):該次爆破長(zhǎng)度約3m,掌子面附近堆積灰?guī)r洞砟,左側(cè)為完整灰?guī)r、右側(cè)揭示溶腔,溶腔內(nèi)充填軟塑狀黏土夾砂,具有一定的自穩(wěn)能力,掌子面后方僅積聚少量地下水。然后對(duì)Ⅱ線大里程掌子面進(jìn)行爆破揭示,實(shí)施釋能降壓。

高位排水支洞爆破揭示溶腔:為確保施工及長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)安全,在排水洞設(shè)置長(zhǎng)約70m的排水支洞接通990溶腔排水,2009年6月9日排水支洞成功爆破揭示Ⅱ線990溶腔,見圖8。

圖8 高位排水支洞揭示溶腔口

(3)結(jié)構(gòu)處理

對(duì)溶腔充填物段采用雙層3.5m長(zhǎng)的φ42mm小導(dǎo)管或φ32mm自進(jìn)式注漿錨桿預(yù)支護(hù)。

溶腔及其影響段采用加強(qiáng)型復(fù)合式襯砌,溶腔、裂隙發(fā)育、破碎巖體段初期支護(hù)內(nèi)置型鋼鋼架。

DK133+005～DK133+017潰口段采用“C20混凝土內(nèi)嵌型鋼骨架封堵墻、襯砌前利用預(yù)留孔注漿回填及抗水壓加強(qiáng)復(fù)合式襯砌”的綜合處理方案。

隧底處理采用調(diào)整板方案,并對(duì)調(diào)整板下5m范圍充填物進(jìn)行注漿固結(jié)。

5 野三關(guān)隧道602溶腔

5.1 溶腔情況及規(guī)模

野三關(guān)隧道長(zhǎng)13833m,為全線最長(zhǎng)隧道,難點(diǎn)為602溶腔,該溶腔先后5次發(fā)生大的突水突泥,累計(jì)突泥突石約11萬m3,雨季期涌水量為13～16萬m3/d,最大瞬時(shí)涌水89萬m3/d,最高水壓1.0MPa。

2007年8月5日,Ⅰ線隧道DK124+602掌子面突發(fā)突水突泥,突水量10萬～11萬m3/h,并伴有大量泥砂塊石涌出,持續(xù)時(shí)間0.5h,突水15.1萬m3,突出泥石5.35萬m3。突水點(diǎn)附近約200m洞身基本被突出的塊石、泥沙充滿,距突水點(diǎn)500m處淤積泥沙厚度約3m。

溶腔規(guī)模:Ⅰ線DK124+582～DK124+605段穿越該高壓富水溶腔,隧底發(fā)育范圍為 DK124+582～DK124+602.5段、發(fā)育深度6～10m。其主要蓄水溶腔位于Ⅰ線左側(cè)40m、上方100～150m附近,沿層面發(fā)育巖溶通道與3號(hào)暗河和水洞坪巖溶洼地相連通,最高灰?guī)r含水層高出隧道200m以上。溶腔水源主要來自于溶蝕洼地地表降雨匯水區(qū),與3號(hào)暗河有關(guān)的巖溶水和苦桃溪河水,見圖9。

圖9 野三關(guān)隧道602溶腔溶腔與隧道關(guān)系平面(單位:m)

5.2 處理方案

溶腔處理前,完成水文監(jiān)測(cè)、鉆孔排水、清淤等前期工程,溶腔處理經(jīng)歷了兩個(gè)階段,即前期準(zhǔn)備階段和方案實(shí)施階段。

5.2.1 前期準(zhǔn)備

水文監(jiān)測(cè):設(shè)雨量觀測(cè)點(diǎn)1個(gè)、涌水觀測(cè)點(diǎn)11個(gè)及水壓測(cè)試孔4孔。

鉆孔排水:在Ⅱ線向Ⅰ線溶腔部位設(shè)置30個(gè)φ110mm排水孔,實(shí)施排水降壓。

清淤:逐步清理洞內(nèi)的淤積物接近溶腔部位,清淤至DK124+694處后,停止清淤,對(duì)清淤面坡腳施作混凝土擋墻、預(yù)留排水管并進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。

排水支洞:在隧道左側(cè)設(shè)置排水支洞,排水支洞施工至DK124+658時(shí),超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)存在大型溶腔,充填泥砂、富水,推測(cè)與溶腔突水點(diǎn)相連,施作3m厚混凝土封堵墻封閉,增設(shè)排水孔。

小里程開辟工作面:為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向?qū)θ芮惶幚?在Ⅱ線增設(shè)橫通道,602溶腔反向開辟工作面。

602溶腔處理原則為:“釋能降壓、超前支護(hù)、穩(wěn)步掘進(jìn)、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)”。

5.2.2 方案實(shí)施

(1)準(zhǔn)備工作

在602溶腔及相關(guān)區(qū)域進(jìn)行水文監(jiān)測(cè)、洞內(nèi)相鄰洞室分隔、洞內(nèi)外預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)、排水系統(tǒng)等準(zhǔn)備工作。

(2)爆破揭示

DK124+580掌子面爆破揭示溶腔:掌子面下半部分揭露溶腔,溶腔可見高度約2.7m左右,充填硬塑狀褐色粉細(xì)砂,溶腔基本沿層面發(fā)育,橫穿Ⅰ線掌子面,并斜向大里程、隧底、Ⅱ線方向發(fā)育,掌子面右側(cè)充填物與灰?guī)r交界處出現(xiàn)股狀流水、水量約1000m3/d。1d后淤泥開始出現(xiàn)緩慢蠕動(dòng)、又發(fā)生多次溜塌、突水突泥導(dǎo)致Ⅰ線140m、Ⅱ線130m被泥沙、塊石充填。

排水支洞爆破揭示溶腔:爆破揭示后,發(fā)生突水突泥,導(dǎo)致整個(gè)排水支洞、Ⅰ線正洞內(nèi)約300m范圍被泥砂充填,清淤后,逐漸暴露出溶腔大廳,且水流暢通,基本消除了施工風(fēng)險(xiǎn)。602溶腔局部見圖10。

圖10 野三關(guān)隧道602溶腔局部

(3)開挖支護(hù)

Ⅰ線隧道溶腔段采用三臺(tái)階分部開挖法、并設(shè)置扇形支撐、橫撐、因充填物溜坍等原因造成的空洞,采用C25混凝土,2009年2月2日實(shí)現(xiàn)了上半斷面貫通。

(4)潰口處理

2009年5月15日～16日連降大雨,造成溶腔段發(fā)生突水突泥突石,突出物以塊石為主、夾雜部分泥沙,導(dǎo)致16m溶腔段已施作的初期支護(hù)、橫撐及扇形支撐被破壞。

高位揭示溶腔:在既有排水支洞前方增設(shè)長(zhǎng)82m的高位排水支洞,直接爆破揭示602溶腔,實(shí)施進(jìn)一步的釋能降壓。揭示溶腔后,通過連續(xù)清淤清石排水,高位排水支洞水量逐漸加大,正洞各涌水點(diǎn)涌水量逐漸變小,見圖11。

圖11 野三關(guān)隧道排水支洞揭示溶腔口

注漿加固:在確保排水支洞、高位排水支洞排水暢通的前提下,DK124+578～DK124+598段采用超前注漿加固,拱墻加固范圍為開挖輪廓外6m、隧底加固范圍為開挖輪廓外4m,對(duì)隧底以下8m范圍內(nèi)的充填物、破碎圍巖進(jìn)行徑向注漿加固。

開挖支護(hù):拱墻采用φ108mm的超前長(zhǎng)管棚注漿支護(hù),管棚進(jìn)入完整基巖長(zhǎng)度不小于2m;其他溶腔部位、破碎巖體地段采用小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)。溶腔段采用三臺(tái)階分部開挖法、并設(shè)置臨時(shí)橫撐閉合,影響段采用臺(tái)階法開挖。

增設(shè)排水洞:出口增設(shè)5700m排水洞,與排水支洞、高位排水洞相連,并引排全隧裂隙水。

6 齊岳山隧道

6.1 F11斷層情況及規(guī)模

齊岳山隧道全長(zhǎng)10528m,隧道最大埋深670m,隧道通過規(guī)模較大的斷層15條,隧道累計(jì)遭遇溶腔171處,其中嚴(yán)重影響隧道施工的溶腔22個(gè),隧道曾先后遭遇5次大型突水突泥,施工至F11斷層處時(shí),進(jìn)口段已采用6級(jí)泵站抽排水,抽排水量已超過5200萬m3。

F11斷層為區(qū)域性斷層,沿得勝場(chǎng)槽谷西側(cè)分布,斷層與槽谷走向基本一致,見圖12,斷層及影響帶范圍為平導(dǎo)PDK365+090～PDK365+359段269m和正洞DK365+085～PDK365+353段268m。斷層帶巖性成分復(fù)雜,主要由灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、泥灰?guī)r、斷層泥、斷層角礫巖、糜棱巖組成,膠結(jié)差;呈碎裂結(jié)構(gòu)或角礫巖化,巖性軟硬不均,裂隙發(fā)育、軟弱破碎,尤其是上盤裂隙更為發(fā)育,導(dǎo)水能力強(qiáng)。超前鉆孔實(shí)測(cè)最大單孔流量790m3/h,并伴有噴石現(xiàn)象,其余地段導(dǎo)水能力一般,鉆孔水量一般在10～70m3/h,水壓2.6MPa。降雨對(duì)水量、水位影響小。

圖12 得勝場(chǎng)槽谷地形地貌

6.2 斷層處理

該斷層處理經(jīng)歷了兩個(gè)階段。

6.2.1 第一階段

第一階段處理原則“以堵為主、限量排放”。

平導(dǎo):PDK365+367～PDK365+308段采取5～8m加固圈超前帷幕注漿預(yù)加固,拱墻設(shè)置φ108mm超前大管棚預(yù)加固。

2009年3月1日,施工至PDK365+313掌子面時(shí),受斷層不均一性的影響,在進(jìn)行超前鉆探時(shí),掌子面發(fā)生突涌水,淤塞平導(dǎo)約374m,在確保安全的情況下,采取砂袋進(jìn)行臨時(shí)擋護(hù),加強(qiáng)水量、水質(zhì)觀測(cè),于PDK365+380附近線路左側(cè)設(shè)置迂回導(dǎo)坑。

正洞:DK365+357.5～PDK365+327.5段采取7～10m加固圈超前帷幕注漿預(yù)加固地層,DK365+351～PDK365+333段拱墻采取φ108mm超前大管棚預(yù)支護(hù),DK365+357.5～PDK365+333段采取加強(qiáng)型復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),按照上述處理措施,施工至 DK365+ 333掌子面。

6.2.2 第二階段

處理原則調(diào)整為“注漿加固、分水降壓、快挖快封、加強(qiáng)監(jiān)控、綜合治理”。

(1)分水降壓

為降低正洞和迂回導(dǎo)坑注漿施工中的水壓,利用平導(dǎo)PDK365+313掌子面涌突水點(diǎn)進(jìn)行分水降壓。

在12號(hào)橫通道內(nèi)平導(dǎo)與正洞之間設(shè)置100m長(zhǎng)的高位排水支洞,排水洞端頭設(shè)置2.0m厚C25混凝土封堵墻,并預(yù)埋8～10個(gè)φ200mm孔口管。平導(dǎo)(迂回平導(dǎo))以及排水支洞均設(shè)置為透水結(jié)構(gòu)。

(2)注漿加固

平導(dǎo)(迂回平導(dǎo)):PDK365+090～PDK365+102采取超前探孔注漿封堵和開挖后5m徑向注漿加固。

正洞:DK365+070～PDK365+090段采取超前探孔注漿封堵和開挖后5m徑向注漿加固,DK365+ 090～PDK365+333段采用加固圈8m的超前注漿加固地層。

(3)結(jié)構(gòu)處理

平導(dǎo)(迂回平導(dǎo)):PDK365+090～PDK365+102局部地段開挖前拱部采用φ42mm超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù);PDK365+102～PDK365+215段拱部采取φ76mm (或φ108mm)超前大管棚預(yù)支護(hù);迂回平導(dǎo)YHDK0+ 000～YHDK0+045段拱部采取φ42mm超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù),YHDK0+045～YHDK0+177段拱部采取φ76mm(或φ108mm)超前大管棚預(yù)支護(hù),管棚施工均不設(shè)置工作間,采取鉆桿把管棚推至開挖輪廓線外。

正洞:DK365+090～DK365+333段拱部設(shè)置φ108mm(或φ76mm)的超前大管棚預(yù)支護(hù)并配合φ42mm超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù),管棚施工均不設(shè)置工作間,采取鉆桿把管棚推至開挖輪廓線外。

(4)支護(hù)結(jié)構(gòu)

平導(dǎo)和迂回平導(dǎo):PDK365+090～PDK365+215段、PDK365+367～PDK365+313段以及迂回平導(dǎo)YHDK0+035～YHDK0+177段均采用透水結(jié)構(gòu),迂回平導(dǎo)YHDK0+000～YHDK0+035段采取噴錨支護(hù)整體式襯砌。

正洞:DK365+090～DK365+317段采用加強(qiáng)型復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu),初期支護(hù)為30cm厚C25鋼纖維噴射混凝土(設(shè)置 I20a型鋼,間距0.5m),二次襯砌為65cm厚C40防水鋼筋混凝土。

7 體會(huì)與思考

(1)富水充填性溶腔中0.1MPa的水壓就可能造成突水突泥突石,其危害性及災(zāi)難性較大。

(2)復(fù)雜巖溶地段特別是長(zhǎng)大隧道,需做好降雨量、水量、水壓等項(xiàng)目的水文觀測(cè)工作,富水溶腔與降雨量具有相關(guān)性。

(3)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)以物探、鉆探相結(jié)合,遇到溶腔后,應(yīng)以長(zhǎng)、短鉆探為主,探明溶腔邊界及充填物性質(zhì)和水壓。

(4)溶腔處理過程中,需建立安全進(jìn)洞條件、避險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng),并增加了排水洞。

(5)溶腔處理的注漿和釋能降壓技術(shù)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體條件選用,應(yīng)貫徹將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變成工程措施的理念,將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

(6)斷層處理的注漿應(yīng)進(jìn)行信息跟蹤注漿,效果評(píng)價(jià)以過程評(píng)價(jià)和孔內(nèi)攝像判斷其效果,洞內(nèi)管棚施工取消工作間。

(7)復(fù)雜巖溶及斷層的處理需要建設(shè)單位牽頭,設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理單位既各負(fù)其責(zé),又聯(lián)合作業(yè),共同攻關(guān)。

(8)選擇5座隧道溶腔和斷層段的典型斷面進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè),1年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明結(jié)構(gòu)目前是安全的。

[1] 關(guān)寶樹.隧道工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[3] 張民慶,彭峰.地下工程注漿技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社,2008.

[4] 劉兆偉,張民慶,王樹仁.巖溶隧道災(zāi)變預(yù)測(cè)與處治技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

[5] 苗德海.宜萬鐵路隧道災(zāi)害及防治對(duì)策[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì), 2007(7):96 -99.

[6] 殷懷連,苗德海.齊岳山隧道超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(S1):208 -211.

U455.49

A

1004 -2954(2010)08 -0062 -06

2010 -05 -26;

2010 -06 -07

申志軍(1971—),男,高級(jí)工程師,1996年畢業(yè)于西南交通大學(xué)地下工程與隧道工程專業(yè),工程碩士。