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铁路溶洞的处理技术

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铁路溶洞的处理技术

发布日期:2019-07-19 作者: 点击:

详细介绍铁路隧道溶洞的处理技术,下面举例成都某铁路的案例进行说明,某新建单线铁路隧道,全长8435m,设计行车速度为120km/h。该隧道位于云贵高原边缘与横断山脉交接的大理、丽江地区,地势东高西低,北高南低,山脉和水系多呈南北向展布。属溶蚀、剥蚀构造中山、低中山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全,沉积类型繁多,其间岩浆活动剧烈,岩浆岩规模巨大。沉积岩、早期火成岩因受高温高压动力变质作用普遍有不同程度的变质。测区构造复杂,断裂、褶皱发育,致使岩体节理发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、错落体、危岩落石、泥石流、岩溶、岩堆。水文地质条件复杂,地表水、地下水发育不均,部分地下水、地表水对混凝土具侵蚀性。
  1、 溶洞的概况
  该隧道出口段施工至某里程时,掌子面围岩为Ⅲ级,岩性为灰岩、白云质灰岩,厚层状,岩层层理清晰,岩体完整。上半断面发育有一个溶洞,洞内充填块石、碎石夹黏土随爆破开挖自溶洞洞口涌出,涌出量于80m3,洞径约3.5米,块石直径为0.2~1.2m,最大块经3m,含泥量约占90%;有少量的浑浊的岩溶水沿洞壁流出。经在掌子面布设3个水平探孔探明,前方溶洞无水,充填物主要为块石、碎石及黏土等,判断为充填型溶洞。
  2、 隧道溶洞处理方案
  2.1 处理方案选择原则
  2.1.1 安全性。确保施工安全与运营安全,围岩累计变形量不大于10cm,衬砌完工后隧道不渗不漏。
  2.1.2 可操作性强。要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平,并尽可能降低施工难度。
  2.1.3 灵活性好。根据断面形状和尺寸,因地制宜地选择施工方案,而不局限于一种固定的模式,一旦一种方案不能实时或实时效果差时,能较好地转换为替代方案。
  2.1.4 具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同,能顺利地进行施工工艺、工序的转换。
  2.1.5 经济性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。
  2.2 处理施工方案 首先保留并加固坍塌体,防止坍方扩大,然后施做套拱和超前大管棚,保证正洞开挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌体,进入隧道正常开挖、支护工序,并对隧道基底进行注浆加固处理,增强隧底承载力;溶洞段通过后,进行拱部坍腔回填处理。
  处理顺序为:封闭掌子面→施作套拱→施作超前大管棚→挖除坍塌体→洞身开挖、支护→边墙及基底加固处理→坍塌溶腔回填处理。
  3 、溶洞处理关键施工技术
  3.1 喷射混凝土封闭掌子面 在未探明前方地质情况之前,为防止前方出现涌水突泥情况发生,首先保留并加固坍塌体,依靠坍塌体的支撑掌子面,防止塌方进一步扩大,立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面,厚度为20cm,掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面作用,坍体暂不挖除。
  3.2 施作套拱和超前大管棚 为保证施工安全,拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物,从而形成复合稳定的固结体,使周围地层的力学性质得到改变,稳定性能加强;管棚尾端设钢格栅混凝土套拱,前端打入稳定岩层,形成有效的“棚护”作用。
  首先在DK79+185位置施作导向墙。导向墙长1.5m,厚80cm,采用两榀格栅钢架定位,并起到增强刚度的作用。在钢格栅加上焊接37根1.5m长φ127的无缝钢管作为导向管,间距及外插角同大管棚,完成后浇注C25模筑混凝土。大管棚共37根,每根长20m,外插角为5°,大管棚环向间距为0.3m,注浆材料采用1:1的水泥浆,注浆压力为0.8~1.0Mpa。
  管棚钢管采用φ108无缝钢管,节长3m和6m两种,第一根钢管加工呈锥形,采用丝扣连接(丝扣长15cm,必须使用标准地质丝扣)。同一横断面内接头数量不超过50%,相邻钢管的接头相错量不小于1m,机械顶进。钢管前部四周钻注浆孔,孔径15mm,孔间距15~20cm,呈梅花型布置,钢管尾部留1.5m的止浆段不钻孔。
  3.3 洞身开挖及支护 注浆完成后洞身采用微台阶法开挖,台阶长3~5m,开挖后立即施做初期支护结构,并采用喷射混凝土立即封闭掌子面。
  初期支护采用加强支护参数。参数如下:全环设I20工字钢加强支护,钢架间距@=0.6m,拱墙增设φ42小导管注浆加固溶洞充填物,每根长l=4m,间距为1m(纵向)×0.8 m(环向),C25早强喷射混凝土厚度为25cm,φ8钢筋网网格20×20cm。
  溶洞处理段围岩大部分为溶洞充填物,采用人工配合挖掘机开挖;对于石质围岩部分则采用松动爆破开挖,以尽量减小对溶洞充填物的扰动,避免引发二次坍塌。
  3.4 边墙及基底加固处理 对隧道顶部进行注浆预加固处理仅保证隧道拱部开挖安全,边墙及基底围岩力学性能得不到改善,并且曾受到过扰动,极有可能会发生坍塌事故;另外,即使开挖安全通过溶洞段,也会因溶洞段与溶洞前后隧底岩性不同,使后期隧道衬砌结构沉降不均,从而造成衬砌严重开裂,甚至影响行车安全。因此,必须对边墙及基底进行加固处理。
  3.4.1 边墙采用φ42超前小导管注浆加固溶洞充填物。小导管每根长L=4.5m,间距@=0.4m(环向)×2.4m(纵向),外插角α=25°,浆液采用1:1水泥单浆液,采用劈裂注浆方式,注浆压力为2MPa。
  3.4.2 基底采用φ75钢管桩对隧底围岩注浆加固,加固范围为仰拱开挖轮廓线以下5m。钢管桩间距为1.0m,梅花形布置。钢管桩采用φ75 mm、δ=6mm的无缝钢管加工制作,每根长L=5.5m,尾端50cm伸入仰拱支护结构内,同时为增强结构的纵向刚度,钢管桩尾端之间采用I16工字钢连接,以增强整体受力性能。浆液采用1:1水泥单浆液,亦采用劈裂注浆方式,注浆压力2.0MPa。
  3.5 拱部坍塌溶腔回填处理 为确保隧道衬砌结构安全,保证运营安全,需对拱部坍塌的溶腔进行回填处理。在综合考虑周边环境及溶洞状态,并结合隧道结构特点,采用C15泵送混凝土回填。为减小流塑态的泵送混凝土对支护结构的冲击力和侧压力,回填应对称、分次、分层施工完成,隧道支护结构两侧混凝土面每次施工高差不得超过0.5m,层厚不大于30cm,每次泵送混凝土厚度不得超过2m,且方量不超过50m3。
  3.6 监控量测 在洞身开挖施工过程中,每5m设一组监测点,主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛,密切监视每一工况下隧道支护结构的变形情况并及时反馈,指导下一步施工。
  分享这些溶洞的处理方法希望能帮助到有关的企业,促进我国的铁路、道路等的发展。

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