宜万铁路长鹰坝2号隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞处理对策

韩星俊

(云桂铁路云南有限责任公司,昆明 650011)

宜万铁路长鹰坝2号隧道穿越DK241+110～DK241+215溶洞处理对策

韩星俊

(云桂铁路云南有限责任公司,昆明 650011)

宜万铁路长鹰坝2号隧道施工中遭遇大型贫水溶洞,介绍该溶洞的岩溶发育特征,详细论述该溶洞的处理方法,重点介绍主溶洞段大跨非封闭分离式轻型隧道结构及隧底实腹式拱桥跨越溶洞的联合应用跨越大型溶洞的处理对策。

宜万铁路;大型贫水溶洞;轻型隧道结构;拱桥;处理对策

1 隧道概况

长鹰坝2号隧道是宜万铁路26座Ⅱ级风险隧道之一,位于恩施市白果坝镇,设计为车站隧道,进口里程DK238+669,出口里程DK241+300,全长2631m,其中DK238+669～DK241+020段为双线段,DK241+ 020～DK241+300段为三线车站段,隧道从进口到出口为连续上坡,隧道最大埋深350m。隧道左侧设置1座横洞,与右线线路相交于DK241+020处,与线路平面夹角30°,长211m。

隧道穿越寒武系上统耗子沱组及奥陶系下统南津关组弱风化灰岩、白云质灰岩,部分含有泥质条带和方解石脉,中厚层～厚层状,节理裂隙、溶沟及溶槽发育。围岩级别以Ⅲ级为主。隧道处于岩溶垂直渗流带中,地下水为岩溶裂隙水,受大气降水的补给,裂隙、溶洞水较发育,隧道工区正常涌水量5516m3/d,最大涌水量34421m3/d。

2 DK241+110～DK241+215大型空溶洞地质特征

2.1 溶洞形态、规模

该溶洞总体上可分为2段,DK241+110～DK241+ 160段为廊道式溶洞,溶洞主要发育在右侧隧底以下1～2m,溶洞高2.5～8m,宽3.1～5.5m,溶洞内无充填;DK241+160～DK241+215段为大型岩溶腔体,溶洞高度大于53m,宽度5～18m,溶洞基本沿裂隙方向发育,受节理控制明显,溶洞侧壁陡峻。溶洞发育平面见图1。

图1 DK241+110～DK241+215段溶洞发育平面

2.2 工程地质条件

DK241+110～DK241+215段溶洞周边为寒武系上统耗子沱群灰白色、深灰色中厚层白云质灰岩夹灰岩、灰岩与白云岩质灰岩互层,局部夹泥质白云岩;岩层较缓,节理、裂隙发育,基本承载力为1000kPa。受节理切割影响,溶洞顶部岩体破碎,洞顶局部附有黏土等充填物,洞顶偶见掉块现象,最大尺寸为1m× 1.5m×1.5m。隧道以下空腔揭露后,受施工影响,部分溶洞已被弃砟充填,隧道周边不具备坍塌空间。隧道周边围岩情况良好,DK241+110～DK241+160段围岩级别为Ⅲ级,DK241+160～DK241+215段围岩级别为Ⅱ级。

2.3 水文地质条件

DK241+110～DK241+215大型溶洞附近存在大洞暗河,实测大洞暗河长达200多m,高达60余m,宽8～60m,另有支洞与其相连,大洞暗河在 DK240+ 900处横穿隧道,高程位于隧道下方60～80m,推测DK241+110～DK241+215段溶洞和隧道下部的大洞暗河相通,为过水廊道,雨季时承接过路水补给大洞暗河系统。推算溶洞雨季最大流量为6000m3/d,从溶洞揭露以来,经过了一个雨季的观测,溶洞内无明显积水,表明溶洞所承接的过路水均通过各种渠道渗入地下。

3 DK241+110～DK241+215大型空溶洞处理对策

根据溶洞形态、规模及工程地质、水文地质条件,综合考虑隧道施工及运营安全,DK241+110～DK241+ 215段溶洞处理措施如下。

3.1 溶洞防护

清除溶洞壁危石,并对溶洞顶板采取锚喷网防护,锚喷网参数为长3mφ22mm砂浆锚杆,C20网喷混凝土厚10cm,φ6mm钢筋网,网格间距25cm×25cm。

3.2 溶洞处理

根据溶洞发育特征,将该大型溶洞分为3段处理,具体如下。

3.2.1 DK241+110～DK241+170段

隧道结构采用三线车站隧道Ⅲ级围岩复合式衬砌结构,初期支护采用拱墙20cm厚C20网喷混凝土, φ8mm钢筋网,网格间距20cm。拱部采用φ25mm中空注浆锚杆,边墙采用φ22mm砂浆锚杆,锚杆间距1.2m×1.0m(环×纵),锚杆长3.5m。初期支护采用I16钢架加强,1m/榀,二次衬砌采用60cm厚C25混凝土。该段边墙外及隧底右侧空腔采用C20片石混凝土回填密实。DK241+110～DK241+170段溶洞处理见图2。

3.2.2 DK241+170～DK241+183.75段

隧道结构采用三线车站隧道Ⅱ级围岩加强型复合式衬砌。初期支护采用喷射钢纤维混凝土。拱部采用φ25mm中空注浆锚杆,边墙采用φ22mm砂浆锚杆,锚杆间距1.0m×1.2m(环×纵),锚杆长4.0m。二次衬砌拱墙采用60cm厚C25混凝土,底板采用100cm厚C30钢筋混凝土。该段隧底溶洞发育深度较浅,小于5m,采用C20片石混凝土换填。DK241+170～DK241+183.75段溶洞处理见图3。

图2 DK241+110～DK241+170溶洞处理横断面(单位:cm)

图3 DK241+170～DK241+183.75溶洞处理横断面(单位:cm)

3.2.3 DK241+183.75～DK241+212.75段

该段为主溶洞发育段,亦是该溶洞处理的重点和难点,溶洞处理经过桩基承台、轻型结构、非封闭结构等多种方案比选,最终确定采用非封闭分离式轻型隧道结构方案,具体如下。

(1)DK241+183.75～DK241+212.75段围岩级别为Ⅱ级,可充分发挥围岩自承能力,将隧道线路左侧断面扩挖至溶洞壁3m以外基岩上,隧道右侧断面基本保持原设计轮廓,衬砌类型以喷锚衬砌为主,初期支护采用拱墙喷射钢纤维混凝土,拱墙采用φ32mm自进式锚杆,锚杆间距1.5m×1.5m(环×纵),隧道锚杆长分别为4m(右侧)、5.0m(左侧)以便穿过围岩松动圈,加固围岩,抑制围岩变形。由于上部为非封闭的大跨结构,综合考虑隧道内防水及接触网悬挂要求,施作40cm厚的钢筋混凝土二次衬砌,同时作为结构安全储备。DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞处理见图4、隧道结构见图5。

图4 DK241+183.75～DK241+212.75段溶洞处理(单位:cm)

图5 DK241+183.75～DK241+212.75段隧道结构(单位:cm)

(2)隧道下部溶洞发育深度大于53m,沿线路方向跨度达18m,该处隧底结构采用纵向拱跨结构,布置为1孔L=26m的实腹式拱桥,拱桥承担运营期列车荷载。拱圈为半径17m的钢筋混凝土圆弧板拱,矢高f=6.046m,矢跨比f/L=1/4.3。为了减少岩石的开挖量,拱桥横向布置不对称隧道中心,Ⅰ线外侧宽1.35m(1.35m以外为岩石),Ⅲ线外侧宽3.0m。拱桥拱圈及拱座上填C15素混凝土以形成桥面,桥面纵坡与隧道纵坡相同。拱跨结构见图6、图7。

图6 拱跨结构立面(单位:cm)

3.2.4 溶洞排水

图7 拱跨结构半平面/半基顶(单位:cm)

DK241+110～DK241+183.75隧底溶洞内埋设φ500mm钢筋混凝土管以2‰下坡排泄溶洞水,该段溶洞内积水通过管壁钻孔汇集至管内后顺坡排至拱桥下大溶洞(图8)。

图8 长鹰坝2号隧道DK241+110～DK241+215段溶洞处理纵断面

4 结语

长鹰坝2号隧道DK241+110～DK241+215溶洞处理采用的隧道结构新颖,针对性很强。充分利用了该溶洞段围岩情况好,自稳能力强的特点,并结合该溶洞的发育形态,采用的以初期支护为支护主体,喷锚网防护为主要支护手段,二次衬砌作为安全储备的大跨非封闭分离式轻型隧道结构亦是复杂岩溶隧道处理方法多样性、灵活性的体现。

主溶洞段溶洞竖向发育深度深,但跨度并不大,设计充分利用了该溶洞的这一特点,隧底处理经过板梁、桩基础、拱跨、注浆加固等多种方案的综合比选,采用了实腹式拱桥跨越溶洞的处理对策,该方案结构受力合理,施工难度相对较小,施工质量易于保证,结构安全可靠。

[1] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.宜万铁路宜昌至万州段新建工程施工图-长鹰坝2号隧道[Z].武汉:2005.

[2] 中铁第四勘察设计院集团有限公司.新建铁路宜万线宜昌东至万州段长鹰坝2号隧道DK241+110～DK241+215段溶洞处理Ⅰ类变更设计[Z].武汉:2007.

[3] 刘招伟,张民庆,王树仁.岩溶隧道灾变预测与处治技术[M].北京:科学出版社,2007.

U452.2+7

B

1004 -2954(2010)08 -0128 -03

2010 -05 -05

韩星俊(1966—),男,高级工程师,1988年毕业于石家庄铁道学院土木工程专业,工学学士,E-mail:hanxj-97@163.com。