白云山隧道630溶洞施工技术探讨

邓福清

(中铁十八局集团有限公司,天津 300222)

1 工程概况

宜万铁路第六标段,位于宜昌市点军区和长阳县境内,起迄里程分别为DK39+114和DK48+840,线路全长9.726 km。

本标段控制性工程为白云山隧道,全长6 827 m。进口段887 m为车站隧道,由四线双连拱段、大跨双线段组成,另有366 m燕尾段隧道；出口段5574 m为单线隧道。隧道设计为单面上坡,进口段2500 m坡度为5.9‰,出口段4327 m坡度为15.3‰。隧道最大埋深600 m,平均埋深为300～400 m。

630溶洞揭示在白云山隧道进口端,纵向发育里程为DK42+630～DK42+651,隧道刚好穿越溶洞空腔。溶洞形态近似柱形,直径约20～26 m,沿线路长约20 m,高约40 m。根据补钻揭示,溶洞底部充填堆积物厚约33 m,堆积物为黏土夹碎石,溶洞洞壁岩性为灰岩、白云质灰岩,岩层平缓,薄—中厚层状,弱风化,岩层产状140 ～170°∠15°～35°。节理较发育,主要存在2组,节理走向100°：3 ～8条/m,节理长 3 ～5 m,微张；走向 215°：1 ～5 条/m,节理长 0.5 ～3 m,密闭。在DK42+636右侧3.5 m处有一小溶腔口,有水流出,右边墙脚至溶腔口高约8 m,出水口沿线路宽约2.1 m,高约0.5 m。该处溶腔观测水量资料显示,最大涌水量约147.9 m3/h,随降雨量的变化而变化。在溶洞底部未见明显的集中排泄管道,右侧水流呈瀑布帘状流下,呈漫流在溶洞底部通过溶洞充填物渗透排走。

溶洞形态如图1所示。

2 临时通过方案

溶洞揭示后,由于开挖工期紧,任务重,且溶洞下部情况不明,没有补勘条件。结合众多因素,采用了临时通过方案,即先采用洞渣将溶洞下部填实,在大里程洞壁上另行开口进洞,洞口周边采取必要的超前支护措施(超前小导管加钢拱架支撑)。进洞初期洞渣全部弃于溶洞底部及两侧,即满足了不影响施工进度的要求,同时也为下一步对溶洞底部补勘提供了钻探平台。以后的施工过程中证明,此方案是可行的,也是有效的,达到了预期的目的。

3 设计方案的确定

3.1 补勘过程

开挖通过50 m以后,以不影响后方补勘为准,设计单位对630溶洞底部进行补勘施工。此次为初勘,即大体了解底部的溶洞发育情况,补勘采用地质钻机,每孔全程取芯,孔位布置为中线3孔,孔距3 m,左右各3孔,共计9孔。隧底补勘后揭示地质情况如图2所示。

图1 溶洞状态示意

图2 溶腔线路中心纵断面

3.2 设计方案确定

根据补勘结果,提出两种设计方案：第一种采用桩基承台方案通过,第二种是采用底板注浆加固通过方案。每种方案都有优缺点,注浆方案方便、快捷,对工期有利,但根据溶洞发育图,注浆效果很难控制,很难达到预期的效果。桩基承台方案,施工难度较大,但是方案可行性更高,对后期运营有利。综合考虑各类因素,同时考虑到后期顶部采用双块式无砟轨道整体道床对沉降的特殊要求,最终采用了桩基承台方案。

3.3 详勘过程

根据桩基承台设计方案,底板采用了18根桩基加承台设计,重新对底板溶洞各桩位进行详细勘探,由此确定每根桩的长度及桩径,并最终确定桩基施工方案。

4 施工过程

4.1 施工程序

根据630溶洞设计方案及现场的实际情况,对其施工的总体程序如图3所示。

图3 溶洞总体施工程序

4.2 桩基施工

首先从安全考虑,采用钻孔法施工,但在施工过程中,当钻孔到达串珠形溶洞位置时,多次发生漏浆现象。由此推断,溶洞多为联通结构,如果采用钻孔施工,成桩难度大,塌孔较为严重。综合众多因素,决定改为挖孔桩施工。

挖孔桩施工工艺流程见图4所示。

图4 挖孔桩施工工艺流程

桩内充填物采用人工开挖,开挖顺序为先中间后四周,全断面均匀开挖,避免出现不均匀开挖。每次开挖0.5 m进行一次护壁,四周渣体在护壁施工前开挖,弃渣利用提升架提升堆放于线路左侧场地内,最后利用汽车运输到洞外。开挖时桩顶设安全防护设施,防止桩顶落物伤及施工人员。底层渣体开挖时断面不超过上一断面的尺寸。施工中根据不同的地质情况可适当加深每次开挖深度,但最深每次开挖不超过1 m。

4.3 其他工序施工

承台施工：采用挖掘机进行充填物开挖,石质部分采用爆破开挖,运输车直接运至洞外。接近桩头位置采用人工配合机械开挖。人工凿除桩顶混凝土,清理钢筋,进行承台钢筋绑扎,最后进行混凝土浇筑施工。

承台施工完成后,进行底板钢筋混凝土施工,在承台顶部直接绑扎钢筋,立侧模板,同时预留边、拱衬砌的结构钢筋,之后进行混凝土施工。

边、拱衬砌施工采用大模板台车。台车就位后,进行结构钢筋绑扎,之后进行外模施工。最后进行混凝土泵送施工。

衬砌施工完成后,进行洞顶的支护施工,先进行脚手架搭设,进行锚杆及挂网施工,最后再进行喷射混凝土施工。

5 结束语

在隧道施工中,特别是灰岩地区,岩溶发育。施工中揭示溶洞情况极为普遍,处理方法也不尽相同。随着施工技术的发展和钻探技术的提高,施工方案也在不断的优化。630溶洞的设计及施工过程具有一定的代表性,对类似工程情况设计及施工都有一定的借鉴意义。

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