CN102251777A - 一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，所施工隧道自大规模溶腔内部横穿的路段为左右两侧均悬空的横穿溶腔路段；大规模溶腔为由上至下尺寸逐渐增大的溶腔，且其内部以横穿溶腔路段为界分为上部溶腔和下部溶腔，其处理方法为：一、边坡开挖及加固施工：对上部溶腔内壁进行开挖并形成边坡；二、岩渣回填：采用岩渣对下部溶腔进行充填并形成充填基层；三、充填基层注浆加固：用稳固桩对充填基层进行加固并获得路堑一；四、在路堑一上进行横穿溶腔路段铺设施工。本发明设计合理、施工简便、施工过程安全可靠且施工周期短、处理效果好，能解决现有大规模溶腔处理中存在的施工安全风险较大、处理施工难度大、处理时间长、处理效果较差等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种溶腔处理方法，尤其是涉及一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法。
背景技术
岩溶问题是隧道工程的一大患，岩溶对隧道的工程影响主要表现在隧道周边变形、失稳问题，常常导致隧道开挖中的局部崩塌、掉块及落石；另一方面岩溶涌水也是岩溶对隧道的主要工程影响之一，它不仅影响施工安全，而且直接危及人员和机械设备的安全，在我国西部及西南地区修建的隧道往往会遇到岩溶问题。岩溶地区一般特点是地形起伏，在低洼处易形成积水盆地，地表水长时间的溶蚀、侵蚀形成了形状各异的岩溶洼地或槽谷，地表水不断向岩体内富集转为地下水，地表水与地下水的反复循环形成了落水洞、漏斗等岩溶管道。在岩溶管道中的地下水向附近更低的水系寻找排泄出口以降低势能，而决定地下水径流途径的则是岩层产状、褶皱、断层、节理等。因此根据地下水补给区岩溶洼地、槽谷、落水洞、暗河等组合以及相应的地质构造构成岩溶地区主要的地质特征。实际施工时，因地表水对隧道内涌水影响较大，而隧道对渗漏水的要求又较高，故防排水采用以“防、排”为主，“防、排、堵、截”相结合的综合治理措施。因而，岩溶地区隧道的施工难度非常大。
宜万铁路龙麟官隧道位于湖北省恩施州白果坝，属于喀斯特地貌，隧道穿越的地层主要为寒武系浅灰色中厚～厚层状灰岩、白云质灰岩，局部夹薄层状泥质白云岩，节理及溶蚀裂隙发育，岩溶及岩溶水分布极多，岩溶是龙麟官隧道施工的主要地质危害，岩溶的预测预报、安全揭示和处理是隧道施工的关键。龙麟官隧道地处湖北恩施市白果坝镇附近，位于宜万铁路DK229+094-DK232+514段，为双线隧道。隧道全长3420m，最大埋深328m，线路设计为15.9‰单面上坡，隧道围岩为寒武系上统中厚层～厚层状灰岩。工程区域内岩溶强烈发育，地表岩溶洼地、落水洞、漏斗等岩溶形态多见，地下发育溶腔、溶槽和白果坝暗河系统，施工地质问题突出，但由于隧道位于垂直渗流带内，所以主要为干溶腔，施工过程中揭示了大大小小的溶腔四十多处，其中出口一处典型的特大型干溶腔，其规模之大为铁路史上罕见，并且形态复杂，围岩破碎，节理裂隙发育，施工安全及运营安全风险巨大，溶腔处理施工难度极大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其设计合理、施工简便、施工过程安全可靠且施工周期短、处理效果好，能有效解决现有大规模溶腔处理过程中存在的施工安全及运营安全风险较大、溶腔处理施工难度大、处理时间长、处理效果较差等实际问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，所施工隧道自需处理大规模溶腔的内部穿过，所施工隧道的隧道埋深为10m～70m，且所施工隧道按照布设位置前后顺序包括位于所述大规模溶腔前侧的前部隧道段和位于所述大规模溶腔后侧的后部隧道段，所述前部隧道段内铺设有前部路段，所述后部隧道段内所铺设有后部路段，所述前部路段与所述后部路段之间通过自所述大规模溶腔内部横穿的横穿溶腔路段进行连接，且所述横穿溶腔路段的左右两侧均悬空，所述前部路段、所述后部路段和横穿溶腔路段均为铁路或公路；所述大规模溶腔为由上至下尺寸逐渐增大的溶腔，且所述大规模溶腔底部沿所施工隧道纵向延伸方向的长度大于100m，所述大规模溶腔底部的横向宽度大于50m；所述大规模溶腔顶部延伸至地表面，所述大规模溶腔底部距所施工隧道中所铺设路基之间的垂直距离大于50m；所述大规模溶腔以所述横穿溶腔路段为界分为上部溶腔和下部溶腔，所述上部溶腔为一个由上至下内径逐渐增大的溶腔开口，且所述上部溶腔的内壁由上至下逐渐向外倾斜，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、边坡开挖及加固施工：对所述上部溶腔的内壁进行开挖，并相应开挖形成位于所述横穿溶腔路段左右两侧的边坡，并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理；所述边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；
步骤二、岩渣回填：采用岩渣对所述下部溶腔进行充填，并形成供横穿溶腔路段铺设的充填基层；
步骤三、充填基层注浆加固：采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层进行加固，并获得供横穿溶腔路段铺设的路堑一，且步骤一中所述边坡相应为路堑边坡；所述稳固桩为由水泥砂浆灌注而成的桩体，且灌注水泥砂浆之前，先按常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔；
步骤四、横穿溶腔路段铺设施工：在步骤三中所述的路堑一上，且按照常规铁路或公路的铺设施工方法，对所述横穿溶腔路段进行铺设施工。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段后侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成后侧边坡，同时采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的后侧边坡进行加固处理，所述后侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层进行加固后，所述后侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供前端路段铺设的铺设平台一，所述铺设平台一的宽度不小于10m；步骤一中对所述前侧边坡进行开挖时，还需同时对所述铺设平台一的左右两侧分别进行开挖施工，并使得所述铺设平台一形成供所述前端路段铺设的路堑二，所述前端路段为位于所述后段路段前端且纵向长度不小于10m的路段，且所述前端路段铺设于前端隧道段内，所述前端隧道段为位于所述后部隧道段前端且纵向长度不小于10m的隧道段；所述路堑二和路堑一的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层进行加固后且对所述前端路段进行铺设施工之前，按照常规明洞法施工方法，对所述前端隧道段进行施工，且待所述前端隧道段施工完成后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法对所述前端路段进行铺设施工。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：所述前端隧道段施工完成后，再按照常规暗洞法施工方法，对所述后部隧道段中的后续隧道段继续进行施工。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤一中对所述边坡进行开挖时，采用爆破开挖施工方法进行开挖；步骤一中所述的边坡由上至下分为多级斜坡，且上下相邻两级斜坡之间均设置有一个宽度为2m～4m的平台，多级所述斜坡的坡度由上至下逐渐增大；实际对所述边坡进行开挖时，先采用梯段爆破法对多级所述斜坡进行爆破开挖，并采用光面爆破法进行刷坡，且光面爆破过程中对光爆层炸除后，形成一个平整的开挖面。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤一中对多级所述斜坡进行开挖时，由上至下对多级所述斜坡先后进行开挖；并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理时，由上至下对开挖完成的多级所述斜坡依次进行加固处理，且每开挖一级斜坡，便采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的该级斜坡进行加固处理。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤三中所述的稳固桩包括桩高为25m±5m的表层稳固桩和向下深入至大规模溶腔底部的深层稳固桩两种类型，所述注浆孔相应包括用于成型所述表层稳固桩的表层注浆孔和用于成型所述深层稳固桩的深层注浆孔，所述表层注浆孔的孔深为25m±5m，所述深层注浆孔向下钻至大规模溶腔底部；所述表层注浆孔和深层注浆孔的数量均为多个，且所述表层注浆孔和深层注浆孔呈梅花型布设。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤三中所述的采用常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔过程中，当钻进过程中遇到未充填的空洞时，先采用吹砂设备对所述空洞进行吹砂填充，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔；而当钻孔过程中套管无法继续跟进时，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤三中所述的对充填基层进行加固时，先施工多个所述表层稳固桩，且待多个所述表层稳固桩均施工完成后，再对多个所述深层稳固桩进行施工；且对多个所述表层稳固桩或者多个所述深层稳固桩进行施工时，均由大规模溶腔的四周侧逐渐向中部进行施工。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：相邻两个表层注浆孔之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m，且相邻两个深层注浆孔之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m；所述表层注浆孔和深层注浆孔的孔径均为110mm±10mm。
上述一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征是：步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段前侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成前侧边坡，且采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的前侧边坡进行加固处理，所述前侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层进行加固后，所述前侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供后端路段铺设的铺设平台二；步骤一中对所述前侧边坡进行开挖的同时，还需对所述铺设平台二的左右两侧分别进行边坡开挖施工，并使得所述铺设平台二形成供所述后端路段的路堑三；所述铺设平台二的宽度不小于10m，所述后端路段为位于所述前段路段后端且纵向长度不小于10m的路段；所述路堑三和路堑一的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层进行加固后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法，在所述路堑三上对后端路段进行铺设施工；
步骤三中所述的采用多个稳固桩对充填基层进行加固后，所述充填基层中设置有多个所述稳固桩的区域为注浆加固区域，所述注浆加固区域由前至后沿后端路段、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的中心线进行布设，注浆加固区域的横向宽度大于后端路段、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的路宽，且注浆加固区域的纵向长度大于后端路段、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的纵向总长度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、设计合理、施工步骤简单且各施工步骤间的衔接安排妥当，施工方便且造价低。
2、采用注浆加固路基并相应形成路堑的形式对上小下大且呈钟状的大规模溶腔进行处理，具体是将溶腔段改为路基，并在所施工铁路隧道的轨面以上放坡开挖形成路堑，溶腔处理结束后再重新进洞施工，施工工期短、施工效率高且所用施工设备数量少、省时省力，能简单、方便、快速且高质量地对岩溶隧道施工中的大规模溶腔处理过程。
3、能对上小下大且呈钟状的大规模溶腔进行有效处理，并且处理方法简单且处理时间短，因而不会对后续隧道的施工造成较大影响。
4、注浆加固后的路基结构稳固、施工方便、操作简便且投入成本低、使用效果好，具体是用硬质岩渣对所施工隧道轨面以下进行回填后，再采用注浆加固，且注浆加固结束后，便可直接对横穿溶腔路段后侧的后部隧道段进行正常施工。
5、注浆加固处理效果好，且最终形成的注浆加固区域结构稳固，采用表层稳固桩和深层稳固桩进行双重加固，受力体系稳定，能有效提高所施工隧道的承载能力；并且注浆加固工艺设计合理，实际进行注浆加固时，先对表层稳固桩进行施工，之后再对深层稳固桩进行施工，即采用隔孔注浆方式；同时对表层稳固桩和深层稳固桩进行施工时，均由溶腔四周侧逐渐向中部进行施工。
6、施工过程安全可靠，对大溶腔进行处理时，根据具体情况将路段分为前部路段、横穿溶腔路段和后部路段，且针对不同的路段采用不同的施工方法，其中前部路段中的后端路段、横穿溶腔路段和后部路段中的前端路段均布设在岩渣充填且注浆加固后形成的注浆加固区域上，同时需对注浆加固区域两侧边坡进行开挖以形成路堑；对横穿溶腔路段来说，不设置隧道洞身结构，直接在路堑上铺设施工即可；对于后部路段中的前端路段来说，采用明洞法施工前端隧道段的洞身结构，并在路堑上铺设施工前端路段；对于前部路段中的后端路段来说，采用与横穿溶腔路段相同的处理方式；在前端隧道段施工完成后，再重新进洞施工。采用上述施工方式施工后，能有效保证施工安全，并有效避免大规模溶腔可能带来的地质问题，施工步骤安全可靠且实现方便。同时，为方便排除溶腔过路水，路基两侧设混凝土排水沟。
7、施工效果好，实现了在安全基础上力求操作简便的目标，整个溶腔的处理措施安全可靠，操作简便且处理时间短，稳固处理效果好，为隧道提供了一个稳固可靠的承力基础，所施工完成的隧道运营风险较小。
8、实用价值高，具有很高的经济和社会价值，推广应用前景广泛，本发明出一套适合岩溶地区中上小下大且呈钟状的大规模溶腔的快速安全处理方法，大大缩短了施工工期，节省了大量的人力物力投入，并且施工安全可靠，能有效推广至诸如此类的大规模溶腔处理过程。同时，从经济性来考虑，所采用的大型机械设备较少且作业工序少。
综上所述，本发明设计合理、施工简便、施工过程安全可靠且施工周期短、处理效果好，能简单方便、低成本、高质量且快速、安全可靠地完成岩溶地区中上小下大且呈钟状的大规模溶腔处理过程，能有效解决现有大规模溶腔处理过程中存在的施工安全及运营安全风险较大、溶腔处理施工难度大、处理时间长、处理效果较差等多种实际问题。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明对大规模溶腔进行处理时的处理方法流程图。
图2为本发明所施工区域的地质纵向结构示意图。
图3为本发明所施工后段路段的横向断面结构示意图。
图4为本发明所施工前端路段后侧的横向断面结构示意图。
图5为本发明所施工前端路段与横穿溶腔路段间交接处的横向断面结构示意图。
图6为本发明所施工横穿溶腔路段中部的横向断面结构示意图。
图7为本发明所施工横穿溶腔路段后部的横向断面结构示意图。
图8为本发明所施工后端路段中部的横向断面结构示意图。
图9为本发明所施工后端路段后侧的横向断面结构示意图。
图10为本发明所采用多个注浆孔的布设位置示意图。
附图标记说明：
1-光爆层； 2-施工隧道； 3-大规模溶腔；
4-充填基层； 5-路堑一； 6-路堑边坡；
7-表层注浆孔； 8-深层注浆孔； 9-后部隧道段；
9-1-前端隧道段； 10-前部隧道段； 11-注浆加固区域；
12-后端路段； 13-路肩； 14-路堑二；
15-路堑三； 16-注浆加固区边线； 17-光面爆破线
具体实施方式
如图2、图3、图4和图5所示，所施工隧道2自需处理大规模溶腔3的内部穿过，所施工隧道2的隧道埋深为10m～70m，且所施工隧道2按照布设位置前后顺序包括位于所述大规模溶腔3前侧的前部隧道段10和位于所述大规模溶腔3后侧的后部隧道段9，所述前部隧道段10内铺设有前部路段，所述后部隧道段9内所铺设有后部路段，所述前部路段与所述后部路段之间通过自所述大规模溶腔3内部横穿的横穿溶腔路段进行连接，且所述横穿溶腔路段的左右两侧均悬空(即所述横穿溶腔路段的左右两侧均没有可以支撑的路基)，所述前部路段、所述后部路段和横穿溶腔路段均为铁路或公路。所述大规模溶腔3为由上至下尺寸逐渐增大的溶腔，且所述大规模溶腔3底部沿所施工隧道2纵向延伸方向的长度大于100m，所述大规模溶腔3底部的横向宽度大于50m。所述大规模溶腔3顶部延伸至地表面，所述大规模溶腔3底部距所施工隧道2中所铺设路基之间的垂直距离大于50m。所述大规模溶腔3以所述横穿溶腔路段为界分为上部溶腔和下部溶腔，所述上部溶腔为一个由上至下内径逐渐增大的溶腔开口，且所述上部溶腔的内壁由上至下逐渐向外倾斜。
本实施例中，如图2所示，所施工隧道2为铁路隧道，所述大规模溶腔3整体呈钟状，其尺寸上小下大，发育里程DK232+335.6～DK232+506.8，其长轴与所施工铁路隧道的延伸方向平行，底部轴向长度为171m，横向宽度为65m，且大规模溶腔3底部的最低高程为589.68m，而大规模溶腔3中溶腔发育段的路肩施工高程在663m～666m之间，即溶腔最底部距路肩的高度为76m，所施工铁路隧道的埋深约10m～70m。
本实施例中，所述大规模溶腔3为寒武系浅灰色中厚层～厚层状的灰岩、白云质灰岩，局部夹薄层状泥质白云岩。所述大规模溶腔3中岩层产状196～236°∠18～22°，略有揉皱现象，该段构造节理和溶蚀裂隙发育。受节理切割影响，大规模溶腔3溶腔顶部、侧壁的岩体破碎，洞顶及侧壁掉块现象严重，特别是雨季掉块频繁，所掉块体最大尺寸为3m×4m×5m。施工时，溶腔塌顶堆积于溶腔底部。溶腔底部的堆积物块径为0.5m～5.0m，局部有少量黏土充填，堆积最大厚度30m～40m。同时，经探测发现本大规模溶腔3为古暗河通道，随着地壳的抬升、溶蚀作用的下切，此时该大规模溶腔3处于垂直渗流带内，雨季承接部分过路水。
如图1所示，实际对所述大规模溶腔3进行处理时，其处理包括以下步骤：
步骤一、边坡开挖及加固施工：对所述上部溶腔的内壁进行开挖，并相应开挖形成位于所述横穿溶腔路段左右两侧的边坡，并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理；所述边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜。
实际施工时，对所述边坡进行开挖时，采用爆破开挖施工方法进行开挖；步骤一中所述的边坡由上至下分为多级斜坡，且上下相邻两级斜坡之间均设置有一个宽度为2m～4m的平台，多级所述斜坡的坡度由上至下逐渐增大。实际对所述边坡进行开挖时，先采用梯段爆破法对多级所述斜坡进行爆破开挖，并采用光面爆破法进行刷坡，且光面爆破过程中对光爆层1炸除后，形成一个平整的开挖面。其中，进行光面爆破时，沿光面爆破线17布设炮孔。
本实施例中，实际对多级所述斜坡进行开挖时，由上至下对多级所述斜坡先后进行开挖；并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理时，由上至下对开挖完成的多级所述斜坡依次进行加固处理，且每开挖一级斜坡，便采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的该级斜坡进行加固处理。
步骤二、岩渣回填：采用岩渣对所述下部溶腔进行充填，并形成供横穿溶腔路段铺设的充填基层4。
步骤三、充填基层注浆加固：采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层4进行加固，并获得供横穿溶腔路段铺设的路堑一5，且步骤一中所述边坡(具体是位于所述横穿溶腔路段左右两侧的边坡)相应为路堑边坡6；所述稳固桩为由水泥砂浆灌注而成的桩体，且灌注水泥砂浆之前，先按常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔。
步骤四、横穿溶腔路段铺设施工：在步骤三中所述的路堑一5上，且按照常规铁路或公路的铺设施工方法，对所述横穿溶腔路段进行铺设施工。
步骤一中实际施工过程中，对路堑边坡6采用自上而下分级爆破开挖，爆破时预留光爆层1以控制路堑边坡6的施工质量；且采用自上而下分级加固，开挖一级加固一级，加固时搭设双层脚手架。本实施例中，所述路堑边坡6共分三级开挖并刷坡，由上而下施工，分级处(即上下相邻两级斜坡之间)均设置有一个宽度为3m的平台，自上而下各级斜坡的坡度分别控制为1∶0.30、1∶0.20和1∶0.10。开挖施工时，由于大型挖掘设备无法使用，因而首先进行危石清理，然后采用分次爆破倒悬体(具体指未开挖之前，所述大规模溶腔3的内壁由上至下逐渐向外侧倾斜，则大规模溶腔3的内侧壁上存在一个由上至下尺寸逐渐缩小的倒悬体)，待大部分倒悬体爆破完成后，再分级开挖并刷坡。开挖爆破采用梯段爆破方法，刷坡采用光面爆破，爆破药量根据实际情况及时调整。开挖爆破设计：
本实施例中，炮孔参数：炮孔倾角a＝90°，炮孔直径d＝110mm；梯段高度：台阶高度H＝20m，H≥(0.060～0.064)d；最小抵抗线：W＝Wmax-0.05H＝3.75-0.05×25＝2.5m；堵塞长度：h＝1×W＝3.2m；炮孔的孔距与排距分别为：a＝m×W＝1.4×2.5＝3.5m，b＝a/m＝3.5÷1.1＝3.2m(m为炮孔密集系数，且其取0.8～1.4)；装药量计算：每个炮孔装药量计算公式为Q＝q×a×w×H，炮孔底部超钻：H1＝(0.15～0.35)W＝0.75m。
实际钻取炮孔时，要先平整钻机的作业场地，为使钻机就位，利用风枪打孔小爆破，整平作业面，作业面的平整度要保障钻机移动和钻孔时安全。之后，按设计的孔距和排距钻孔。对台阶面边缘的炮孔，特别是小里程处的炮孔的最小抵抗线设计不要过小，以免最小抵抗线方向出现飞石。钻孔时要根据设计要求，确保孔位、孔深、方向、倾角误差在规范允许范围内。装药前，需测量各炮孔的孔深，依据孔深度调整装药量；采用炮泥堵塞，为防止卡孔，要分多次回填，边回填边用炮棍捣实，同时要注意保护导爆管。连线时避免踩踏孔外的导爆管，为确保网路准爆，采用双雷管双导爆管网路。爆破之后严禁立即解除警戒，派专业人员到现场察看，发现哑炮及时处理；对爆破效果进行分析和记录，保证最里侧3m光面爆破效果符合《路基施工验收标准》规定最大超挖不得大于5cm。
所述路堑边坡6开挖完成后，需及时对开挖完成的路堑边坡6进行加固。实际进行加固时，采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理，且加固处理时，需搭设双层脚手架。所述双层脚手架距需加固边坡坡面之间的距离为30cm±5cm，所述双层脚手架中立杆的纵横向间距和横杆的步距均为90cm±10cm，且所述双层脚手架由上至下通过多个砂浆锚杆与需加固边坡的坡面相连。
本实施例中，对双层脚手架进行搭设之前，先清理脚手架底部的块石，加固脚手架基础，且确认安全后开始在脚手架基础上面搭设。搭设双层脚手架距岩壁30cm左右，纵横向间距以及步距均采用90cm。双层脚手架每升高3排增加一组砂浆锚杆与岩壁相连，所搭设双层脚手架的倾斜度误差要在规范要求范围内，否则要返工重新搭设。双层脚手架搭设完成后，施工人员站在双层脚手架的木板上进行挂网喷混作业。根据设计要求刷坡到位后，采用自钻式锚杆及挂网锚喷混凝土进行防护。自钻式锚杆按设计图纸水平向和垂直向的间距均为3m，长10m，与水平面下倾15°布置钻进。挂网锚喷锚杆长为3m，间距为2m。钢筋网为φ6网片，网格间距为1.0m×1.0m。
实际进行加固处理时，需注意以下几点：第一、布孔：由测量工用红漆在岩壁上按设计要求准确标记钻孔位置；第二、钻孔：钻进过程中要经常校正钻孔方向，第一节锚杆钻进后松开钻具使用连接件加长锚杆校正角度后继续钻进；第三、注浆：锚杆钻进设计深度后继续旋转钻杆但不推进，利用钻机的高压风将孔内岩屑清理干净，将注浆管连接注浆泵，实施注浆；第四、挂网：将预制的网片挂在外露锚杆头上，通过铁丝固定；第五、喷混：将KBY＝50/70喷浆机通过小索吊吊运到二级坡上完成喷混作业。
本实施例中，边坡开挖完成且加固处理后，再采用岩渣对所述下部溶腔进行充填，并形成充填基层4，且步骤二中所采用的岩渣为硬质岩渣。
结合图10，实际对充填基层4进行注浆加固时，步骤三中所述的稳固桩包括桩高为25m±5m的表层稳固桩和向下深入至大规模溶腔3底部的深层稳固桩两种类型，所述注浆孔相应包括用于成型所述表层稳固桩的表层注浆孔7和用于成型所述深层稳固桩的深层注浆孔8，所述表层注浆孔7的孔深为25m±5m，所述深层注浆孔8向下钻至大规模溶腔3底部；所述表层注浆孔7和深层注浆孔8的数量均为多个，且所述表层注浆孔7和深层注浆孔8呈梅花型布设。相邻两个表层注浆孔7之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m，且相邻两个深层注浆孔8之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m；所述表层注浆孔7和深层注浆孔8的孔径均为110mm±10mm。
本实施例中，所述表层注浆孔7的孔深为25m，所述深层注浆孔8向下钻至大规模溶腔3底部，相邻两个表层注浆孔7之间的横向间距和纵向间距均为5m，且相邻两个深层注浆孔8之间的横向间距和纵向间距均为5m；所述表层注浆孔7和深层注浆孔8的孔径均为110mm。
采用常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔过程中，当钻进过程中遇到未充填的空洞时，先采用吹砂设备对所述空洞进行吹砂填充，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔；而当钻孔过程中套管无法继续跟进时，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔。本实施例中，所述未充填的空洞为直径大于10cm的较大空洞。
本实施例中，实际对充填基层4进行加固时，先施工多个所述表层稳固桩，且待多个所述表层稳固桩均施工完成后，再对多个所述深层稳固桩进行施工(即采用隔孔注浆法)；且对多个所述表层稳固桩或者多个所述深层稳固桩进行施工时，均由大规模溶腔3的四周侧逐渐向中部进行施工。也就是说，对多个所述表层稳固桩进行施工时，先对位于大规模溶腔3四周的表层稳固桩进行施工，再对位于大规模溶腔3中部的表层稳固桩进行施工。同样，对多个所述深层稳固桩进行施工时，先对位于大规模溶腔3四周的深层稳固桩进行施工，再对位于大规模溶腔3中部的深层稳固桩进行施工。
本实施例中，对所述注浆孔内进行施工时，由于填料松散且粒径不均匀，注浆孔成孔困难，为避免钻进时塌孔、卡钻，同时为了保证注浆效果，采用分段前进式注浆。钻取所述注浆孔时，采用HY-100型地质钻机。由于填料松散，为避免塌孔、卡钻，采用套管跟进方式进行钻孔，且钻孔过程中根据地质的具体情况，每钻进8m～10m就注浆加固，然后换位重钻(具体是在目前所钻注浆孔周侧20cm～30cm范围内进行重钻。钻进过程中，如遇较大空洞，先吹砂填充，然后注入水泥砂浆加固，完成后换位重钻。
实际进行注浆时，采用BW-150型注浆机及BWS200型砂浆泵，吹砂用高压风进行吹砂。注浆时，对于较大的空腔采用机制砂灌注，对较小的空隙、裂隙采用M10水泥砂浆灌注，然后再采用水灰比为0.8∶1～1∶1的水泥浆进行注浆加固。所述注浆孔的开孔孔径不小于φ110mm，终孔孔径不小于φ91mm。灌注时，采用机制砂及M10水泥砂浆；注浆水泥采用Po32.5水泥，采用单液注浆，配比用0.8∶1～1∶1。另外，注浆时的注浆压力为0.3MPa～0.5MPa。当注浆孔孔口周围或其它地方冒浆严重时，应停止注浆。另外，注浆结束后，还需对不小于5％的注浆孔进行钻孔检查，根据芯样浆液充填情况直观判断注浆效果。土层、裂隙岩溶等必须干钻取芯，岩芯采取率＞90％。检查注浆孔的同时，还需同步进行补浆，即检查注浆不饱满时应进行补浆。
本实施例中，所述大规模溶腔3的发育里程为DK232+335.6～DK232+506.8，所述横穿溶腔路段的纵向长度与未开挖之前大规模溶腔3中上部溶腔的尺寸相对应，且所述横穿溶腔路段的里程为DK232+420～DK232+468。
实际施工过程中，步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段后侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成后侧边坡，同时采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的后侧边坡进行加固处理，所述后侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜。且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层4进行加固后，所述后侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供前端路段铺设的铺设平台一，所述铺设平台一的宽度不小于10m。步骤一中对所述前侧边坡进行开挖时，还需同时对所述铺设平台一的左右两侧分别进行开挖施工，并使得所述铺设平台一形成供所述前端路段铺设的路堑二14，所述前端路段为位于所述后段路段前端且纵向长度不小于10m的路段，且所述前端路段铺设于前端隧道段9-1内，所述前端隧道段9-1为位于所述后部隧道段9前端且纵向长度不小于10m的隧道段。所述路堑二14和路堑一5的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层4进行加固后且对所述前端路段进行铺设施工之前，按照常规明洞法施工方法，对所述前端隧道段进行施工，且待所述前端隧道段施工完成后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法对所述前端路段进行铺设施工。且所述前端隧道段施工完成后，再按照常规暗洞法施工方法，对所述后部隧道段9中的后续隧道段继续进行施工。
本实施例中，所述前端隧道段9-1的里程为DK232+402～DK232+420，则前端路段的纵向长度为18m。所述前端隧道段9-1施工结束后，在隧道的仰坡顶设5m高的RX-050型SNS被动拦石网防护，增加运营安全。
另外，步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段前侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成前侧边坡，且采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的前侧边坡进行加固处理，所述前侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜。且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层4进行加固后，所述前侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供后端路段12铺设的铺设平台二。步骤一中对所述前侧边坡进行开挖的同时，还需对所述铺设平台二的左右两侧分别进行边坡开挖施工，并使得所述铺设平台二形成供所述后端路段12的路堑三15；所述铺设平台二的宽度不小于10m，所述后端路段12为位于所述前段路段后端且纵向长度不小于10m的路段。所述路堑三15和路堑一5的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层4进行加固后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法，在所述路堑三15上对后端路段12进行铺设施工。
本实施例中，所述后端路段12的里程为DK232+468～DK232+490，则所述后端路段12的纵向长度为22m。因而，实际对所述前部隧道段进行施工时，应按照常规隧道施工方法施工至里程DK232+490时，便停止向前施工，之后进入本发明步骤一至步骤四中所述的大规模溶腔处理过程。而待前端隧道段施工完成后，再按照常规暗洞法施工方法，对所述后部隧道段9中的后续隧道段继续进行施工，图3为后段路段中里程DK232+380处的横向断面结构示意图，图4为前端路段前侧即里程DK232+400处的横向断面结构示意图，图5为前端路段与横穿溶腔路段间交接处即里程DK232+420处的横向断面结构示意图，图6为横穿溶腔路段中部即里程DK232+440处的横向断面结构示意图，图7为横穿溶腔路段后部即里程DK232+460处的横向断面结构示意图。
本实施例中，由于里程DK232+468～DK232+506.8的施工区域中隧道埋深比较浅，因而里程DK232+468～DK232+506.8仍采用与后端路段12相同的施工方法，即不设置隧道机构，直接在开挖形成的路堑上施工铁路即可，图8为后端路段中部即里程DK232+480处的横向断面结构示意图，图9为后端路段后侧即里程DK232+500处的横向断面结构示意图。
相应地，步骤三中所述的采用多个稳固桩对充填基层4进行加固后，所述充填基层4中设置有多个所述稳固桩的区域为注浆加固区域11，所述注浆加固区域11由前至后沿后端路段12、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的中心线进行布设，注浆加固区域11的横向宽度大于后端路段12、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的路宽，且注浆加固区域11的纵向长度大于后端路段12、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的纵向总长度。本实施例中，注浆加固区域11的里程为DK232+375～DK232+490，且注浆加固区域11的左右两侧边线分别为注浆加固区边线16。
本实施例中，所述路堑一5、路堑二14和路堑三15的结构均相同，且三者的左右两侧均设置有路肩13，同时为排水通畅，在路堑一5、路堑二14和路堑三15的左右两侧还设置有排水沟槽。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，所施工隧道(2)自需处理大规模溶腔(3)的内部穿过，所施工隧道(2)的隧道埋深为10m～70m，且所施工隧道(2)按照布设位置前后顺序包括位于所述大规模溶腔(3)前侧的前部隧道段(10)和位于所述大规模溶腔(3)后侧的后部隧道段(9)，所述前部隧道段(10)内铺设有前部路段，所述后部隧道段(9)内所铺设有后部路段，所述前部路段与所述后部路段之间通过自所述大规模溶腔(3)内部横穿的横穿溶腔路段进行连接，且所述横穿溶腔路段的左右两侧均悬空，所述前部路段、所述后部路段和横穿溶腔路段均为铁路或公路；所述大规模溶腔(3)为由上至下尺寸逐渐增大的溶腔，且所述大规模溶腔(3)底部沿所施工隧道(2)纵向延伸方向的长度大于100m，所述大规模溶腔(3)底部的横向宽度大于50m；所述大规模溶腔(3)顶部延伸至地表面，所述大规模溶腔(3)底部距所施工隧道(2)中所铺设路基之间的垂直距离大于50m；所述大规模溶腔(3)以所述横穿溶腔路段为界分为上部溶腔和下部溶腔，所述上部溶腔为一个由上至下内径逐渐增大的溶腔开口，且所述上部溶腔的内壁由上至下逐渐向外倾斜，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤一、边坡开挖及加固施工：对所述上部溶腔的内壁进行开挖，并相应开挖形成位于所述横穿溶腔路段左右两侧的边坡，并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理；所述边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；
步骤二、岩渣回填：采用岩渣对所述下部溶腔进行充填，并形成供横穿溶腔路段铺设的充填基层(4)；
步骤三、充填基层注浆加固：采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层(4)进行加固，并获得供横穿溶腔路段铺设的路堑一(5)，且步骤一中所述边坡相应为路堑边坡(6)；所述稳固桩为由水泥砂浆灌注而成的桩体，且灌注水泥砂浆之前，先按常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔；
步骤四、横穿溶腔路段铺设施工：在步骤三中所述的路堑一(5)上，且按照常规铁路或公路的铺设施工方法，对所述横穿溶腔路段进行铺设施工。
2.按照权利要求1所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段后侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成后侧边坡，同时采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的后侧边坡进行加固处理，所述后侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层(4)进行加固后，所述后侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供前端路段铺设的铺设平台一，所述铺设平台一的宽度不小于10m；步骤一中对所述前侧边坡进行开挖时，还需同时对所述铺设平台一的左右两侧分别进行开挖施工，并使得所述铺设平台一形成供所述前端路段铺设的路堑二(14)，所述前端路段为位于所述后段路段前端且纵向长度不小于10m的路段，且所述前端路段铺设于前端隧道段(9-1)内，所述前端隧道段(9-1)为位于所述后部隧道段(9)前端且纵向长度不小于10m的隧道段；所述路堑二(14)和路堑一(5)的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层(4)进行加固后且对所述前端路段进行铺设施工之前，按照常规明洞法施工方法，对所述前端隧道段进行施工，且待所述前端隧道段施工完成后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法对所述前端路段进行铺设施工。
3.按照权利要求2所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：所述前端隧道段施工完成后，再按照常规暗洞法施工方法，对所述后部隧道段(9)中的后续隧道段继续进行施工。
4.按照权利要求1、2或3所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤一中对所述边坡进行开挖时，采用爆破开挖施工方法进行开挖；步骤一中所述的边坡由上至下分为多级斜坡，且上下相邻两级斜坡之间均设置有一个宽度为2m～4m的平台，多级所述斜坡的坡度由上至下逐渐增大；实际对所述边坡进行开挖时，先采用梯段爆破法对多级所述斜坡进行爆破开挖，并采用光面爆破法进行刷坡，且光面爆破过程中对光爆层(1)炸除后，形成一个平整的开挖面。
5.按照权利要求4所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤一中对多级所述斜坡进行开挖时，由上至下对多级所述斜坡先后进行开挖；并采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的边坡进行加固处理时，由上至下对开挖完成的多级所述斜坡依次进行加固处理，且每开挖一级斜坡，便采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的该级斜坡进行加固处理。
6.按照权利要求1、2或3所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤三中所述的稳固桩包括桩高为25m±5m的表层稳固桩和向下深入至大规模溶腔(3)底部的深层稳固桩两种类型，所述注浆孔相应包括用于成型所述表层稳固桩的表层注浆孔(7)和用于成型所述深层稳固桩的深层注浆孔(8)，所述表层注浆孔(7)的孔深为25m±5m，所述深层注浆孔(8)向下钻至大规模溶腔(3)底部；所述表层注浆孔(7)和深层注浆孔(8)的数量均为多个，且所述表层注浆孔(7)和深层注浆孔(8)呈梅花型布设。
7.按照权利要求1、2或3所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤三中所述的采用常规套管跟进的钻孔方式钻取注浆孔过程中，当钻进过程中遇到未充填的空洞时，先采用吹砂设备对所述空洞进行吹砂填充，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔；而当钻孔过程中套管无法继续跟进时，再采用注浆设备对此时已钻成的钻孔进行注浆，随后再在距离当前所述钻孔20cm～30cm的位置处重新钻取注浆孔。
8.按照权利要求6所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤三中所述的对充填基层(4)进行加固时，先施工多个所述表层稳固桩，且待多个所述表层稳固桩均施工完成后，再对多个所述深层稳固桩进行施工；且对多个所述表层稳固桩或者多个所述深层稳固桩进行施工时，均由大规模溶腔(3)的四周侧逐渐向中部进行施工。
9.按照权利要求6所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：相邻两个表层注浆孔(7)之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m，且相邻两个深层注浆孔(8)之间的横向间距和纵向间距均为5m±1m；所述表层注浆孔(7)和深层注浆孔(8)的孔径均为110mm±10mm。
10.按照权利要求2所述的一种岩溶隧道大规模溶腔处理方法，其特征在于：步骤一中进行边坡开挖及加固施工时，需同时对位于所述横穿溶腔路段前侧的所述上部溶腔的内壁进行开挖，并形成前侧边坡，且采用锚网喷联合支护方法对开挖完成的前侧边坡进行加固处理，所述前侧边坡由上至下逐渐向所述横穿溶腔路段一侧倾斜；且步骤三中采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层(4)进行加固后，所述前侧边坡的坡底与步骤四中所述横穿溶腔路段前端之间形成一个供后端路段(12)铺设的铺设平台二；步骤一中对所述前侧边坡进行开挖的同时，还需对所述铺设平台二的左右两侧分别进行边坡开挖施工，并使得所述铺设平台二形成供所述后端路段(12)的路堑三(15)；所述铺设平台二的宽度不小于10m，所述后端路段(12)为位于所述前段路段后端且纵向长度不小于10m的路段；所述路堑三(15)和路堑一(5)的结构相同且二者连接为一体，步骤三中所述的采用多个稳固桩对步骤二中所述的充填基层(4)进行加固后，再按照常规铁路或公路的铺设施工方法，在所述路堑三(15)上对后端路段(12)进行铺设施工；
步骤三中所述的采用多个稳固桩对充填基层(4)进行加固后，所述充填基层(4)中设置有多个所述稳固桩的区域为注浆加固区域(11)，所述注浆加固区域(11)由前至后沿后端路段(12)、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的中心线进行布设，注浆加固区域(11)的横向宽度大于后端路段(12)、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的路宽，且注浆加固区域(11)的纵向长度大于后端路段(12)、所述横穿溶腔路段和所述前端路段的纵向总长度。
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