CN110985060A - 隧道上部溶洞的防护结构 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种隧道上部溶洞的防护结构：混凝土护拱，紧贴隧道初期支护设置，并且与隧道初期支护的外轮廓一致；外层护拱，紧贴所述混凝土护拱设置，并且与所述混凝土护拱的外轮廓一致；混凝土缓冲层，紧接所述外层护拱设置，在预设的高度内填充所述外层护拱和溶洞内壁所限定的空腔内；砂质缓冲层，紧贴所述混凝土缓冲层，在预设的高度内填充所述混凝土缓冲层顶部和溶洞内壁所限定的空腔内；混凝土挡墙，从溶洞底部沿溶洞侧壁延伸至溶洞顶部的地表，环绕隧道设置。本申请提供一种施工效率高，施工过程风险低，能够合理处治隧道上部空腔溶洞并使结构安全稳定的防护结构，提高隧道工程施工质量，加快施工进度，保证施工期的安全和运营期的稳定。
Description
技术领域
本申请涉及一种路桥施工领域，尤其涉及一种隧道上部溶洞的处理方法。
背景技术
岩溶地区具有复杂的地质构造，常发育裂隙、断层、溶洞并有含泥、富水等特征。在隧道开挖掘进的过程中，若上部出现空腔溶洞地质体，会存在掉块坍塌以及突泥涌水等灾害的危险。溶洞掉块坍塌是由于地层中可溶性岩石在溶蚀作用下完整性和稳定性遭到了破坏，围岩强度降低，在施工扰动下会出现部分岩体脱离母岩甚至整体垮塌的情况，突泥涌水现象则是由溶洞与周围介质以及地表的水力联系程度决定，并不是随机现象。对隧道附近的地质构造、水系特征和气候条件进行调查，并对溶洞进行科学合理的处治，才能保证施工质量和安全，降低风险。
传统的隧道上部空腔溶洞的加固和回填的处治方法，一般是用于抵御溶洞顶部掉块坍塌的冲击荷载作用，避免发生初期支护遭到破坏，突泥涌水时则大多采用注浆、回堵、引排等措施，若后续发生多次突泥和岩溶继续发育的情况，这些现有技术在处理隧道上部大型突泥溶洞时会存在较大的安全隐患，不能保证施工安全和隧道结构稳定。
发明内容
本申请的目的是旨在提供一种科学合理，施工效率高风险低，能够合理处治隧道上部空腔溶洞并使结构安全稳定的施工方法，具体是一种隧道上部溶洞的处理方法。
为达到以上技术目的，本申请采用的技术方案如下：
一种隧道上部溶洞的防护结构，其包括：
混凝土护拱，紧贴隧道初期支护设置，并且与隧道初期支护的外轮廓一致；
外层护拱，紧贴所述混凝土护拱设置，并且与所述混凝土护拱的外轮廓一致；
混凝土缓冲层，紧接所述外层护拱设置，在预设的高度内填充所述外层护拱和溶洞内壁所限定的空腔内；
砂质缓冲层，紧贴所述混凝土缓冲层，在预设的高度内填充所述混凝土缓冲层顶部和溶洞内壁所限定的空腔内；
混凝土挡墙，从溶洞底部沿溶洞侧壁延伸至溶洞顶部的地表，环绕隧道设置。
具体地，所述外层护拱包括拱形排列的钢拱架、架设在所述钢拱架背面的钢筋网片顶模、喷射固定在所述钢筋网片顶模上的混凝土层以及埋设在所述钢拱架内部的透水盲管；所述外层护拱的护拱基础设置在溶洞底部或侧壁上；所述透水盲管与隧道引流孔道连通。
优选地，所述混凝土护拱和混凝土缓冲层的强度相当于C20混凝土的强度。
优选地，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护到所述砂质缓冲层的底部的泵送管。
更优选地，所述泵送管的周围的钢质骨架上开设有多个出口，以渗出混凝土至预设的混凝土护拱区域。
进一步地，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护到所述砂质缓冲层的顶部以上的吹砂管。
优选地，至少一根所述吹砂管沿隧道掌子面的中轴线布设。
优选地，所述混凝土缓冲层的顶部距离所述外层护拱至少150cm；所述砂质缓冲层的厚度至少为200cm。
可选择地，所述砂质缓冲层由粒径为3.1mm的砂粒构成。
进一步地，所述混凝土挡墙的混凝土基础设置在溶洞底部；所述混凝土挡墙表面设置安全棚架，所述安全棚架的顶部与溶洞顶部的距离大于4.5m。
更进一步地，所述混凝土挡墙内部设有排水孔，所述排水孔与隧道引流孔道连通；所述排水孔入口处设置反滤层。
可选择地，所述反滤层包括堆叠的由土工布包裹的碎石。
优选地，所述混凝土挡墙内部设有至少三层排水孔，每层的竖向间距为100cm，所述排水孔出口的最低点高出所述混凝土挡墙的基础至少30cm。
与现有技术相比较，本申请具有如下优势：
(1)本申请的隧道上部溶洞的处理方法应用在横切山体隧道上部大型突泥溶洞的处理，其包括浇筑混凝土挡墙、安装泄水管引流、护拱施工、初期支护施工、混凝土和砂粒回填施工等步骤，溶洞回填、引排水和隧道支护进行了有效的结合，能够抵御溶洞掉块坍塌的冲击荷载和突泥涌水灾害的影响，施工效率高风险低，能够保证隧道结构的安全稳定。
(2)本申请的隧道上部溶洞的处理方法，其中，混凝土挡墙和泄水管引流相结合的处治方法，能够有效的解决含泥溶腔涌水突泥增压的问题，在岩溶作用导致溶洞继续发育的情况下保证了隧道支护结构的稳定，避免了后期运营过程中会产生渗漏水的现象，有效的延长了岩溶强烈发育地区隧道的使用寿命。
(3)本申请的隧道上部溶洞的处理方法，能够同时完成混凝土护拱施工和溶洞回填，减少了泵送管的设置数量，降低了预埋泵送管对初期支护结构造成的损伤，规避了常规混凝土护拱施工时存在的泵送管极易堵塞的问题，有效的提高了施工质量和施工进度。
附图说明
图1为本申请隧道上部溶洞的处理方法处理后溶洞的防护结构示意图。
图中标号说明如下：
1-溶洞、2-混凝土挡墙、3-排水孔、4-外层护拱、5-初期支护、6-混凝土护拱、7-泵送管、8-透水盲管、9-吹砂管、10-混凝土缓冲层、11-砂质缓冲层、12-泄水管。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细描述。
以下结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细描述。
一种隧道上部溶洞的处理方法，其包括以下步骤：
S1：隧道掌子面的上部通过溶洞底部之后，清理溶洞内部；
隧道掘进过程中遇到隧道上部的溶洞发育并伴有突泥灾害时，应立即停止掌子面开挖和支护施工，及时撤离现场施工人员，待情况稳定后进行现场勘查，确认隧道掌子面前和隧道四周的地质结构特征。在隧道工程所处地区开展地质调查工作，查明该地区的地下水系统结构特征、空间展布规律、补径排条件以及施工条件下发生的变化，将本隧道工程的岩溶水文地质条件整理成报告，为后续施工提供参考。
在隧道内部的排险和淤泥清理完成后，对溶洞周围不小于10m范围内已完成施工的初期支护加密设置沉降和变形观测点，严密监控周边围岩情况。
后续待开挖隧道上部掌子面揭露大型突泥溶洞后，按V级围岩的标准对溶腔口暗洞进行开挖，采用台阶法施工，台阶开挖每循环进尺不得超过0.6m，上台阶采用人工风镐配合机械开挖，在收敛无明显变化、围岩稳定良好的情况下改用微振动光面爆破法共同爆除，开挖后对边墙进行喷锚网系统初期支护，以实现溶洞内部的清理和加固。
采用爆破作业时必须运用微振动光面爆破法，炮眼痕迹率不小于50％，相邻两孔之间的岩面平整，孔壁不应有明显的爆破裂隙；相邻两孔之间出现的台阶误差不得大于100mm。
S2：在溶洞与地表连通的一侧浇筑混凝土挡墙；
在需要浇筑混凝土挡墙区域，选择空间开阔且坚硬平整的岩面浇筑混凝土基础，设置安全棚架。棚架搭设时与溶洞顶部之间要留有足够的高度(本施工实例中不小于4.5m)，棚架顶部采用木板满铺，支架喷涂黄黑相间的安全标志。
在溶洞与地表连通一侧浇筑混凝土挡墙，对溶洞渗水区域和隧道轮廓线上部进行隔离，混凝土挡墙应分层浇筑，结合面进行凿毛确保接触良好，预留三层排水孔，竖向间距100cm呈梅花型布置，排水孔进口周围铺设土工布包裹碎石作反滤层，最下层排水孔底部(即排水孔出口的最低点)应高出所述混凝土基础30cm左右。
安装Φ100mm硬质空心管作为泄水管，使所述排水孔与隧道内的其他引流孔道连通，具体地是使所述排水孔与护拱外模的透水盲管连接并引流至隧道两侧的排水沟，以达到溶腔内及周边围岩水压力平衡，保证该段隧道的安全。
S3：对隧道进行外层护拱和初期支护施工；
进行外层护拱施工，对溶腔口每榀拱架位置进行精确放样定位并凿平基岩作为护拱基础，使所述护拱基础落在溶洞的底部或侧壁上。进一步地，钢拱架背面要架设钢筋网片顶模，架设工字钢拱架时要及时施作锁脚锚杆和钢筋予以连接组成联合支护，再在所述联合支护上分层喷射混凝土至设计厚度。
钢拱架拼装误差沿设计周边轮廓不大于±3cm，平面翘曲应小于±2cm，钢拱架背面与钢筋网片接触面应预留不小于40cm的空隙，以保证喷射砼的保护层厚度。
在进行过初喷作业的封闭岩面上进行初期支护施工，安装工字钢拱架时应与隧道轴线垂直置于稳定的基础上，并及时施作锁脚锚杆和锚固钢筋予以连接，然后挂网分层喷射混凝土至设计厚度。
所述对隧道进行外层护拱和初期支护施工时，在布设的钢质骨架(包括外层护拱的钢质骨架和初期支护的钢质骨架)上预埋输送混凝土的泵送管和输送砂粒缓冲层的吹砂管。
具体地，所述泵送管用于形成外层护拱和混凝土缓冲层；所述泵送管的入口露出在所述初期支护外，所述泵送管的末端延伸至预设的砂质缓冲层底部。这样布设的泵送管可以对混凝土护拱和混凝土缓冲层进行同步施工，或者分步施工时可以共用该泵送管道。进一步地，在预埋泵送管周围的钢筋骨架上切割出合适尺寸的孔洞，预埋泵送管输送的混凝土会沿所述孔洞流入初期支护和外层护拱之间的空隙，终凝后形成混凝土护拱。更进一步地，所述泵送管的管壁开设多个出口，以实现分浆功能，使混凝土可以更均匀更快速地填充到指定的区域。优选地，所述泵送管每次泵送厚度小于50cm的混凝土，当最上层混凝土的强度达到70％以上再进行下一次的泵送。更优选地，所述混凝土缓冲层的顶部距离所述外层护拱至少150cm。
进一步地，所述吹砂管用于形成所述混凝土缓冲层之上的砂质缓冲层；所述吹砂管的入口露出在所述初期支护外，所述吹砂管的末端延伸至预设的砂质缓冲层顶部以上。优选地，至少一根所述吹砂管沿隧道掌子面的中轴线布设。这样布设泵送管可以使吹入的砂粒更均匀地沉积在所述混凝土缓冲层之上。优选地，所述吹砂管用于输送粒径为3.1mm的砂粒。所述砂质缓冲层的厚度至少为200cm。
所述砂质缓冲层和混凝土缓冲层能有效的抵御溶洞顶面掉块坍塌的冲击荷载，保护隧道支护结构的稳定。所述混凝土缓冲层优选使用C20混凝土，所述混凝土护拱也可以同样使用C20混凝土。
S4：在所述外层护拱之外填充混凝土缓冲层；具体地，通过所述泵送管输送混凝土到预设的混凝土缓冲层区域，上文已提及的混凝土缓冲层的内容，此处不再重复。
S5：在所述混凝土缓冲层之上沉积砂质缓冲层；具体地，通过所述吹砂管输送砂粒到预设的砂质缓冲层区域，上文已提及的砂质缓冲层的内容，此处不再重复。
完成混凝土缓冲层和砂质缓冲层的施工之后需要分别对泵送管和吹砂管进行封堵处理，既要封堵初期支护端的出口，也要封堵另一端的出口，特别是吹砂管的上端(泵送管的上端已埋设在砂质缓冲层内)。
参考图1，是应用本申请所述的隧道上部溶洞的处理方法所形成的溶洞防护结构。该隧道上部溶洞的防护结构，以隧道为中心向外，依次包括混凝土护拱6、外层护拱4、混凝土缓冲层10、砂质缓冲层11和混凝土挡墙2。
所述混凝土护拱6，紧贴隧道初期支护5设置，并且与隧道初期支护5的外轮廓一致；
外层护拱4，紧贴所述混凝土护拱6设置，并且与所述混凝土护拱6的外轮廓一致；具体地，所述外层护拱4包括拱形排列的钢拱架、架设在所述钢拱架背面的钢筋网片顶模、喷射固定在所述钢筋网片顶模上的混凝土层以及埋设在所述钢拱架内部的透水盲管8；所述外层护拱4的护拱基础设置在溶洞1底部或侧壁上；所述透水盲管8与隧道引流孔道连通。
由此，所述混凝土护拱6是在外层护拱4施工完毕之后在隧道初期支护5和外层护拱4之间填充混凝土而成的。
混凝土缓冲层10，紧接所述外层护拱4设置，在预设的高度内填充所述外层护拱4和溶洞1内壁所限定的空腔内；砂质缓冲层11，紧贴所述混凝土缓冲层10，在预设的高度内填充所述混凝土缓冲层10顶部和溶洞1内壁所限定的空腔内；
所述混凝土缓冲层10和砂质缓冲层11是通过泵送管7和吹砂管9施工的。具体地，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护5到所述砂质缓冲层11的底部的泵送管7。所述泵送管7的周围的钢质骨架上开设有多个出口，以渗出混凝土至预设的混凝土护拱6区域。进一步地，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护5到所述砂质缓冲层11的顶部以上的吹砂管9。至少一根所述吹砂管9沿隧道掌子面的中轴线布设。本实施例中，所述混凝土缓冲层10的顶部距离所述外层护拱4至少150cm；所述砂质缓冲层11的厚度至少为200cm。
混凝土挡墙2，从溶洞1底部沿溶洞1侧壁延伸至溶洞1顶部的地表，环绕隧道设置。
所述混凝土挡墙2的混凝土基础设置在溶洞1底部；所述混凝土挡墙2表面设置安全棚架，所述安全棚架的顶部与溶洞1顶部的距离大于4.5m。
所述混凝土挡墙2内部设有排水孔3，所述排水孔3与隧道引流孔道连通，具体地的是通过泄水管12与所述外层护拱4的透水盲管8连通，并连通至隧道的排水沟。进一步地，所述排水孔3入口处设置反滤层。所述反滤层包括堆叠的由土工布包裹的碎石。所述混凝土挡墙2内部设有至少三层排水孔3，每层的竖向间距为100cm，所述排水孔3出口的最低点高出所述混凝土挡墙2的基础至少30cm。
综上所述，本申请的隧道上部溶洞的处理方法以及隧道上部溶洞的防护结构，在溶洞跨度大、与地表连通以及存在突泥涌水灾害的条件下，提供一种施工效率高，施工过程风险低，能够合理处治隧道上部空腔溶洞并使结构安全稳定的施工方法以及防护结构，提高隧道工程施工质量，加快施工进度，保证施工期的安全和运营期的稳定。
上述实施例为本申请较佳的实施方式，但并不仅仅受上述实施例的限制，其他的任何未背离本申请的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，均包含在本申请的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，其包括：
混凝土护拱，紧贴隧道初期支护设置，并且与隧道初期支护的外轮廓一致；
外层护拱，紧贴所述混凝土护拱设置，并且与所述混凝土护拱的外轮廓一致；
混凝土缓冲层，紧接所述外层护拱设置，在预设的高度内填充所述外层护拱和溶洞内壁所限定的空腔内；
砂质缓冲层，紧贴所述混凝土缓冲层，在预设的高度内填充所述混凝土缓冲层顶部和溶洞内壁所限定的空腔内；
混凝土挡墙，从溶洞底部沿溶洞侧壁延伸至溶洞顶部的地表，环绕隧道设置。
2.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述外层护拱包括拱形排列的钢拱架、架设在所述钢拱架背面的钢筋网片顶模、喷射固定在所述钢筋网片顶模上的混凝土层以及埋设在所述钢拱架内部的透水盲管；所述外层护拱的护拱基础设置在溶洞底部或侧壁上；所述透水盲管与隧道引流孔道连通。
3.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述混凝土护拱和混凝土缓冲层的强度相当于C20混凝土的强度。
4.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护到所述砂质缓冲层的底部的泵送管。
5.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述泵送管的周围的钢质骨架上开设有多个出口，以渗出混凝土至预设的混凝土护拱区域。
6.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述防护结构内布设了从隧道的初期支护到所述砂质缓冲层的顶部以上的吹砂管。
7.如权要求6所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，至少一根所述吹砂管沿隧道掌子面的中轴线布设。
8.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述混凝土缓冲层的顶部距离所述外层护拱至少150cm；所述砂质缓冲层的厚度至少为200cm。
9.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述砂质缓冲层由粒径为3.1mm的砂粒构成。
10.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述混凝土挡墙的混凝土基础设置在溶洞底部；所述混凝土挡墙表面设置安全棚架，所述安全棚架的顶部与溶洞顶部的距离大于4.5m。
11.如权利要求1所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述混凝土挡墙内部设有排水孔，所述排水孔与隧道引流孔道连通；所述排水孔入口处设置反滤层。
12.如权利要求11所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述反滤层包括堆叠的由土工布包裹的碎石。
13.如权利要求11所述的隧道上部溶洞的防护结构，其特征在于，所述混凝土挡墙内部设有至少三层排水孔，每层的竖向间距为100cm，所述排水孔出口的最低点高出所述混凝土挡墙的基础至少30cm。
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|---|---|---|---|---|
| CN113503166A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-10-15 | 广东冠粤路桥有限公司 | 一种隧道中下部溶洞的加强处置结构及其施工方法 |
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| WO2024050850A1 (zh) * | 2022-09-05 | 2024-03-14 | 中铁四局集团第二工程有限公司 | 一种隧道壁后超大溶洞空腔的处理方法 |
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2019
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