CN111485901B - 侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，涉及地下工程领域，解决的技术问题是提供一种针对无充填型狭长浅底溶洞这一特定地质条件下的隧道侧跨溶洞段的修建方法。本发明采用的技术方案是：侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，用洞渣回填隧道开挖面下部的溶腔，排危后加固溶洞口，对溶洞空腔之外的隧道拱部超前支护，按分部循环开挖方式进行隧道开挖，沿隧道拱部及边墙全断面架设钢架，在隧道拱部及边墙施工系统锚杆进行支护，加固隧道底部溶洞壁周边围岩，施工隧道底部钢筋砼板，施工溶洞排水管，对隧道侧溶腔回填砼，最后施工隧道二次钢筋砼衬砌及路面。本发明适用于侧跨无充填型狭长浅底溶洞段隧道的设计及施工。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程领域，具体是一种在存在溶洞的石灰岩地区修建隧道的方法。
背景技术
在石灰岩地区修建隧道，很容易遇到溶洞。按照溶洞内有无充填物，可分溶洞为充填型溶洞和无充填型溶洞。在无充填型溶洞中，由于溶洞大小和溶洞与隧道的相对位置关系等存在差异，溶洞的处理方法各不相同。《公路隧道设计规范》第一册土建工程(JTG3370.1-2018)在“14.3岩溶”部分的相关内容为：
14.3.1根据岩溶与隧道的位置关系，可采取跨越、加固溶洞、回填溶洞、引排截流岩溶水、清除或加固充填物、封堵地表陷坑、疏排地表水等综合治理措施。
14.3.2隧道穿越规模较大的空溶洞或暗河通道时，可采取跨越方式通过。
14.3.3当隧道拱顶以上有较大空溶洞时，根据溶洞洞壁稳定程度，可采取喷锚等措施对溶洞壁进行加固，衬砌拱背应进行回填或设护拱。当隧道两侧有空腔时，可采取加厚衬砌边墙、设混凝土或浆砌片石反压墙等措施。
14.3.4对隧道底部有充填的溶洞，应根据溶洞充填物的特征以及溶洞与隧道的位置关系，采取桩基、注浆、换填、跨越等措施进行处理。
14.3.5应根据实际情况对岩溶水采取截、引、排等处理措施，并应保护、疏通、恢复岩溶原有排水通道。
由于溶洞大小、溶洞与隧道的相对位置关系、溶洞壁围岩的稳定情况、溶洞内有无充填物等条件各不相同，所以溶洞的处理方式各不相同。有一种溶洞为无充填型狭长浅底溶洞，在平面图中，溶洞位于隧道一侧，溶洞部分伸入隧道内，溶洞走向与线路走向呈小角度相交或与线路平行，溶洞呈长条形，纵向长度不小于3m，宽度1～5m，溶洞侵入隧道1～5m；在纵剖面图中，溶洞顶部距隧道路面高度超过20m，溶洞底部距路面深度不超过60m，溶洞洞壁基本垂直。现有技术中没有溶洞的具体分类，没有上述特定地质条件下溶洞的处理方法。
对于无充填型狭长浅底溶洞，上述《公路隧道设计规范》并未给出具体的处治措施。另外，《公路隧道设计细则》答疑(JTG/TD70-2010)“14特殊地质设计”章节中涉及几种岩溶地质条件的隧道设计方法，但这些方法均有特定的适用条件，并不适合无充填型狭长浅底溶洞。因此，现有技术中尚无侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种侧跨无充填型狭长浅底溶洞这一特定地质条件下溶洞段的隧道修建方法，填补在该特定地质条件下溶洞段隧道修建方法的空白。
本发明所采用的技术方案是：侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，隧道一侧的隧道开挖边线位于溶腔内，包括以下步骤：
S1.回填溶洞：用洞渣回填隧道开挖断面下部的溶腔。
S2.排危：排除隧道开挖轮廓线外溶洞洞壁危岩体。
S3.加固溶洞口：在溶洞口已开挖段架设钢架并锚喷支护，加固溶洞露头处隧道。
S4.超前支护：对溶洞空腔之外的隧道拱部超前支护。
例如，步骤S4中，对隧道拱部120°范围内溶洞空腔部分除外进行超前锚杆支护，超前锚杆采用两种角度交替布置，超前锚杆的外露端与S3中的钢架相连。
具体的：步骤S4中，超前锚杆支护参数：超前锚杆为自进式中空注浆锚杆，超前锚杆采用5°与20°两种角度交替布置，超前锚杆外露端部与步骤S3的钢架相连接。
S5.隧道开挖：以隧道的起拱线为分界基线，分为隧道上部和隧道下部，按分部开挖方式进行开挖，先对隧道上部进行循环开挖，再对隧道下部进行循环开挖。
例如，步骤S5中，每循环开挖进尺不超过250cm，完成隧道上部的开挖及初期锚喷支护后，再进行隧道下部的开挖及初期锚喷支护。
S6.沿隧道拱部及边墙全断面架设钢架。
分部开挖后，及时施工对应部位钢架支护。例如，步骤S6中，沿隧道拱部及边墙全断面，纵向架设工字钢钢架，工字钢之间设置纵向连接钢筋，工字钢架外侧铺设钢筋网片，每榀钢架分别设置锁脚钢花管，锁脚钢花管的设置部位为：溶洞对侧隧道起拱线部位及隧道边墙墙脚位置。
S7.隧道系统支护：在隧道拱部及边墙施工系统锚杆进行支护。
例如，步骤S7中，系统锚杆支护参数：隧道拱部及边墙范围内的系统锚杆为自进式中空注浆锚杆，梅花形布置；隧道开挖轮廓线拱顶以下至隧道开挖底部溶洞洞壁范围内的系统锚杆为自进式中空注浆锚杆，梅花形布置，系统锚杆前端穿越溶腔伸入岩体；系统锚杆的外露端部均与步骤S6中的钢架连接。
S8.加固隧道底部溶洞壁周边围岩。
S9.施工隧道底部钢筋砼板：在隧道底部及步骤S1的回填洞渣顶面施工钢筋砼板，钢筋砼板横向嵌入远离隧道的溶洞岩壁；钢筋砼板内设置排水孔，排水孔的底端位于步骤S1的回填洞渣内。
例如，步骤S8中，向隧道底部溶洞壁周边围岩施工注浆小导管，注浆小导管梅花型竖向布置，注浆小导管的顶部设预留外露端；注浆小导管的外露端与步骤S9的钢筋砼板的配筋连接。
S10.施工溶洞排水管：在步骤S9的排水孔的顶部安装排水管，排水管的高度超过步骤S11中的回填砼顶面的高度。
S11.对隧道侧溶腔采用砼进行回填：在钢筋砼板顶面至超过隧道开挖拱顶高度范围内，溶洞洞壁与步骤S6的钢架之间的溶腔采用砼回填密实，形成回填砼。
例如，步骤S11中，在隧道溶腔侧，钢筋砼板顶面至隧道开挖拱顶高度以上200cm的范围内，溶洞洞壁与步骤S6的钢架之间的溶腔采用C20砼回填密实，形成回填砼；步骤S10中的排水管的高度超过回填砼顶面高度2cm。
S12.施工隧道二次钢筋砼衬砌及路面。
本发明的有益效果是：在处理隧道侧跨无充填型溶洞工程难题方面，本技术的施工可操作性强，施工速度快，安全风险低，工程投资可控。本技术填补了侧跨无充填型狭长浅底溶洞段隧道修建方法的空白，具有广泛的参考价值及实用价值。
附图说明
图1是本发明实施的隧道横断面示意图。
图2是图1中在钢筋砼板对应高度的平面图。
附图标记：溶腔1、系统锚杆2、钢筋砼板3、回填洞渣4、排水孔5、排水管6、超前锚杆支护7、注浆小导管8、回填支撑砼9、隧道中心线10、溶洞洞壁轮廓线11、隧道开挖边线12。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施中的无充填型狭长浅底溶洞指的是：在平面图中，溶洞位于隧道一侧，溶洞部分伸入隧道内，溶洞走向与线路走向呈小角度(大于0°，小于30°)相交或与线路平行，溶洞呈长条形，溶洞纵向长度不小于3m、宽度1～5m，溶洞侵入隧道1～5m。在纵剖面图中，溶洞顶部距路面高差超过20m，溶洞底部距路面的深度不超过60m，溶洞洞壁基本垂直；溶洞岩石为水平层状、薄层～中厚层、软硬互层微风化～强风化灰岩，溶洞洞壁侧1～5m厚度范围内为中强～强风化、弱～强卸荷岩体，潮湿状裂隙水、Ⅴ级围岩，其余岩体为存在1～2条竖向张开夹泥卸荷裂隙的Ⅲ～Ⅳ级板状构造围岩。
对上述分布位置、溶洞大小及工程地质条件下的溶洞，按照Ⅴ级偏压围岩及跨溶洞的衬砌类型设计和施工。采用本发明的方法，侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，参见图1和图2，包括以下步骤：
S1.回填溶洞：用洞渣回填隧道开挖断面下部的溶腔1，回填区为回填洞渣4，回填洞渣4在溶腔1内形成溶洞处理施工作业平台。
S2.排危：排除隧道开挖轮廓线外溶洞洞壁危岩体。可采用挖机排除隧道开挖轮廓线外溶洞洞壁危岩体。
S3.加固溶洞口：在溶洞口已开挖段架设钢架并锚喷支护，加固溶洞露头处隧道。
在溶洞口旁边已开挖段3～5m段长度范围内设钢架并锚喷支护，加固溶洞露头处隧道。钢架为I20b工字钢，沿隧道拱部及边墙全断面设置，工字钢纵向间距60cm，工字钢之间采用C22钢筋纵向连接，C22钢筋环向间距100cm；顺工字钢外侧铺设双层A6钢筋网片，钢筋网片的网格间距20cm×20cm。每榀钢架设置4根A42×4mm锁脚钢花管，锁脚钢花管长度L＝4.0m/根，设置部位为：溶洞对侧隧道起拱线部位及隧道边墙墙脚位置，每处2根。钢架处喷射C20混凝土，厚度为25cm。
S4.超前支护：对溶洞空腔之外的隧道拱部超前支护。
对隧道拱部120°范围内(溶洞空腔除外)进行超前锚杆支护7，超前锚杆支护7的参数：超前锚杆型号为A25自进式中空注浆锚杆，超前锚杆的长度4.0m/根，超前锚杆环向间距40cm、纵向排距120cm；超前锚杆采用两种角度(5°与20°)交替布置，即先施工一排超前向上5°的超前自进式中空注浆锚杆，间隔120cm再施工一排20°的超前自进式中空注浆锚杆。超前锚杆的外露端与步骤S3中的工字钢有效连接。
S5.隧道开挖：以隧道的起拱线为分界基线，分为隧道上部和隧道下部，按分部开挖方式进行开挖，先开挖隧道上部，再开挖隧道下部。按循环开挖方式进行开挖，每循环先对分界基线上部进行开挖，再对分界基线下部进行开挖。每循环开挖进尺根据超前支护后的围岩稳定情况确定，一般每循环开挖进尺不超过250cm。
S6.沿隧道拱部及边墙全断面架设钢架。
分部开挖后，及时施工对应部位钢架支护。沿隧道拱部及边墙全断面，纵向架设工字钢钢架，工字钢的类型为I20b、纵向间距60cm；工字钢之间设置纵向连接钢筋，纵向连接钢筋的类型为C22钢筋、环向间距100cm。工字钢架外侧铺设双层A6钢筋网片，网格间距20cm×20cm。每榀钢架分别设置4根A42×4mm、长度L＝4.0m/根的锁脚钢花管，锁脚钢花管的设置部位为：溶洞对侧隧道起拱线部位及隧道边墙墙脚位置，每处2根。
S7.隧道系统支护：在隧道拱部及边墙施工系统锚杆2进行支护。
完成钢架安装、钢架间纵向连接钢筋及钢筋网片安装后施工系统锚杆2。系统锚杆2的外露端部与步骤S6中的钢架连接，例如焊接连接。
系统锚杆2支护参数：隧道拱部及边墙范围内系统锚杆2为型号A25、直径
长度L＝3.5m/根的自进式中空注浆锚杆，系统锚杆2间距为60cm×120cm(纵×环)、梅花形布置，具体为图1中隧道左侧的边墙及部分拱部的较短的锚杆。隧道拱部120°范围内，系统锚杆2为型号A25、直径
长度L＝4.0m/根的自进式中空注浆锚杆，系统锚杆2间距为60cm×120cm(纵×环)、梅花形布置，具体为图1中隧道拱部的较长的锚杆。隧道开挖轮廓线拱顶以下至隧道开挖底部溶洞洞壁范围内系统锚杆2为型号A25、直径
长度L＝4.5m/根的自进式中空注浆锚杆，系统锚杆2间距为100cm×100cm(纵×环)、梅花形布置，系统锚杆2前端穿越溶腔1伸入岩体，具体为图1中位于隧道右侧边墙且水平布置的锚杆。
S8.加固隧道底部溶洞壁周边围岩。
在隧道底部，顺溶洞洞壁轮廓线11，向距离溶洞洞壁轮廓线11向外50cm的区域，竖向布置2～4排注浆小导管8，注浆小导管8梅花型布置，加固隧道底部溶腔周边风化围岩。例如图1和图2中，注浆小导管间排距100cm，注浆小导管8为4排。注浆小导管8的顶部设预留外露端；外露端用于与步骤S9的钢筋砼板3的配筋连接。例如，注浆小导管8外露50cm用于深入后续施工的钢筋砼板3内。
S9.施工隧道底部钢筋砼板3。
完成溶洞段开挖、支护工作和隧道底部溶洞周壁围岩加固工作后，在隧道底部与回填洞渣4顶面施工厚度为80～100cm厚的C30钢筋混凝土板，即钢筋砼板3。钢筋砼板3横向嵌入远离隧道的溶洞岩壁不少于50cm，平搭于隧道底部岩石上不小于300cm。钢筋砼板3的配筋、砼标号、平搭于隧道底部的长度根据溶洞大小及围岩情况，通过计算确定。一般的，钢筋砼板3配C25、网格间距为20～25cm的双层钢筋。钢筋砼板3为一块整体板，一次完成浇注施工。
在浇筑钢筋砼板3前，根据溶洞水量大小在钢筋砼板3内预留排水孔5，排水孔5的底端位于步骤S1的回填洞渣4内。例如，在浇筑钢筋砼板3前，按照纵向200cm间距设Φ100mm的PVC材质排水管作为排水孔5，参见图1和图2。
S10.施工溶洞排水管6。
对应已经施工的钢筋砼板3内排水孔5的位置及尺寸，在隧道侧溶洞回填部分安装排水管6，即在在步骤S9的排水孔5的顶部安装排水管6，排水管6的高度超过回填砼9顶面高度，例如排水管6的高度超过回填砼9顶面2cm，排水管6为Φ100mm的PVC材质管道。排水管6和排水孔5形成排水通道，溶洞上部裂隙水通过排水通道导入溶洞下部的回填洞渣4内。
S11.对隧道侧溶腔1采用砼进行回填。
钢架与溶洞洞壁回填砼的作用为平衡隧道偏压，在隧道拱部形成有效拱圈，传力于溶洞洞壁。具体的，在钢筋砼板3顶面至隧道开挖拱顶以上200cm范围内，溶洞洞壁与步骤S6的钢架之间的溶腔采用C20砼回填密实，在隧道侧一定范围内的溶腔形成回填砼9。
其中，步骤S10的排水管6埋设于回填砼9内。回填砼9可分段或整体浇注完成，例如回填砼9从下到上，分层分次完成砼浇注施工。
S12.施工隧道二次钢筋砼衬砌及路面。
隧道二次衬砌按照Ⅴ级偏压围岩和跨溶洞地质条件进行设计，二次衬砌时间根据初期支护后围岩的稳定情况选择，一般等溶洞段隧道开挖及支护完成后施工二次钢筋砼衬砌，并在溶洞段两端预留沉降缝。
Claims (8)
1.侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，隧道一侧的隧道开挖边线(12)位于溶腔(1)内，其特征在于：包括以下步骤：
S1.回填溶洞：用洞渣回填隧道开挖断面下部的溶腔(1)；
S2.排危：排除隧道开挖轮廓线外溶洞洞壁危岩体；
S3.加固溶洞口：在溶洞口已开挖段架设钢架并锚喷支护，加固溶洞露头处隧道；
S4.超前支护：对溶洞空腔之外的隧道拱部超前支护；
S5.隧道开挖：以隧道的起拱线为分界基线，分为隧道上部和隧道下部，按分部开挖方式进行开挖，先对隧道上部进行循环开挖，再对隧道下部进行循环开挖；
S6.沿隧道拱部及边墙全断面架设钢架；
S7.隧道系统支护：在隧道拱部及边墙施工系统锚杆(2)进行支护；
S8.加固隧道底部溶洞壁周边围岩；
S9.施工隧道底部钢筋砼板(3)：在隧道底部及步骤S1的回填洞渣(4)顶面施工钢筋砼板(3)，钢筋砼板(3)横向嵌入远离隧道的溶洞岩壁；钢筋砼板(3)内设置排水孔(5)，排水孔(5)的底端位于步骤S1的回填洞渣(4)内；
S10.施工溶洞排水管(6)：在步骤S9的排水孔(5)的顶部安装排水管(6)，排水管(6)的高度超过步骤S11中回填砼(9)顶面的高度；
S11.对隧道侧溶腔(1)采用砼进行回填：在钢筋砼板(3)顶面至超过隧道开挖拱顶高度范围内，溶洞洞壁与步骤S6的钢架之间的溶腔(1)采用砼回填密实，形成回填砼(9)；
S12.施工隧道二次钢筋砼衬砌及路面。
2.如权利要求1所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S4中，对隧道拱部120°范围内进行超前锚杆支护(7)，超前锚杆采用两种角度交替布置，超前锚杆的外露端与S3中的钢架相连。
3.如权利要求2所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S4中，超前锚杆支护(7)的参数：超前锚杆为自进式中空注浆锚杆，超前锚杆采用5°与20°两种角度交替布置，超前锚杆外露端部与步骤S3的钢架相连接。
4.如权利要求1、2或3所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S5中，每循环开挖进尺不超过250cm，完成分界基线上部的开挖及初期锚喷支护后，再进行分界基线下部的开挖及初期锚喷支护。
5.如权利要求1、2或3所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S6中，沿隧道拱部及边墙全断面，纵向架设工字钢钢架，工字钢之间设置纵向连接钢筋，工字钢架外侧铺设钢筋网片，每榀钢架分别设置锁脚钢花管，锁脚钢花管的设置部位为：溶洞对侧隧道起拱线部位及隧道边墙墙脚位置。
6.如权利要求1、2或3所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S7中，系统锚杆(2)支护参数：隧道拱部及边墙范围内的系统锚杆(2)为自进式中空注浆锚杆，梅花形布置；隧道开挖轮廓线拱顶以下至隧道开挖底部溶洞洞壁范围内的系统锚杆(2)为自进式中空注浆锚杆，梅花形布置，系统锚杆(2)前端穿越溶腔(1)伸入岩体；系统锚杆(2)的外露端部均与步骤S6中的钢架连接。
7.如权利要求1、2或3所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S8中，向隧道底部溶洞壁周边围岩施工注浆小导管(8)，注浆小导管(8)梅花型竖向布置，注浆小导管(8)的顶部设预留外露端；注浆小导管(8)的外露端与步骤S9的钢筋砼板(3)的配筋连接。
8.如权利要求1、2或3所述的侧跨无充填型狭长浅底溶洞段的隧道修建方法，其特征在于：步骤S11中，在隧道溶腔(1)侧，钢筋砼板(3)顶面至隧道开挖拱顶高度以上200cm的范围内，溶洞洞壁与步骤S6的钢架之间的溶腔(1)采用C20砼回填密实，形成回填砼(9)；步骤S10中的排水管(6)的高度超过回填砼(9)顶面高度2cm。
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