CN113503166B - 一种隧道中下部溶洞的加强处置结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道中下部溶洞的加强处置结构及其施工方法，处置结构包含隧道，位于隧道水平向一侧及下部的溶洞，填充于隧道下部溶洞从下往上依次为片石层、碎石层和混凝土、连接于混凝土与隧道的仰拱之间的加强梁，连接于水平向溶洞与隧道之间的喷射混凝土层，连接于水平向溶洞与岩体之间的局部锚杆、以及隧道与岩体之间连接的药卷锚杆。本发明对隧道下部溶洞通过片石层和碎石层的填充，利于保证隧道底部的承载和保证施工进度；通过加强梁的设置，利于加固隧道仰拱以下混凝土填充层，且加强梁对于不对称的作用力有缓冲和减弱作用；通过喷射混凝土层的设置，一方面加强了溶洞与隧道之间的连接，另一方面加固了溶洞边界与岩体的接触。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工技术领域，特别涉及一种隧道中下部溶洞的加强处置结构及其施工方法。
背景技术
在隧道施工过程中，常会遇到溶洞等特殊地质，尤其在西南地区施工时，溶洞的样式和境况更是复杂多变。溶洞是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。当溶洞在隧道施工层一侧和下方时，更易对隧道施工造成不利影响，且由于溶洞面积大需要针对性处理。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，降低隧道使用的可靠度；且在季节性的岩溶洞穴涌水，还会给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。
发明内容
本发明提供了一种隧道中下部溶洞的加强处置结构及其施工方法，用以解决隧道施工中存在水平和下部连连通型溶洞时的填充、加固以及排水等技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，包含隧道，位于隧道水平向一侧及下部的溶洞，填充于隧道下部溶洞从下往上依次为片石层、碎石层和混凝土、连接于混凝土与隧道的仰拱之间的加强梁，连接于水平向溶洞与隧道之间的喷射混凝土层，连接于水平向溶洞与岩体之间的局部锚杆、以及隧道与岩体之间连接的药卷锚杆。
进一步的，所述隧道包含初衬、二衬、连接于初衬和二衬之间的拱架以及设置于隧道内底部两侧的排水沟；所述二衬与拱架之间还设置有预留变形层和防水层，所述拱架与初衬之间设置有钢筋网片。
进一步的，所述溶洞在隧道一下部分其边界一侧远离隧道，临近隧道的一侧边界不超过隧道的最外侧边界；溶洞在隧道水平一侧的部分与隧道临接端不超过隧道顶部。
进一步的，所述喷射混凝土层为弧形，喷射混凝土层与隧道的初衬之间填充有混凝土和预留有浇筑混凝土的预留注浆管。
进一步的，所述加强梁为长方体，加强梁包含沿隧道环向的横水平筋、与横水平筋连接且沿隧道轴向设置的长水平筋以及连接于横水平筋和长水平筋的箍筋。
进一步的，所述横水平筋和长水平筋呈网片状设置，且相邻网片状钢筋之间还连接有拉筋。
进一步的，所述片石层填充界线延长线至少超过隧道中线且片石层中片石下大上小，厚度不小于15至30cm；所述碎石层厚度不小于50mm，碎石层中碎石粒径在3至5cm。
进一步的，所述溶洞在隧道水平一侧的部分与岩体之间设置有喷射混凝土层。
进一步的，所述局部锚杆连接于溶洞顶部和破碎带处，且局部锚杆在关于转角处对称设置。
进一步的，所述排水沟与溶洞通过排水连管连接；所述排水连管底部设置有过滤网，且排水连管在溶洞上间隔设置。
进一步的，所述的隧道中下部溶洞的加强处置结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、先拆除溶洞处对应的拱架，往溶洞处拓宽支护，溶洞处采用块石、片石回填形成片石层，并对已完成初支加固；
步骤二、溶洞破碎部位通过局部锚杆和喷射混凝土层进行支护，而后进行拱部初期支护，拱架主要起安全防护作用，采用停车带支护参数，越过溶洞往大桩号方向施工并让回填物充分自然沉降，且通过后段施工运渣车起到碾压作用；
步骤三、喷射混凝土层为弧形，喷射混凝土层与隧道的初衬之间填充有混凝土和预留有浇筑混凝土的预留注浆管；其中超前管棚注浆按15m考虑，超前管棚施工时，严格控制导向管间距及角度，小导管外插角度为3-5°；
步骤四、现场施工时，在拆除溶洞处对应段拱架时，往溶洞处拓宽不小于3m，采用初期支护，后期进行封堵；
步骤五、待沉降基本稳定后挖除衬砌范围内及以下50cm范围的回填物，回填50cm的碎石层碾压，而后施工加强梁，施工初衬并制作支护，浇筑混凝土边墙并回填至衬砌浇筑边缘，然后施工下台阶，施工模注二衬，由此完成溶洞处置完成。
本发明的有益效果体现在：
1）本发明对隧道下部溶洞通过片石层和碎石层的填充，利于保证隧道底部的承载，其中填充自下而上填充物粒径越来越小，利于在保证受力的情形下，进一步保证施工进度；
2）本发明通过加强梁的设置，利于加固隧道仰拱以下混凝土填充层，且加强梁对于隧道和溶洞之间形成的不对称的作用力有缓冲和减弱作用；
3）本发明通过喷射混凝土层的设置，一方面加强了溶洞与隧道之间的连接，另一方面加固了溶洞边界与岩体的接触；
此外，本发明通过局部锚杆和药卷锚杆等均进一步加固了溶洞和隧道周边岩体，且通过排水沟对隧道内和溶洞内产生的水进行集中排出；本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
附图说明
图1是隧道中下部溶洞的加强处置结构示意图；
图2是隧道及其连接结构示意图；
图3是加强梁横向钢筋剖面示意图；
图4是加强梁纵向钢筋剖面示意图；
图5是加强梁平面钢筋示意图。
附图标记：1-隧道、2-溶洞、3-片石层、4-碎石层、5-加强梁、51-箍筋、52-横水平筋、53-长水平筋、54-高端、55-横端、56-长端、6-溶洞边界线、7-喷射混凝土层、8-混凝土、9-局部锚杆、10-预留注浆管、11-初衬、12-拱架、13-二衬、14-药卷锚杆、15-排水沟、16-起拱线、17-设计基线、18-仰拱。
具体实施方式
以西南某隧道工程为例，在隧道1未开挖的下台阶起拱线16底部位置，揭露出一大型溶洞2，溶洞2尺寸：纵向约11m，宽度约23m，深约30m，向拱腰外侧延伸约14m，向下延伸30m的空溶洞2。洞内溶洞2位置已过隧道1顶部村道路，溶洞2底部未见水流，部分爆破洞渣已覆盖洞底。
如图1至图5所示，溶洞2在隧道1一下部分其边界一侧远离隧道1，临近隧道1的一侧边界不超过隧道1的最外侧边界；溶洞2在隧道1水平一侧的部分与隧道1临接端不超过隧道1顶部。一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，包含隧道1，位于隧道1水平向一侧及下部的溶洞2，填充于隧道1下部溶洞2从下往上依次为片石层3、碎石层4和混凝土8、连接于混凝土8与隧道1的仰拱18之间的加强梁5，连接于水平向溶洞2与隧道1之间的喷射混凝土层7，连接于水平向溶洞2与岩体之间的局部锚杆9、以及隧道1与岩体之间连接的药卷锚杆14。溶洞2在隧道1水平一侧的部分与岩体之间设置有喷射混凝土层7。局部锚杆9连接于溶洞2顶部和破碎带处，且局部锚杆9在关于转角处对称设置。
如图1和图2所示，隧道1包含初衬11、二衬13、连接于初衬11和二衬13之间的拱架12以及设置于隧道1内底部两侧的排水沟15。二衬13与拱架12之间还设置有预留变形层和防水层，所述拱架12与初衬11之间设置有钢筋网片。
本实施例中，在二衬13和与初期支护的钢拱架12之间敷设350g/m²无纺土工布+两层1.5mm厚防水板；该段二衬13约为12m，两端采用抗震缝。
如图3至图5所示，图1为加强梁5的高端54和横端55一侧钢筋连接示意图，图2为加强梁5的高端54和长端56处钢筋连接示意图，图3为加强梁5的横端55和长端56的平面示意图；图中①为加强梁5沿隧道1环向箍筋51的分布，②为长水平筋53上横向水平筋的分布，③为加强梁5沿隧道1轴向箍筋51的分布。加强梁5为长方体，加强梁5包含沿隧道1环向的横水平筋52、与横水平筋52连接且沿隧道1轴向设置的长水平筋53以及连接于横水平筋52和长水平筋53的箍筋51。横水平筋52和长水平筋53呈网片状设置，且相邻网片状钢筋之间还连接有拉筋。
本实施例中，加强梁5制作时，为采用片石回填至上台阶起拱线16位置，跳过此段开挖前方，待沉降观测后，挖出多余片石并做加强梁5，剩余空腔部位用C15混凝土8填充密实。
本实施例中，在侧边墙仰拱18下方设置C3O钢筋混凝土8的加强梁5，梁宽4.7米,高1.5米，梁长度暂按12米计，可根据溶洞2大小做适当调整。加强梁5必须坐落在完整稳定的基岩上且伸入基岩搭接长度不小于1米。
本实施例中，片石层3填充界线延长线至少超过隧道1中线且片石层3中片石下大上小，厚度不小于15至30cm；所述碎石层4厚度不小于50mm，碎石层4中碎石粒径在3至5cm。
本实施例中，根据设计基线17明确隧道两侧的排水沟15，排水沟15与溶洞2通过排水连管连接。排水连管底部设置有过滤网，且排水连管在溶洞2上间隔设置。还设置有环向排水盲沟，环向排水盲沟采用FH100软式透水半圆排水管，沿初期支护表面纵向均匀铺设，在该段2m设置一道,局部水量大时可酌情增加；隧道1开挖后有股状渗水部位,沿岩面铺设1～3根FH100软式透水半圆排水管半圆排水管进行引排，为使半圆排水管与岩面密贴,隧道1开挖后先喷2～5cm厚混凝土8再铺设半圆排水管；通过纵向排水管引至排水沟15或隧道1中央水沟内。
结合图1至图5，进一步说明隧道中下部溶洞的加强处置结构的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、探明溶洞边界线6，并确定溶洞2位置；先拆除溶洞2处对应的拱架12，往溶洞2处拓宽支护，溶洞2处采用块石、片石回填形成片石层3，并对已完成初支加固。
步骤二、溶洞2破碎部位通过局部锚杆9和喷射混凝土层7进行支护，而后进行拱部初期支护，拱架12主要起安全防护作用，采用停车带支护参数，越过溶洞2往大桩号方向施工并让回填物充分自然沉降，且通过后段施工运渣车起到碾压作用。
步骤三、喷射混凝土层7为弧形，喷射混凝土层7与隧道1的初衬11之间填充有混凝土8和预留有浇筑混凝土8的预留注浆管10；其中超前管棚注浆按15m考虑，超前管棚施工时，严格控制导向管间距及角度，小导管外插角度为3-5°。
其中，其中采用T76自钻式螺旋管棚注浆，导向管采用Φ133×4 钢管35 根，T76螺旋管每根15m，间距40cm，采用2 根Φ22 钢筋环向固定；套拱采用50cm 厚C25喷射混凝土8，严格控制导向管间距及角度，小导管外插角度为3-5°。
步骤四、现场施工时，在拆除溶洞2处对应段拱架12时，往溶洞处拓宽不小于3m，采用初期支护，后期进行封堵。
步骤五、待沉降基本稳定后挖除衬砌范围内及以下50cm范围的回填物，回填50cm的碎石层4碾压，而后施工加强梁5，施工初衬11并制作支护，浇筑混凝土边墙并回填至衬砌浇筑边缘，然后施工下台阶，施工模注二衬13，由此完成溶洞2处置完成。
此外，溶洞2段侧墙、拱顶空腔部位回填；后期对溶洞2段的侧墙、拱顶空腔部位采用相应的溶洞2部位设计方案。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，包含隧道（1），位于隧道（1）水平向一侧及下部的溶洞（2），填充于隧道（1）下部溶洞（2）从下往上依次为片石层（3）、碎石层（4）和混凝土（8）、连接于混凝土（8）与隧道（1）的仰拱（18）之间的加强梁（5），连接于水平向溶洞（2）与隧道（1）之间的喷射混凝土层（7），连接于水平向溶洞（2）与岩体之间的局部锚杆（9）、以及隧道（1）与岩体之间连接的药卷锚杆（14）；
所述喷射混凝土层（7）为弧形，喷射混凝土层（7）与隧道（1）的初衬（11）之间填充有混凝土（8）和预留有浇筑混凝土（8）的预留注浆管（10）；
所述隧道（1）包含初衬（11）、二衬（13）、连接于初衬（11）和二衬（13）之间的拱架（12）以及设置于隧道（1）内底部两侧的排水沟（15）；
所述溶洞（2）在隧道（1）以下部分其边界一侧远离隧道（1），临近隧道（1）的一侧边界不超过隧道（1）的最外侧边界。
2.如权利要求1所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述二衬（13）与拱架（12）之间还设置有预留变形层和防水层，所述拱架（12）与初衬（11）之间设置有钢筋网片。
3.如权利要求1所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，溶洞（2）在隧道（1）水平一侧的部分与隧道（1）临接端不超过隧道（1）顶部。
4.如权利要求1所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述加强梁（5）为长方体，加强梁（5）包含沿隧道（1）环向的横水平筋（52）、与横水平筋（52）连接且沿隧道（1）轴向设置的长水平筋（53）以及连接于横水平筋（52）和长水平筋（53）的箍筋（51）。
5.如权利要求4所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述横水平筋（52）和长水平筋（53）呈网片状设置，且相邻网片状钢筋之间还连接有拉筋。
6.如权利要求1所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述片石层（3）填充界线延长线至少超过隧道（1）中线且片石层（3）中片石下大上小，厚度不小于15至30cm；所述碎石层（4）厚度不小于50mm，碎石层（4）中碎石粒径在3至5cm。
7.如权利要求1所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述局部锚杆（9）连接于溶洞（2）顶部和破碎带处，且局部锚杆（9）在关于转角处对称设置。
8.如权利要求2所述的一种隧道中下部溶洞的加强处置结构，其特征在于，所述排水沟（15）与溶洞（2）通过排水连管连接；所述排水连管底部设置有过滤网，且排水连管在溶洞（2）上间隔设置。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的隧道中下部溶洞的加强处置结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤一、先拆除溶洞（2）处对应的拱架（12），往溶洞（2）处拓宽支护，溶洞（2）处采用块石、片石回填形成片石层（3），并对已完成初支加固；
步骤二、溶洞（2）破碎部位通过局部锚杆（9）和喷射混凝土层（7）进行支护，而后进行拱部初期支护，拱架（12）主要起安全防护作用，采用停车带支护参数，越过溶洞（2）往大桩号方向施工并让回填物充分自然沉降，且通过后段施工运渣车起到碾压作用；
步骤三、喷射混凝土层（7）为弧形，喷射混凝土层（7）与隧道（1）的初衬（11）之间填充有混凝土（8）和预留有浇筑混凝土（8）的预留注浆管（10）；其中超前管棚注浆按15m考虑，超前管棚施工时，严格控制导向管间距及角度，小导管外插角度为3-5°；
步骤四、现场施工时，在拆除溶洞（2）处对应段拱架（12）时，往溶洞处拓宽不小于3m，采用初期支护，后期进行封堵；
步骤五、待沉降基本稳定后挖除衬砌范围内及以下50cm范围的回填物，回填50cm的碎石层（4）碾压，而后施工加强梁（5），施工初衬（11）并制作支护，浇筑混凝土边墙并回填至衬砌浇筑边缘，然后施工下台阶，施工模注二衬（13），由此完成溶洞（2）处置完成。
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