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华蓥山隧道东口岩溶分析及溶洞处理

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维普资讯 http://www.cqvip.com 2007年8月 铁道工程学报 Aug 2007 第8期(总107) JOURNAL OF RAILWAY ENGINEE ̄NG SOCIETY NO.8(Ser.107) 文章编号:1006—2106(2007)08—0058—03 华蓥山隧道东口岩溶分析及溶洞处理 尚寒春“ (中铁二院工程集团有限责任公司, 成都610031) 摘要:研究目的:通过对华蓥山隧道东口岩溶发育地质条件的分析及掘进段1 0o0余in所遇3处溶洞的情况 及处理措施,对在岩溶发育地段如何提早预防以减小损失提出建议。 研究方法:针对华蓥山隧道东口的地形地质情况,分析在东口段可能出现岩溶的地层,并结合施工实际中 遇到溶洞的处理分析,得出岩溶隧道施工防止灾害性事故发生的处理办法。 研究结论:对岩溶隧道采取的超前地质预报工序为:远距离探测——中距离探测——近距离探测。采用 地质雷达或其它物探手段对岩溶发育段落掌子面前方50 in范围的岩溶情况进行探测并定位;根据远距离探 测的结果对掌子面前方25 in范围内的可疑点超前探孔进行精确定位,及早探明掌子面前方岩溶的富水存泥 情况;根据炮眼钻孔及掌子面地质素描,判断掌子面前方的岩溶情况;根据超前探明的岩溶情况提前采取排或 堵的预防性措施。 关键词:公路隧道;溶洞;处理措施 中图分类号:U457 文献标识码:A Analyses of Karst at Eastern Portal of Huaying Mountain Tunnel and Treatment of Karst Cave SHANG Hart—chun (China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd,Chengdu,Sichuan 6 1 003 1,China) Abstract:Research purposes:Through making analyses of the geological condition of kamt development at eastern portal of Huaying Mountain Tunnel and the treatments of three karst caves at 1 000 m—location in boring area,the proposals are made for how to do preparation for the karst development area as soon as possible for the purpose of reducing loss. Research methods:Through making the analyses based on the geological conditions at the eastern portal of Huaying Mountain Tunnel,it is concluded there is possibility of karst stratum at the eastern portal of Huaying Mountain Tunne1. herefore,the tTreatment ways are presented for the prevention of the appearance of disaster in the course of karst tunnel construction. Research conclusions:he prTocess of geological forecast in advance taken to karst tunnel is as follows:long distance geological survey—medium distance geological survey一一shoa distance geological survey.The survey in advance and location are done for the karst within the range of 50 m in front of the working face of kamt development area by adopting geological radar and other physical survey means.Based on the result of long distance survey,the precision location is done for driling holes in advance to the suspected places within the range of 25 m in front of the working face in order to make clear of watery and mud situations of karst in front of the working face.The karst condition is made clear through driling holes and geological sketch of the working face.The preventive measures of drainage or block should be taken in ’收稿日期:2007—07—12 ’’作者简介:尚寒舂。1973年出生,男,工程师。 维普资讯 http://www.cqvip.com 第8期 尚寒春:华蓥山隧道东El岩溶分析及溶洞处理 59 advance according to the situation of surveyed karst. Key words:highway tunnel;karst cave;treatment measure 1 工程简介 华蓥山隧道地处广(安)渝(重庆)高速公路广 (安)邻(水)段,横穿华蓥山脉,北至广安32 km,东至 邻水约6 km,属山岭重丘区双洞单向行车高速公路隧 道。其中左线长4 705.95 m,右线长4 684 m,是当时 国内在建的最长公路隧道。 2岩溶发育地质条件 2.1 东口段岩溶发育的环境地质条件 2.1.1可溶性碳酸盐岩分布广 隧道东口段地表多为基岩裸露,出露三叠系下统 嘉陵江组至二叠系上统龙潭组地层,以隧道所穿切的 地层而言,具可溶性的碳酸盐岩即有三叠系下统嘉陵 江组(T, )和飞仙关组2、4段( 、 ),二叠系上统长 兴组(P )和龙潭组2、4段(Pi 、 )及下统茅口组 (P )和栖霞组(P ),石炭系中统黄龙组(C ),厚度 共达1 279 m,占东口段隧道穿切地层总厚度(1 496 m) 的85%。 2.1.2地下水有丰富的补给源 隧址地处亚热带湿润季风气候区,其降雨丰沛,年 降雨量达1 000 mill以上,致使地下水有充足的补给源。 2.1.3具有地表水下渗和地下水流动的途径 区内岩层大多裸露地表,且节理裂隙较发育,含层 面并以其为主一般发育2~4组倾角多在30。以上的 裂隙,为雨水下渗补给地下水及地下水对可溶岩的溶 蚀作用提供了良好的径流通道。 正是由于以上环境地质条件,隧道区东口段地下 岩溶较为发育。 2.2东口段隧道断面范围内溶洞发育局限于近洞口 段之T 地层 受地形地貌、地质构造、地层岩性及地下水循环交 替作用强弱等诸多因素的控制和影响,隧道东口段地 区岩溶发育程度及形态类型无论在水平或垂直方向上 皆不甚均一。仅东口段隧道穿切断面范围而言,各碳 酸盐岩层的岩溶发育程度及形态类型差别,主要是受 隧道高程及相应埋深大小和地下水循环交替作用强弱 所控制:由洞口向洞内,随隧道埋深由浅渐深,地下水 由垂直循环带依序渐至季节性变动带、水平循环带、深 部循环带,其循环交替作用由强渐弱,岩溶发育程度总 趋势由高渐低,岩溶个体由多而少,由大而小,岩溶形 态由洞穴型、孔隙裂隙型兼而有之至洞穴型渐少,以至 只有孔隙裂隙型。 据以上分析及洞身两侧沟谷高程与相应侵蚀基准 面判断,东口段隧道断面范围内的碳酸盐岩层,仅洞口 及近洞段的T..层埋深较浅,大部分处于地下水循环交 替作用强烈的垂直循环带至水平循环带,岩溶化程度 高,含洞穴型在内的各种类型岩溶皆较发育;而其它碳 酸盐岩层构成的洞身段,则因埋深大,处于地下水循环 交替作用微弱的深部循环带,因而岩溶化程度低,且一 般无洞穴型岩溶发育。 综上所述,东口段隧道断面范围内,洞穴型岩溶 (即溶洞)发育仅局限于近洞口段的T, 地层。也就是 说,东口段在以后的掘进中将不可能再遇较大的洞穴 型岩溶(溶洞),而仅有孔隙裂隙型岩溶(溶孔溶隙)。 3掘进中所遇溶洞情况介绍 3.1 ZK 37+187处溶洞 该处溶洞所处地层为嘉陵江组2段( ),围岩类 别为IV类。1997年9月14日13时,在左线掌子面 ZK 37+189处打钻时,沿着钻孔有大量黄泥水流出, 流量在300 m /h以上。21时放炮后,有大量泥浆涌 出,估计有600余方。15日12时,出碴完毕后,从掌 子面观看,底部向上左侧2 m处,有一直径为1 m的溶 洞口,其附近30 m 内岩层张裂隙发育,有泥浆渗出。 13时50分,打眼时,溶洞内突然有大量稀泥浆向外喷 出,喷在右侧墙上有5m高,之后,又大量涌出泥浆 2次。9月20日14时50分,掌子面突然出现涌水,并 伴有轰鸣声,之后又泥浆喷出,并迅速冲向洞外长达 100多m。15时l0分后,泥浆呈间歇外涌。到20日 24时,泥浆总量达6 500余m ,洞内稀泥淤积1 500 余m 。 经10多名监理与施工单位技术人员在隧道顶部 6 000 m 范围内现场踏勘,未发现地表有沉陷。 此次涌泥从9月14日开始,15日13点50分被迫 停工,到9月28 13处理完毕,共延误工期327 h。 3.2 YK 37+190.4处溶洞 继左线隧道ZK 37+187处溶洞泥浆充填物突出 之后,右线隧道在相应里程(YK 37+193)出露岩溶, 据分析,与左线ZK 37+187处溶洞为同一顺层溶洞。 1997年9月20日。右线隧道施工至YK 37+ 193,断面靠左线方向下部沿炮眼向外流出泥浆水,并 具有一定压力,使炸药无法装进。高压风清孔时,部分 炮眼连通。9月21日20时爆破完成后,里程为YK 37 +190.4,掌子面靠左侧自顶部向左侧出现溶洞,洞宽 维普资讯 http://www.cqvip.com 铁道工程学报 2007年8月 正面出露0.5~1.5 m,内有黄泥为主的充填物并含较 大孤石块。到23日23时,涌出泥质类充填物累计达 600余m 。 到9月27日溶洞处理完毕,共延误工期187 h。 3.3 YK37+145处溶洞 4.1临时处理措施 YK 37+190与ZK 37+187两处溶洞处于同一层 带,先后间隔几天揭露,在作临时处理时采用了相同的 方法。 在遇溶洞后,都停止了正洞的掘进,防止溶洞处围 1997年10月10日21时27分,右线掌子面钻爆 岩失稳,造成坍塌。为了以后施工二次衬砌时对溶洞 处进行加强,按III类围岩(设计为IV类)检查开挖断 面。将泥、石碴清除后,马上进行初期支护喷混凝土, 完毕(此时里程为YK 37+145,地层为嘉陵江组一段 ,围岩类别为IV类),机械设备就位准备出砟,随着 一声巨响,右侧边墙至拱顶垂直高度约3 m处突然出 初喷厚度为4 cm。再在溶洞两侧打双排锚杆,纵、环 向间距都为0.5 m,按梅花型布置,用双层格栅钢架封 露一个直径约1.5 m的溶洞口。溶洞内水涌出,将刚 爆下的碴堆冲击铺开8 m多,浑水中含少量泥砂,强大 的水流迅速铺满隧道约0.8 m深,并冲出洞外120 m远 堵溶洞,再加密纵向连接钢筋,将纵向连接钢筋焊接在 锚杆上固定。为了防止溶洞内掉石块对格栅钢架造成 处路基填方外,瞬时流量估算达2 000 m /h,22时50 分,经现场测定,涌水量为1 300 m /h。由于水量较 大,造成溶洞坍塌,溶洞口扩大至4.5 m×3.5 m,坍塌 的块碎石加上溶洞内涌泥,共计600余m 。溶洞内涌 水由于未与地表水源相连,属地下水静储量,流量逐日 减小,直至最后干涸。 冲击破坏,在格栅钢架背后回填片石。溶洞口预埋一 根橡胶排水管,将溶洞内积水排出。然后挂钢筋网,用 C20喷射混凝土封闭平整。 YK 37+145处遇溶洞后,立即停止了正洞掘进, 涌水量减小后,马上在溶洞口进行初期支护,支护参数 按照III类围岩进行(设计为IV类),锚杆间距1.0 m, 由于此次涌水时正在进行出碴作业,事发突然,钻 孔时也未发现水流外涌,使得扒砟机和多功能作业台 车地层被淹没并受到不同程度的损坏,延误工期447 h, 到10月28日方处理完毕。 喷射混凝土厚度15 cm。溶洞内壁按梅花型、间距1.0 m 布设锚杆,在能够喷到的地方喷身C20混凝土厚度 10 cm。从洞口向里用3排密集格栅钢架架设,打锁脚 锚杆,在洞口两侧打两排锚杆,长3.0 m,梅花型布置。 洞口处用18号工字钢立钢支撑,以防坍落大块石。格 栅钢架立好后,在拱脚后用5号浆砌片石回填、封堵, 中间用 150 mm钢管将洞内涌水排出,洞口挂网喷 混凝土封闭。溶洞处理示意图如图1所示。 4溶洞处理措施 溶洞的处理以封、堵、排为主,同时加强初期支护 和二次衬砌,做好防排水处理。 I I—I 图1溶洞处理示意图(单位:m) 对此3处突泥涌水地段采取了封、堵、排后,经近 几个月的观察,支护稳定,只有右线YK 37+190还存 在出水、断续流沙现象。为了保证营运的安全,对3处 溶洞段的防排水及二次衬砌采取了加强措施。 4.2二次衬砌加强措施 4.2.1左线ZK 37+190~+170长20 m,右线YK 37 +185~+195长10 m,YK 37+150~+140长10 m, (下转第70页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 70 铁道工程学报 2007年8月 4.2坍塌的处理 施工中能否安全、顺利地穿越隧道洞口不良地质 发生塌方后,应迅速加固前后影响段,以防塌方范 段,受很多综合因素的影响。施工前应根据现场实际 围扩大。小塌方较容易支护与回填,以清为主;大塌方 情况对设计和施工方案进行调整,同时针对可能突发 情况较复杂,一般隧道衬砌后需要回填,因此一般暂不 的情况做好必要的准备,并在施工中采取有针对性的 清除衬砌断面线以外的塌砟,为了保护塌体上部的围 措施,才能保证施工顺利通过。 岩,应采取先护后挖,谨慎施工、稳妥前进的方法。 参考文献: 5 结论 [1]JTJ o42—94,公路隧道施工技术规范[S]. 在对洞口不良地质处理工程之前,应进行详细的 [2]周爱国.隧道工程现场施工技术[M].北京:人民交通出 地质调查,如隧道洞口处于大规模危岩落石、岩堆、活 版社。2005. 动滑坡、泥石流等重大不良地质段时,应结合技术经济 [3]王毅才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2000. 比较尽量进行线路绕避,以免耗费大量的工程投入后, 仍对运营安全造成隐患。 (编辑慕成娟赵立兰) (上接第60页) 按III型衬砌施工(原设计为IV型),同时,对隧底钻 施工进度,影响工期,给施工单位造成巨大损失。为了 孔探测,探测底部有无溶洞发育,是否有松软填充物, 将损失减小到最低限度,就需采取超前地质预报及早 再考虑是否对隧道的基底进行加强。钻孔探测后,未 发现岩溶,并采取有效的预防措施。对岩溶隧道采取 发现有异常。 的超前地质预报工序为:远距离探测一中距离探测一 4.2.2 YK 37+195~+185、ZK 37+190~+170、 近距离探测。常用探测方法: YK 37+150~+145段在二次衬砌中加设钢筋,内、外 (1)远距离探测 层钢筋均为 18 mm,间距25 cm,分布筋 10 mm,间 采用地质雷达或其它物探手段对岩溶发育段落掌 距25 cm。 子面前方50 m范围的岩溶情况进行探测并定位。 4.3防排水处理 (2)中距离探测 由于YK 37+190处还存在出口断续流沙现象,对 根据远距离探测的结果对掌子面前方25 m范围 此处的防排水作了特殊处理。考虑到ZK 37+187处 内的可疑点超前探孔进行精确定位,及早探明掌子面 溶洞与其处于同一层带,对其防排水参照4.3.1作了 前方岩溶的富水存泥情况。 处理。 (3)近距离探测 4.3.1 YK 37+195~+185,长10 m范围内采用纵横 根据炮眼钻孔及掌子面地质素描,判断掌子面前 软式透水管在衬砌背后构成排水系统。两端环向排水 管为(b 100 mm,并与边墙脚处的纵向排水管相连。中 方的岩溶情况。 间靠溶洞侧的环向排水管为 50 mm橡胶管,该管的 根据超前探明的岩溶情况提前采取排或堵的预防 性措施,从而因岩溶引发的突水、突泥灾害性事故发生 一端伸人溶洞内,将溶洞中的水直接排人排水管 内。此外,在出水侧的边墙部位铺设2根 150 mm的 的几率将会大大降低,岩溶隧道施工的安全性将会大 总线排水管收集面状渗水,该管亦与环向排水管相通。 大提高。 4.3.2在YK 37+194~+186内,在溶洞一侧铺双层 参考文献: 防水板。 4.3.3该段前后2组衬砌(长24 m)采用抗渗等级不 [1] 丁浩,蒋树屏,程崇国.岩溶地区隧道修筑关键技术探讨 小于S8的防水混凝土。 [M].北京:人民交通出版社,2004. [2]何发亮,李苍松,陈成宗.隧道地质超前预报[M].成 4.3.4该段2组衬砌的施工缝设置橡胶止水带防水。 都:西南交通大学出版社,2006. 5 结论 [3] 蒙彦,雷明堂.岩溶区隧道涌水研究现状及建议[M]. 北京:人民交通出版社,2004. 由于在可溶岩隧道施工中遇溶洞后出现涌泥、突 水,有可能损坏施工机具设备,危及人身安全,又耽误 (编辑马丽赵立兰) 

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