大断面大倾角斜井溶洞施工技术

1、大断面大倾角斜井溶洞施工技术张文明（中铁隧道集团有限公司第一工程处，河南新乡 453000）摘 要 随着特长隧道的不断增多，为了解决通风问题，一般采用斜井进行通风。摩天岭隧道全长7353米，为西南第二长高速公路隧道，隧道右线设通风斜井1座，斜井长817.673米，倾角25°，开挖过程中遇大型溶洞2处，一处斜井正穿溶洞，溶腔断面大；一处为泥质充填，厚度无法探测。本文就此2个斜井溶洞的处理，提出可行可靠的施工方法，并总结了成功的经验和体会，以供同类工程施工借鉴。关键词 公路 斜井 大倾角 溶洞1 概述1.1 设计概况国家重点公路杭州至兰州线重庆巫奉高速公路A19合同段，位于重庆市奉节县双

2、潭乡境内，主要工程项目有摩天岭特长隧道及右线2号斜井。摩天岭隧道全长7353 m，其中我合同段承担右线出口3608米，左线出口3527.785米的施工任务。隧道左线纵坡为1.864%，右线纵坡1.871%。隧道设计净宽10.25m，净高5.0m。设计行车速度为80Km/h。摩天岭隧道2号斜井位于隧道右线右侧，井底位于右线里程YK46+639的右侧44.95m处，通过排风通道、送风通道、风机房和隧道右线联通；该斜井作为巫奉高速公路重难点工程之一，担负7353米摩天岭隧道右线的运营通风任务。斜井通过段岩性以灰岩为主，地下水为碳酸盐岩类岩溶水。斜井坡度大（24.95°）、长度长（816.7

3、63米），斜井岩溶极其发育，施工难度极大。1.2 斜井1号溶洞概况2006年10月21日晚23时30分掌子面在打钻的过程中，其中有3个钻孔已出现异常，装药爆破后，掌子面形成一个直径约3米的空洞，前方深不可测。次日对溶洞经过详细勘测，溶洞距离洞口约110米，斜井正穿溶洞。溶洞内无水，溶腔大，纵向长度49米，高度22米，宽度达26米，溶腔内岩石表面有黄色泥土，表层不同程度出现风化迹象，石钟乳十分发育，洞内出现石钟乳柱、笋等形状，见图1。溶洞内联通性好，上部约200米处有一更大的溶洞，四周有空洞相连。下游有落水洞，同时有大的溶洞出现。流水通道断面均比较大，上部全部为风化成泥的形态，底部淤泥较厚，经过

4、水的冲击形成泥沟。暗河与斜井平面相交，在斜井底部穿过，岩层厚度为11米。1.3 斜井2号溶洞概况2006年12月2日，掌子面爆破后，掌子面出现黄色粘土，其面积达1/3左右，粘土粘性强。经过地质雷达进行探测，前方范围比较大，超过20米。揭露溶洞上部为粘土，下部为砂层，再次采用水平地质钻机，最终确定溶洞的大致形状。因洞室内充填物以沉积砂、砂砾石和粘土为主，下部为砂层，上部为粘土层，但砂层处于斜井洞身四周，且随着斜井的进一步掘进，洞顶的砂层越厚，对施工影响和危害性极大，左侧顶部有岩溶裂隙水渗出，溶洞壁围岩为隐晶质灰岩、白云质灰岩，节理裂隙较发育。根据岩溶规模，2个溶洞应属于特大型溶洞，因此应采取特别

5、处理。其溶洞情况见图2。2 工程地质及水文地质隧道区内山势走向受构造线和地层岩性控制，山体两侧坡势陡峭自然坡度在40°55°之间，山顶宽缓，形成峰丛、槽谷、岩溶洼地、落水洞等岩溶地貌形态，峰丛多成浑圆状，槽谷、岩溶洼地连续呈脉状展布，主槽和主要沟谷及脉状峰丛受构造控制，与构造线走向基本一致；山脉顶部为宽缓的构造溶蚀峰丛洼地地貌，峰丛沿构造走向分布，峰丛高度3050m，峰丛之间有山间溶蚀洼地， 图1 1号溶洞照片图2 溶洞平面位置和纵断面图洼地四周为崖壁，高出邻区100300m。斜井穿越段全部为灰岩，地表位于灰岩和泥岩、页岩交替带，而且地表局部溶蚀为溶沟、溶槽，可见深度0.8

6、m，延伸长度110米不等。地下水为岩溶裂隙水，受大气降水补给，地表水直接沿溶沟、溶槽从落水洞、岩溶漏斗、岩溶裂隙进入地下。隧道地处亚热带季风气候区，其特点是春早、夏热、秋凉、冬暖多雾，四季分明，无霜期长，光照适宜，雨量充沛，风速较小。多年平均气温16.5，历年最高气温43.1（7月），最低气温-9.2（1月），多年平均降雨量1261.9mm。隧道施工期间恰遇重庆市百年不遇的旱季，因此揭露时溶洞内基本无水。3 溶洞处治方案根据斜井岩溶发育特点，结合隧道工程的结构特点和受力特征，按拱部、边墙和底部三个部位确定岩溶处治方案，另外要充分考虑斜井的施工特点。3.1 斜井1号溶洞处治方案（1）溶洞顶部处理

7、方案溶洞四壁全部灰岩，表面已风化，为泥质，出现流水或滴水处水中含大量钙质，形成石钟石。灰岩层理之间充填有泥，为了防止施工期间以及运营期间掉石，保证安全，对溶洞顶部采用锚网喷进行封闭，锚杆采用药卷锚杆，单根长300cm，间距1×1m，单层6.5钢筋网，网眼间距20×20cm，喷混凝土厚10cm。（2）溶洞底部处理方案溶洞底部回填较深，最深处达到12米，采用洞碴回填，洞碴顶部为厚1米的C25钢筋混凝土浇注，1.5米厚M7.5号浆砌片石回填。（3）斜井二次衬砌设计为了起到减震效果，该段套拱采用18工字钢，纵向间距75cm，环向联结钢筋采用22钢筋，间距1米，喷混凝土26cm；二次

8、衬砌为40cm厚C25钢筋混凝土。图3 斜井1号溶洞处治断面图（4）洞碴防沉降及斜井防滑移措施该溶洞回填高度较高，斜井内无法利用机械进行碾压，同时斜井倾角大，为了避免回填后沉降以及斜井向下滑移，同时避免以后水对基底的侵蚀，对该段进行注浆处理，施工缝之间设置接茬钢筋。洞碴中预埋42注浆小导管，单根长3米，间距2×2m，对洞碴采用注浆加固处理；混凝土和浆砌片石之间采用12接茬钢筋，单根长1米，间距30×30cm。（5）排水方案为了保证斜井底部横向排水畅通，设500涵洞一个，将水排放至暗河，同时在暗河和斜井之间用浆砌片石挡墙进行封闭，墙厚2.5米。3.2 斜井2号溶洞处治方案根据

9、地质雷达和超前探测确定溶洞的形状，确定以下处置方案，见图4。采用18工字钢架，纵向间距40cm；超前支护采用42注浆小导管，单根长3米，纵向间距1.2米，环向间距30cm；双层8钢筋网，网眼间距15×15cm；喷混凝土厚度26cm；环向用42注浆小导管代替系统锚杆，单根长3.0m，环向间距100cm，小导管插入后进行注浆，将砂层固结。预留变形量25cm，二次衬砌为50cm厚钢筋混凝土。仰拱初期支护采用18工字钢，环向为42注浆小导管，单根长度6.0m，斜向30度注浆,注浆量应保证把3.0m范围内砂层全部固结。喷混凝土厚度26cm；仰拱为50cm厚钢筋混凝土。图4 斜井2号溶洞处治断面

10、图4 溶洞段施工4.1 斜井1号溶洞施工施工采用单工序，回填和防护不能同时作业。回填洞碴从洞外弃土场取碴，采用有轨运输至斜井溶洞处。不足部分选其它取土点。回填至机械能够下到溶洞后，机械进行整平，同时修筑挡碴墙，继续进行回填。回填至一定高度，埋设注浆管，浇注防滑平台，注浆后进行钢筋混凝土的浇注，施工时埋设接茬钢筋。混凝土强度达到70%时，施做浆砌片石。在设置护拱混凝土，最后同正洞施工二次衬砌。运输全部采用绞车提升，有轨运输。（1）洞碴回填利用洞外弃碴场隧道弃碴，先转运至斜井洞口，用装载机装碴到矿车，有轨运输，洞内设置曲轨，直接卸碴至溶洞内。（2）底部注浆注浆范围及深度：回填深度4米以上采用注浆处

11、理，宽度为斜井井身底部。注浆孔布置： 注浆孔按梅花形布置，孔距为2.0m。回填时根据回填高度预埋注浆管。浆材、浆液要求： 压力注浆材料采用水泥粉煤灰系列，各材料具体要求如下：开灌：水：水泥=1：1一次钻灌法主灌：水：水泥：粉煤灰=3：1：3两次钻灌法：第一次主灌 水：水泥：粉煤灰=3：2：3第二次主灌 水：水泥：粉煤灰=3：1：3具体可根据注浆试验，对设计的配合比进行优选，得到最终施工配合比。宜采用稠度高的浓浆液。注浆压力：压力注浆可以采用花管注浆方式。注浆压力是控制注浆质量和浆液数量的重要参数，压力表其最大标值不得大于1.5MPa。注浆压力以孔口压力表指针摆动中值为准。注浆压力可以根据现场施

12、工试验结果进行适当的调整。变形观测：孔口设置抬动检测装置，控制抬动值不大于2cm。同时，对窜浆冒浆情况进行观测和记录，发现异常情况，及时采用封堵、减压、浓浆、间隙法注浆等措施进行处理。止浆：在规定压力下，注浆量小于1L/min时，稳定23分钟，若压力不下降或压力下降不超过5%，则可正常止浆。特殊情况处理：对孔底漏浆严重的情况可采用浓浆封底，对于变形过大不能正常止浆的情况，可采用23小时间隙法注浆，若仍不能抑制变形则间隔12天后进行复注。（3）底板混凝土浇筑注浆完毕，将底部作成利用人工操作的台阶状，宽度2米，钢筋绑扎完毕后进行混凝土浇注，混凝土由洞外搅拌站集中拌制，利用矿车运送至溶洞上部，在利用

13、梭槽将混凝土输至使用地点。（4）套拱施工自下向上，进行工字钢套拱施工，架立3-5榀后，施做喷混凝土。（5）二次衬砌施工同其它段落，利用模板台车，砼输送泵泵送混凝土入模。4.2 斜井2号溶洞施工预留核心土，从四周用风镐进行开挖，工字钢每次施工一榀。工字钢施工顺序为拱部、边墙、仰拱，每施工一个部分立即用喷砼封闭，注浆固结后本单元才能结束。超前支护每1.2米施做一环，完毕后进行注浆。本溶洞内充填沉积砂，同时上部有渗水，所以注浆起到固结砂层增加稳定，同时也起止水的作用。因此超前支护和42小导管代替的系统锚杆必须进行注浆。注浆采用水泥-水玻璃双液，其参数如下：注浆压力0.5-1.0Mpa；水泥浆水灰比为

14、1:1；水泥标号为PO.32.5；水玻璃波美度为30，模数为2.4。注浆结束标准：单孔注浆压力达到设计终压并继续注浆10min以上，可结束本孔注浆。每2米设置一组量测点，对收敛和下沉进行监测。5 溶洞处理注意事项（1）因溶洞连通性很好，因此雨季期间加强对洞内水量的观测，避免水量过大，落水洞堵塞造成斜井被淹的情况。（2）施工期间加强溶洞四壁及其他地段的巡视、观测，避免出现顶部因爆破震动出现掉块等安全隐患。（3）施工期间尽快封闭暗河，对进洞人员进行安全教育，不能在溶洞内进行探险活动，以免发生意外。（4）施工期间加强监控量测，做好安全应急预案，落实安全应急措施，确保施工安全。（5）在塌腔段预留注浆孔

15、，根据以后观测情况采取注浆的方式对空腔内进行加固处理。（6）留足充足的预留变形量；同时要满足加厚二次衬砌所需的净空，确保二次衬砌断面不侵入净空。 （7）在2号溶洞施工过程中，要切实安排好拱部、边墙与底部开挖时间和施工顺序，要做到底部与拱部拱架等初期支护及时封闭成环，避免底部初期支护滞后而引起的掉拱、拱架变形、拱顶下沉量过大等现象。（8）注浆对砂进行固结的配合比应现场调整，掌握最佳的注浆配合比、注浆压力、注浆时间和注浆工艺，确保注浆效果。6 结论由于斜井坡度很大，在机械设备配置、材料运输、施工方式上与隧道工程均不同。本斜井倾角24.95°，人员行走都存在困难，因此施工难度极大。隧道内出现溶洞对施工造成影