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      鐵路溶洞的處理技術

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      鐵路溶洞的處理技術

      發布日期:2019-07-19 作者: 點擊:

      詳細介紹鐵路隧道溶洞的處理技術,下面舉例成都某鐵路的案例進行說明,某新建單線鐵路隧道,全長8435m,設計行車速度為120km/h。該隧道位于云貴高原邊緣與橫斷山脈交接的大理、麗江地區,地勢東高西低,北高南低,山脈和水系多呈南北向展布。屬溶蝕、剝蝕構造中山、低中山地貌。沿線各時代地層分布較為齊全,沉積類型繁多,其間巖漿活動劇烈,巖漿巖規模巨大。沉積巖、早期火成巖因受高溫高壓動力變質作用普遍有不同程度的變質。測區構造復雜,斷裂、褶皺發育,致使巖體節理發育、破碎。主要不良工程地質有富水斷層破碎帶、錯落體、危巖落石、泥石流、巖溶、巖堆。水文地質條件復雜,地表水、地下水發育不均,部分地下水、地表水對混凝土具侵蝕性。
        1、 溶洞的概況
        該隧道出口段施工至某里程時,掌子面圍巖為Ⅲ級,巖性為灰巖、白云質灰巖,厚層狀,巖層層理清晰,巖體完整。上半斷面發育有一個溶洞,洞內充填塊石、碎石夾黏土隨爆破開挖自溶洞洞口涌出,涌出量于80m3,洞徑約3.5米,塊石直徑為0.2~1.2m,Z大塊經3m,含泥量約占90%;有少量的渾濁的巖溶水沿洞壁流出。經在掌子面布設3個水平探孔探明,前方溶洞無水,充填物主要為塊石、碎石及黏土等,判斷為充填型溶洞。
        2、 隧道溶洞處理方案
        2.1 處理方案選擇原則
        2.1.1 安全性。確保施工安全與運營安全,圍巖累計變形量不大于10cm,襯砌完工后隧道不滲不漏。
        2.1.2 可操作性強。要充分考慮現場機械裝備狀況和操作人員的技能水平,并盡可能降低施工難度。
        2.1.3 靈活性好。根據斷面形狀和尺寸,因地制宜地選擇施工方案,而不局限于一種固定的模式,一旦一種方案不能實時或實時效果差時,能較好地轉換為替代方案。
        2.1.4 具有可連續性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同,能順利地進行施工工藝、工序的轉換。
        2.1.5 經濟性強。即在保證安全、質量并不破壞環境的條件下的投入Z節約。
        2.2 處理施工方案 首先保留并加固坍塌體,防止坍方擴大,然后施做套拱和超前大管棚,保證正洞開挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌體,進入隧道正常開挖、支護工序,并對隧道基底進行注漿加固處理,增強隧底承載力;溶洞段通過后,進行拱部坍腔回填處理。
        處理順序為:封閉掌子面→施作套拱→施作超前大管棚→挖除坍塌體→洞身開挖、支護→邊墻及基底加固處理→坍塌溶腔回填處理。
        3 、溶洞處理關鍵施工技術
        3.1 噴射混凝土封閉掌子面 在未探明前方地質情況之前,為防止前方出現涌水突泥情況發生,首先保留并加固坍塌體,依靠坍塌體的支撐掌子面,防止塌方進一步擴大,立即對掌子面進行封閉處理。采用噴射C20鋼纖維混凝土封閉坍塌體表面,厚度為20cm,掌子面前方自溶腔內涌出塊石、碎石夾黏土等充填物穩定掌子面作用,坍體暫不挖除。
        3.2 施作套拱和超前大管棚 為保證施工安全,拱部采用φ108大管棚超前支護并注漿加固溶洞填充物,從而形成復合穩定的固結體,使周圍地層的力學性質得到改變,穩定性能加強;管棚尾端設鋼格柵混凝土套拱,前端打入穩定巖層,形成有效的“棚護”作用。
        首先在DK79+185位置施作導向墻。導向墻長1.5m,厚80cm,采用兩榀格柵鋼架定位,并起到增強剛度的作用。在鋼格柵加上焊接37根1.5m長φ127的無縫鋼管作為導向管,間距及外插角同大管棚,完成后澆注C25模筑混凝土。大管棚共37根,每根長20m,外插角為5°,大管棚環向間距為0.3m,注漿材料采用1:1的水泥漿,注漿壓力為0.8~1.0Mpa。
        管棚鋼管采用φ108無縫鋼管,節長3m和6m兩種,第一根鋼管加工呈錐形,采用絲扣連接(絲扣長15cm,必須使用標準地質絲扣)。同一橫斷面內接頭數量不超過50%,相鄰鋼管的接頭相錯量不小于1m,機械頂進。鋼管前部四周鉆注漿孔,孔徑15mm,孔間距15~20cm,呈梅花型布置,鋼管尾部留1.5m的止漿段不鉆孔。
        3.3 洞身開挖及支護 注漿完成后洞身采用微臺階法開挖,臺階長3~5m,開挖后立即施做初期支護結構,并采用噴射混凝土立即封閉掌子面。
        初期支護采用加強支護參數。參數如下:全環設I20工字鋼加強支護,鋼架間距@=0.6m,拱墻增設φ42小導管注漿加固溶洞充填物,每根長l=4m,間距為1m(縱向)×0.8 m(環向),C25早強噴射混凝土厚度為25cm,φ8鋼筋網網格20×20cm。
        溶洞處理段圍巖大部分為溶洞充填物,采用人工配合挖掘機開挖;對于石質圍巖部分則采用松動爆破開挖,以盡量減小對溶洞充填物的擾動,避免引發二次坍塌。
        3.4 邊墻及基底加固處理 對隧道頂部進行注漿預加固處理僅保證隧道拱部開挖安全,邊墻及基底圍巖力學性能得不到改善,并且曾受到過擾動,極有可能會發生坍塌事故;另外,即使開挖安全通過溶洞段,也會因溶洞段與溶洞前后隧底巖性不同,使后期隧道襯砌結構沉降不均,從而造成襯砌嚴重開裂,甚至影響行車安全。因此,必須對邊墻及基底進行加固處理。
        3.4.1 邊墻采用φ42超前小導管注漿加固溶洞充填物。小導管每根長L=4.5m,間距@=0.4m(環向)×2.4m(縱向),外插角α=25°,漿液采用1:1水泥單漿液,采用劈裂注漿方式,注漿壓力為2MPa。
        3.4.2 基底采用φ75鋼管樁對隧底圍巖注漿加固,加固范圍為仰拱開挖輪廓線以下5m。鋼管樁間距為1.0m,梅花形布置。鋼管樁采用φ75 mm、δ=6mm的無縫鋼管加工制作,每根長L=5.5m,尾端50cm伸入仰拱支護結構內,同時為增強結構的縱向剛度,鋼管樁尾端之間采用I16工字鋼連接,以增強整體受力性能。漿液采用1:1水泥單漿液,亦采用劈裂注漿方式,注漿壓力2.0MPa。
        3.5 拱部坍塌溶腔回填處理 為確保隧道襯砌結構安全,保證運營安全,需對拱部坍塌的溶腔進行回填處理。在綜合考慮周邊環境及溶洞狀態,并結合隧道結構特點,采用C15泵送混凝土回填。為減小流塑態的泵送混凝土對支護結構的沖擊力和側壓力,回填應對稱、分次、分層施工完成,隧道支護結構兩側混凝土面每次施工高差不得超過0.5m,層厚不大于30cm,每次泵送混凝土厚度不得超過2m,且方量不超過50m3。
        3.6 監控量測 在洞身開挖施工過程中,每5m設一組監測點,主要監測項目為拱頂下沉和周邊收斂,密切監視每一工況下隧道支護結構的變形情況并及時反饋,指導下一步施工。
        分享這些溶洞的處理方法希望能幫助到有關的企業,促進我國的鐵路、道路等的發展。

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