楊 旭

(中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京市 102600)

0 引言

我國(guó)石灰?guī)r地層分布較廣，特別是西南地區(qū)，巖溶地質(zhì)非常普遍[1]，而且?guī)r溶地質(zhì)的地貌形成最為完善[2]。巖溶對(duì)隧道設(shè)計(jì)、施工的影響極大，處理十分困難[3]。在西南巖溶地區(qū)長(zhǎng)大隧道進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮巖溶的危害，采取合理的設(shè)計(jì)方案，盡可能地減少遇到巖溶時(shí)的經(jīng)濟(jì)損失以及工期損失。

以云南南部某巖溶長(zhǎng)隧作為研究對(duì)象，其進(jìn)口巖溶段落較長(zhǎng)，全隧為單面坡。從該隧道的輔助坑道選擇、施工組織、不良地質(zhì)的處理措施等多方面進(jìn)行分析，確定該隧道的總體設(shè)計(jì)方案，指導(dǎo)后期的設(shè)計(jì)與施工。

1 工程概況與地質(zhì)概況

1.1 工程概況

隧道位于云南南部蒙自市境內(nèi)，起迄里程AK43+529～AK52+336，全長(zhǎng)8807m，最大埋深約290m。AK43+909.931～AK45+628.346段位于半徑R=3000m的右偏曲線上，其余段落位于直線上。受兩端接線影響，隧道內(nèi)為20.1‰單面上坡。

1.2 地質(zhì)概況

隧址區(qū)地下水主要為基巖裂隙水和碳酸巖裂隙溶洞水，巖溶中等-強(qiáng)烈發(fā)育，易產(chǎn)生突泥、涌水。其中進(jìn)口約2800m為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，剩余6007m為巖溶中等發(fā)育區(qū)。

2 巖溶設(shè)計(jì)處理方案

2.1 輔助坑道類(lèi)型選擇原則

本隧道長(zhǎng)度達(dá)8.8km，通過(guò)設(shè)置輔助坑道是縮短建設(shè)工期的有效方法。對(duì)于一般山嶺隧道而言，輔助坑道主要有以下類(lèi)型：斜井，橫洞，平行導(dǎo)坑，豎井等[4-5]。

一般而言，在地形滿足前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇橫洞[6]，相比于斜井，其施工排水可順坡自排，相比于平行導(dǎo)坑，其布置靈活，節(jié)約工程量；其次為斜井，因?yàn)樾本夹g(shù)成熟，布置靈活多變，能有效保證施工進(jìn)度；當(dāng)無(wú)法采用橫洞與斜井時(shí)，才考慮設(shè)置豎井[7]；因?yàn)槠叫袑?dǎo)坑其工程量大，一般情況下不首選，但由于地形限制，無(wú)法設(shè)置橫洞、斜井時(shí)，或存在其他特殊原因時(shí)，如本隧道涉及的巖溶，可考慮采用平行導(dǎo)坑。

通過(guò)地形，本隧道無(wú)設(shè)置橫洞的條件，也暫不考慮采用豎井的方案，本隧道主要從斜井與平行導(dǎo)坑中進(jìn)行選擇。

對(duì)于巖溶水發(fā)育的隧道應(yīng)優(yōu)先選擇平行導(dǎo)坑，主要原因有：

(1)一般平行導(dǎo)坑與正洞坡度相同，具有自排水能力。

(2)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，平行導(dǎo)坑可作為正洞的超前地質(zhì)導(dǎo)洞，可提前揭露隧道前方地質(zhì)情況，可使正洞提前做好處理措施(如圖1示意)，避免發(fā)生大的施工事故。

(3)若在施工過(guò)程中正洞不幸遭遇溶洞，可通過(guò)平導(dǎo)繞過(guò)溶洞區(qū)繼續(xù)向前施工，同時(shí)進(jìn)行溶洞段落處理，可減少長(zhǎng)時(shí)間溶洞處理帶來(lái)的工期損失(如圖2示意)。

本隧道進(jìn)口約2.8km為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，采用平行導(dǎo)坑作為輔助坑道，對(duì)其余中等發(fā)育段落，根據(jù)地形情況，采用斜井作為輔助坑道。

2.2 輔助坑道設(shè)置與施工組織

本隧進(jìn)口段巖溶強(qiáng)烈發(fā)育段落長(zhǎng)約2.8km，于進(jìn)口迎水側(cè)設(shè)置長(zhǎng)度3km的平行導(dǎo)坑，以進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè)、兼顧施工與運(yùn)營(yíng)排水，降低巖溶風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)地形條件，出口段有以下兩種方案：

方案一(圖4)：AK48+000處與AK50+000處設(shè)長(zhǎng)度為930m、430m長(zhǎng)的無(wú)軌雙車(chē)道斜井，隧道土建工期38月(含3個(gè)月施工準(zhǔn)備，不含無(wú)砟道床施工)。

方案二(圖5)：AK49+000處設(shè)置長(zhǎng)度為970m的無(wú)軌雙車(chē)道斜井，隧道土建工期42月(含3個(gè)月施工準(zhǔn)備，不含無(wú)砟道床施工)。

方案一比方案二增加一座斜井，斜井總長(zhǎng)度增加390m，但工期縮短了4個(gè)月，反坡施工長(zhǎng)度減短400m，改善了施工排水、通風(fēng)條件，綜合比較后，推薦采用方案一，即3km平導(dǎo)+930m斜井+430m斜井方案。

2.3 巖溶的處理原則與預(yù)案

除從輔助坑道設(shè)計(jì)上最大程度減少巖溶帶來(lái)的不利影響外，尚需考慮遭遇巖溶施工時(shí)的具體處理原則：選線時(shí)采用高線位通過(guò)，縮短隧道長(zhǎng)度；巖溶區(qū)隧道應(yīng)走行于垂直滲流帶中，而不宜布置在水平循環(huán)帶。

即使選線遵循上述兩選線原則，但仍不可避免會(huì)遭遇巖溶，針對(duì)不同的巖溶類(lèi)型，可取如下處理原則與預(yù)案[8]：

(1)巖溶水處理：宜采取疏導(dǎo)為主的處理原則，維持或恢復(fù)既有排泄通道，必要時(shí)增設(shè)排水通道；對(duì)地表生態(tài)環(huán)境有較大影響的地段，應(yīng)采取注漿預(yù)加固措施，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

(2)部分充填貧水巖溶：根據(jù)巖溶形態(tài)、規(guī)模、與隧道空間位置關(guān)系、巖層產(chǎn)狀、巖層層厚、巖層傾角、節(jié)理裂隙、埋深等因素，對(duì)巖溶洞壁穩(wěn)定性及充填物特性進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)。根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)論，巖溶洞壁可采取清危、噴錨網(wǎng)、護(hù)墻、護(hù)拱、立柱支頂、錨索等措施處理；設(shè)置穩(wěn)固可靠的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)型式可采用拱跨、板、梁、樁、注漿、換填、復(fù)合地基等。

(3)全充填貧水巖溶：根據(jù)充填物特性，結(jié)合巖溶規(guī)模、形態(tài)、與隧道空間關(guān)系等，確定隧道超前預(yù)加固和預(yù)支護(hù)措施。充分考慮溶洞充填物流失對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響，設(shè)置穩(wěn)固可靠的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)型式可采用樁、板、梁、復(fù)合地基等。

(4)富水巖溶裂隙：根據(jù)發(fā)育程度及穩(wěn)定性可采取超前帷幕注漿、超前周邊注漿、徑向注漿等措施；高壓富水巖溶裂隙采用超前鉆孔等措施排水減壓。

(5)富水巖溶管道：采取疏導(dǎo)為主原則，維系其原有的過(guò)水通道，必要時(shí)增設(shè)排水洞、管涵等措施。

(6)富水充填溶洞：采用釋能降壓降低施工風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)溶洞充填物進(jìn)行注漿加固，并采取超前管棚等措施保障施工安全。

巖溶水發(fā)育地段、受季節(jié)性地下水影響地段、斷層破碎帶及可溶巖與非可溶巖接觸帶等富水地段，襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮承受部分水壓的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)云南南部某長(zhǎng)隧道巖溶發(fā)育的特點(diǎn)，確定采用斜井結(jié)合平行導(dǎo)坑的設(shè)計(jì)方案：隧道進(jìn)口巖溶強(qiáng)發(fā)育段采取更為穩(wěn)妥的平行導(dǎo)坑，巖溶中等發(fā)育地段采用布置靈活、更為經(jīng)濟(jì)的斜井方案；針對(duì)不同巖溶類(lèi)型給出了不同的處理原則與措施。