某礦山法巖溶長隧設計方案

楊 旭

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京市 102600)

0 引言

我國石灰?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]。巖溶對隧道設計、施工的影響極大，處理十分困難[3]。在西南巖溶地區(qū)長大隧道進行方案設計時必須充分考慮巖溶的危害，采取合理的設計方案，盡可能地減少遇到巖溶時的經(jīng)濟損失以及工期損失。

以云南南部某巖溶長隧作為研究對象，其進口巖溶段落較長，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行分析，確定該隧道的總體設計方案，指導后期的設計與施工。

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-強烈發(fā)育，易產(chǎn)生突泥、涌水。其中進口約2800m為巖溶強烈發(fā)育區(qū)，剩余6007m為巖溶中等發(fā)育區(qū)。

2 巖溶設計處理方案

2.1 輔助坑道類型選擇原則

本隧道長度達8.8km，通過設置輔助坑道是縮短建設工期的有效方法。對于一般山嶺隧道而言，輔助坑道主要有以下類型：斜井，橫洞，平行導坑，豎井等[4-5]。

一般而言，在地形滿足前提下，應優(yōu)先選擇橫洞[6]，相比于斜井，其施工排水可順坡自排，相比于平行導坑，其布置靈活，節(jié)約工程量；其次為斜井，因為斜井技術成熟，布置靈活多變，能有效保證施工進度；當無法采用橫洞與斜井時，才考慮設置豎井[7]；因為平行導坑其工程量大，一般情況下不首選，但由于地形限制，無法設置橫洞、斜井時，或存在其他特殊原因時，如本隧道涉及的巖溶，可考慮采用平行導坑。

通過地形，本隧道無設置橫洞的條件，也暫不考慮采用豎井的方案，本隧道主要從斜井與平行導坑中進行選擇。

對于巖溶水發(fā)育的隧道應優(yōu)先選擇平行導坑，主要原因有：

(1)一般平行導坑與正洞坡度相同，具有自排水能力。

(2)巖溶地區(qū)地質(zhì)條件復雜，平行導坑可作為正洞的超前地質(zhì)導洞，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)若在施工過程中正洞不幸遭遇溶洞，可通過平導繞過溶洞區(qū)繼續(xù)向前施工，同時進行溶洞段落處理，可減少長時間溶洞處理帶來的工期損失(如圖2示意)。

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

2.2 輔助坑道設置與施工組織

本隧進口段巖溶強烈發(fā)育段落長約2.8km，于進口迎水側(cè)設置長度3km的平行導坑，以進行超前地質(zhì)探測、兼顧施工與運營排水，降低巖溶風險。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處設長度為930m、430m長的無軌雙車道斜井，隧道土建工期38月(含3個月施工準備，不含無砟道床施工)。

方案二(圖5)：AK49+000處設置長度為970m的無軌雙車道斜井，隧道土建工期42月(含3個月施工準備，不含無砟道床施工)。

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

2.3 巖溶的處理原則與預案

除從輔助坑道設計上最大程度減少巖溶帶來的不利影響外，尚需考慮遭遇巖溶施工時的具體處理原則：選線時采用高線位通過，縮短隧道長度；巖溶區(qū)隧道應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，但仍不可避免會遭遇巖溶，針對不同的巖溶類型，可取如下處理原則與預案[8]：

(1)巖溶水處理：宜采取疏導為主的處理原則，維持或恢復既有排泄通道，必要時增設排水通道；對地表生態(tài)環(huán)境有較大影響的地段，應采取注漿預加固措施，保護生態(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，對巖溶洞壁穩(wěn)定性及充填物特性進行綜合分析評價。根據(jù)評價結(jié)論，巖溶洞壁可采取清危、噴錨網(wǎng)、護墻、護拱、立柱支頂、錨索等措施處理；設置穩(wěn)固可靠的基礎，基礎型式可采用拱跨、板、梁、樁、注漿、換填、復合地基等。

(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)、與隧道空間關系等，確定隧道超前預加固和預支護措施。充分考慮溶洞充填物流失對隧道結(jié)構的影響，設置穩(wěn)固可靠的基礎，基礎型式可采用樁、板、梁、復合地基等。

(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：采取疏導為主原則，維系其原有的過水通道，必要時增設排水洞、管涵等措施。

(6)富水充填溶洞：采用釋能降壓降低施工風險，對溶洞充填物進行注漿加固，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)構設計時需考慮承受部分水壓的作用。

3 結(jié)語

針對云南南部某長隧道巖溶發(fā)育的特點，確定采用斜井結(jié)合平行導坑的設計方案：隧道進口巖溶強發(fā)育段采取更為穩(wěn)妥的平行導坑，巖溶中等發(fā)育地段采用布置靈活、更為經(jīng)濟的斜井方案；針對不同巖溶類型給出了不同的處理原則與措施。