隧道跨越巨型溶洞施工关键技术研究

研究以贵南高铁甲良三号隧道跨越巨型溶洞段为工程背景,对拱隧一体结构施工关键技术进行了研究,先对跨越溶洞段落的隧道洞身施作锚索加强,在溶洞范围施作超前注浆支护后,按照台阶法开挖隧底基坑,采用独立的吊装设备调运基坑碴土,然后施作拱圈地模、拱座及支墩,分段浇筑拱圈结构后分层回填拱上结构,最后施作隧道二次衬砌结构。结果表明,拱隧一体结构施工关键技术攻克了隧道跨越巨型溶洞安全快速施工与配套工艺的技术难题,保证了隧道跨越巨型溶洞的施工安全。

双线高铁隧道跨越巨型溶洞先掘后探施工技术研究

为了确保贵南高铁甲良3号隧道跨越巨型溶洞段的施工安全,研究开展双线高铁隧道跨越巨型溶洞先掘后探施工技术。提出洞内更换加强型护拱及系统锚杆加固,洞外施作条件为基础+钢管立柱挡墙支撑,确保隧道先行开挖通过巨型溶洞段落,保障隧道按期贯通,同时最大限度地减小溶洞对隧道施工的影响。结果表明:该施工技术有效保证了隧道跨越巨型溶洞段的安全、快速施工,拱顶沉降最大值为8.61 mm,净空收敛最大值为4.17 mm,远小于其变形控制值,可为类似岩溶地区的隧道施工提供参考。

高铁隧道穿越巨型溶洞超厚回填体沉降模型试验研究

依托渝厦高铁黔常段高山隧道高位穿越巨型溶洞回填处置工程,按照几何相似比1∶5设计基于时序加载方式的列车动荷载作用下超厚回填体沉降相似模型试验,探究不同厚度钢筋混凝土路基板的隔振性能,以及巨型溶洞超厚回填体的沉降规律,验证巨型溶洞回填处置方案的合理性。结果表明:随着路基板厚度的增加,隧道模型的仰拱表层附加沉降逐渐减小,回填砂层受到列车动荷载扰动逐渐减小,路基板的隔振性能逐渐增加;从回填砂层表层到深层,由列车动荷载引起的振动加速度峰值、动土压力值均显著降低,且动土压力的传播范围逐渐缩小;当路基板厚为0.6 m时,回填砂层浅部50 cm范围内的动荷载扰动沉降仅0.02 mm,相当于实际工程中回填洞砟层浅部2.5 m范围内沉降0.10 mm。隧道开通运营1年来,监测隧道结构整体沉降低于1 mm,且趋于稳定,由此可见:高山隧道巨型溶洞采用“洞砟回填+上部注浆”处置,并辅以3 m厚钢筋混凝土路基板隔振的设计方案,是合理可靠的。

成贵高铁玉京山隧道巨型溶洞顶板防护技术研究

成贵高铁玉京山隧道穿越巨型溶洞,溶洞顶板处有大直径不稳定楔形体,为防止施工过程中隧道顶部出现掉块和坍塌,提出采用涨壳式中空注浆锚杆与低预应力全黏结型锚索联合加固溶洞顶板的治理措施。采用有限元软件分别建立顶板无支护、仅设置锚杆支护及锚杆和锚索联合支护3种工况下围岩的三维数值模型,同时考虑支护滞后时顶板围岩的加固效果,通过数值模拟结果对比分析不同工况下锚杆、锚索轴力的变化规律及围岩位移、塑性区的分布规律,并提出一种有效的顶板防护措施。结果表明:1)锚杆和锚索及时支护可以有效控制顶板不稳定围岩的位移、塑性区发展,达到较好的加固效果;2)在仅设置锚杆的基础上及时施加锚索结构可以显著降低锚杆的轴力,避免锚杆因轴力太大而破坏;3)采用涨壳式中空注浆锚杆与低预应力全黏结型锚索结构对玉京山隧道溶洞顶板进行加固可以保障隧道施工安全。

黔张常铁路高山隧道巨型溶洞处理技术研究

黔张常铁路高山隧道高位斜穿巨型溶洞,巨型溶洞体量大,整体稳定性较差,洞壁危岩分布较多,危岩向洞内位移,落石危险时有发生。为解决巨型溶洞处理带来的困难,降低安全风险,针对巨型溶洞提出线路绕避、回填处理和桥跨处理3类11个处理方案,在综合考虑施工、运营安全及经济性的基础上,选择回填处理方案,并最终确定“回填洞砟+上部注浆加固”的处理方案。施工中形成溶洞分阶段回填、洞壁洞顶锚网喷安全防护、回填体注浆加固、隧道明洞结构保护性施工和回填体工后沉降预处理等一系列关键施工技术。超厚回填体在线沉降监控和施工过程控制结果表明,溶洞处理施工顺利、处治方案技术可靠、成本经济,可为类似工程提供借鉴。

隧道高位穿越巨型溶洞处置及防护方案研究

巨型溶洞岩溶地质情况复杂,严重影响隧道工程的开展,隧道高位穿越巨型溶洞处置难度大,防护工作不易开展,选择合适的处置及防护方案是保证隧道运营、施工安全的重要基础。文章依托黔张常铁路高山隧道高位穿越巨型溶洞项目,针对因溶洞空腔巨大、周壁稳定性差、落石风险高等不利因素所造成的施工处置难题,在详细研究国内11个巨型溶洞处置方案的基础上,制定了线路绕避、回填和桥跨3类共11种巨型溶洞处置方案,经过初步分析确定了回填处置方案,进一步对比4种回填方案后选用洞砟回填+上部注浆的处置方法。同时,为保证施工安全,系统总结了国内巨型溶洞施工安全防护技术,并以此为基础提出了高山隧道巨型溶洞施工安全防护措施,隧道最终顺利通过巨型溶洞。

玉京山隧道巨型溶洞地质特征与稳定性评价

成贵高速铁路玉京山隧道施工中遭遇高速铁路建设史上的最大溶洞,溶洞下部发育大型暗河,洞内充填物厚度大,成分复杂,工程地质环境复杂,处理难度大、施工安全危险性高。现场采用地质调查及测绘、三维激光扫描、水文观测、物探、钻探、孔内测试、取样试验等综合勘察手段,查明了巨型溶洞的形态特征、水文地质特征和充填物工程地质特征,对洞壁稳定性进行了分析和评价,预测了洞顶塌落高度及稳定性,提出了“暗河改道、溶洞回填、桥梁跨越”总体处理措施建议,为合理确定施工整治方案提供了详实的地质依据。研究成果可为山区高速铁路岩溶勘察提供重要参考。

羊桥坝隧道遭遇巨型溶洞处理方案研究

在设计阶段由于受勘察手段的限制,隧道地质情况不可能完全察明,在岩溶地区隧道建设过程中可能遭遇大型溶洞,施工中存在一定的安全风险,如果处理不当可能给后期运营带来一定隐患。文章以重庆奉节至巫溪高速公路羊桥坝隧道施工过程中发现的巨型溶洞为例,溶洞最大长度267m,最大宽度180m,最大高度120m(设计标高至溶洞顶约70m,至溶洞底约50m)。根据溶洞现状及补充勘察资料,研究了桥梁跨越方案、路基+明洞方案、回填暗挖方案和5种改线方案。从地质条件、施工风险、工程造价、工期等方面对诸方案进行综合比较,最终采用新增费用最少、工期最短的左线左偏绕避溶洞方案,并用于工程实践,达到了规避地质风险、确保施工安全、节约造价、工期可控的效果。

巨型溶洞松散回填体内超大断面隧道修建技术

本文介绍了玉京山隧道巨型溶洞、暗河工程难点及其处理方案,针对溶洞回填体内修建隧道这一难题,从结构型式、注浆加固、开挖支护及控制隧道沉降变形等方面进行了深入研究,提出了整体沉降和差异沉降双标准隧道沉降控制技术,保证了超大断面隧道结构安全。本工程施工经验可为同类工程提供借鉴。

巨型溶洞大厅回填体内隧道暗挖施工技术研究

成贵铁路玉京山隧道为特大型溶洞回填体隧道,在D3K279+948处揭示了一个巨型溶洞大厅及玉京山暗河,文章针对其特点,提出了“五台阶法开挖+多种支护方式并存+模板法施作二次衬砌”等施工措施,保证了隧道开挖过程中结构的稳定性以及运营期的安全性。对五台阶法开挖技术、重型HW300型钢拱架安装技术、隧内钢围檩及钢横撑安装技术以及大断面隧道二次衬砌施作技术进行了详细介绍及研究,并及时进行监控量测,包括隧道拱顶沉降及周边收敛,以及临时钢横撑的轴力及应力监测,并分析监测数据,得出结论后可反馈于实际施工中,以指导现场施工。

隧道穿越巨型溶洞弃碴回填体注浆加固技术研究

玉京山隧道86m洞身段穿越巨型溶洞大厅顶部弃碴回填体,回填体主要由碎石、土组成,级配较差,结构松散,自稳性差,采取有效的加固措施显得极为必要。在对回填体特性及施工重难点分析的基础上,文章提出采用袖阀管注浆法进行回填体加固的总体思路:溶洞回填后,利用已开挖平台,对隧道侧向回填体进行超前注浆加固,以保证施工过程安全;隧道开挖后,对基底回填体进行注浆加固,以保证基底承载力满足规范要求。隧道在穿越巨型溶洞过程中,回填体未发生滑移、坍塌等工程事故,达到安全高效的目标。

钢管混凝土桩加固巨型溶洞回填体离心模型试验研究

成都—贵阳高速铁路玉京山隧道穿越一巨型溶洞,现场按照“全回填,后开挖,最后采用钢管混凝土桩加固”方式进行了处置,为探究基于此处置方法的土体长期沉降和承载特性,开展钢管混凝土桩加固回填体离心模型试验。结果表明:在隧道自重荷载作用下,土体变形经历了急剧增长、增长减缓和缓慢变形三个阶段,急剧增长阶段产生的沉降最大,缓慢变形阶段持续时间最长;管桩加固模型10年累计沉降为3.76 mm,未加固模型沉降为6.16 mm,加固模型相比于未加固模型沉降减小约39%;试验开始后的310 d内土压力变化较为明显,桩顶土压力减小,桩间土压力增大,桩顶土压力向桩间转移,之后便趋于稳定。研究结果为铁路隧道溶洞处置提供了一种可行方法。

铁路隧道巨型溶洞稳定性评估与施工防护棚架设计

黔张常铁路高山隧道高位穿越DIK53+678处巨型溶洞,为解决巨型溶洞内施工安全难题,通过地质勘察、无人机探测、危岩体变形监测、危岩体振动速度监测和危岩体裂缝发展监测等多项措施对溶洞稳定性进行研究,结果表明溶洞内危岩分布广泛,溶洞周壁多处危岩存在落石风险,在溶洞内施工需进行有效躲避和必要安全防护。通过总结分析国内外多种落石冲击力计算方法,采用《铁路工程设计技术手册隧道》推荐的方法进行落石冲击力计算,计算得到落石冲击力达到442.1 kN,以此作为临时施工安全防护的设计依据。为保障施工安全,设计可移动式三角形钢结构防护棚架,经过结构优化,防护棚架可抵抗0.7 t落石自50 m高度掉落的冲击荷载,满足巨型溶洞施工安全防护要求。

铁路隧道巨型溶洞深厚回填体注浆固结技术--以黔张常铁路高山隧道为例

为解决深厚回填体上部注浆固结的问题,在理论分析的基础上进行上部回填体注浆加固设计,通过数值模拟分析注浆效果,分析表明注浆体一方面通过填充回填洞砟孔隙增加了上部荷载,起到了堆载压密效果,另一方面有效隔离了列车动载向下传递,防止回填体工后扰动沉降。在注浆工程实践中重点考察注浆质量控制,解决因周边止浆墙成型差导致的注浆缺陷问题,实现封闭范围内密实注浆固结,并采用开挖检测测试方法对注浆效果进行检测评定。在上部注浆施工完成后对回填体表层沉降进行监测,监测结果表明采用"洞砟回填+上部注浆"加固方式处理溶洞技术可行,沉降可控。

铁路隧道巨型溶洞综合处治技术研究

针对东山隧道存在的巨型溶洞体量大、突水突泥风险高、整体稳定性较差且对衬砌危害大等问题,通过方案比选、数值模拟以及工程实践,提出巨型溶洞综合处治技术。采用设置前瞻性泄水洞、综合超前地质预报、注浆堵水、分区段防排水、溶洞段隧顶截排水沟+边墙底及拱腰截排水管+隧底过水涵洞的综合立体排水系统,确保了衬砌结构免受岩溶水危害。确定了桩板明洞跨越溶洞的结构形式,并加强支护。实践表明,这一系列技术措施确保了施工安全,降低了施工成本,并形成隧道岩溶水灾害防治以及巨型溶洞综合处治成套技术,可为类似工程提供借鉴。

巨型溶洞稳定性监测与施工防护技术研究

黔张常铁路高山隧道巨型溶洞揭示后,人工踏勘、三维激光测绘和无人机探测表明溶洞体量巨大,洞内危岩分布范围广且数量多。主线掘进和平导绕行等施工对洞内危岩扰动较大,加剧了洞内落石风险,为此建立溶洞岩体表面变形监测、危岩体裂缝监测及落石风险监控等系列稳定性监控系统;监控显示溶洞内危岩落石风险较高,洞内作业人员和设备面临严重安全风险。在遵循'弱扰动,强加固'的危岩体处理理念下,提出了控制爆破掘进方式降低洞内危岩表面扰动和利用锚网喷主动加固溶洞顶板及侧壁危岩体的施工安全防护技术,防护实施后溶洞稳定性提高,后续施工安全风险降低,取得了良好工程效果。

云桂客专营盘山隧道穿越巨型溶洞处治技术研究

云桂客专营盘山隧道穿越260余m长、宽45 m、高111 m的巨型空腔溶洞。根据形态特征、水文地质条件,在保证隧道运营和施工安全的前提下,从工期、投资、施工难度等对改线、桥跨、路基回填、混凝土回填等方案进行分析和探讨。本项目采用主被动防护、防护棚架措施,保证了安全施工,采用混凝土回填方案进行溶洞处治,取得了很好的经济效益和社会效益。

巨型溶洞回填体内桥梁隧道高效施工技术

成贵铁路玉京山隧道穿越一处巨型溶洞,溶洞空腔体积巨大、洞壁不稳定、水文地质条件复杂;隧道穿越溶洞段长约86 m,高悬于溶洞顶板附近,距离溶洞底部堆积物顶面约40~45 m。该溶洞处置方案复杂,施工安全风险高、工期紧。针对溶洞回填体中暗挖隧道和隧道内桥梁部分,通过开展回填体注浆加固、隧道“五台阶设钢管临时横撑法”开挖支护、桥隧“先桥梁支架现浇、后隧道二次衬砌”综合施工等施工技术研究,实现了超大断面暗挖隧道施工安全和桥隧高效施工,取得了良好的工程效果,确保了项目按期建成通车运营。

隧道侧穿巨型溶洞施工处置技术研究

隧道穿越巨型溶洞过程中的安全处置研究对于我国岩溶区隧道施工具有重要意义。依托于湖北某隧道,利用数值模拟和现场监测等手段对隧道侧穿巨型溶洞施工过程中的安全问题进行研究,从经济性、安全性等角度提出了“回填+注浆”的综合处置方法,数值模拟和现场监测均表明利用本文提出的“回填+注浆”的综合处置方法可有效控制衬砌结构变形,保障结构受力安全,整体处置效果良好。

GM(1,1)模型在巨型溶洞超厚回填路基沉降监测中的应用

为验证GM(1,1)模型在黔张常铁路高山隧道巨型溶洞超厚回填路基沉降监测和预报项目中的适用性,根据现场实际情况布设沉降监测基准网和监测网并进行数据采集,选取某一断面的3个监测点在某一时期内的9期监测数据进行处理与分析,根据累计沉降量数据的变化关系建立GM(1,1)模型,该模型的后验差值比C和P均达到Ⅰ级拟合精度。利用GM(1,1)模型对该段路基的累计沉降量和沉降趋势进行预测,预测结果与该巨型溶洞超厚回填路基的实际沉降情况吻合较好,预测结果可供后续施工组织参考。