溶洞隧道施工綜合處理方案一、工程概況本隧道工程位于云貴高原喀斯特地貌區(qū)，設(shè)計(jì)為雙線電氣化鐵路隧道，全長(zhǎng)2860米，最大埋深320米。根據(jù)地質(zhì)勘察資料及施工揭示，隧道在DIK12+340～DIK12+410段（1#溶洞）及DIK13+110～DIK13+180段（2#溶洞）發(fā)育大型溶洞群，其中1#溶洞沿線路左側(cè)分布，縱向長(zhǎng)度70米，橫向跨度最大達(dá)35米，空腔高度0～14米，充填物為黃泥夾塊石；2#溶洞位于線路右側(cè)，呈串珠狀分布，主溶腔長(zhǎng)65米，頂部距隧道拱頂最高達(dá)13米，存在多處不穩(wěn)定懸石。兩溶洞均揭示層理裂隙發(fā)育，層間充填黃泥，無膠結(jié)能力，受爆破振動(dòng)影響已發(fā)生局部坍塌，對(duì)施工安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。二、施工準(zhǔn)備（一）人員組織組建溶洞處理專項(xiàng)工作組，配置如下：管理團(tuán)隊(duì)：項(xiàng)目經(jīng)理1人、技術(shù)負(fù)責(zé)人1人、安全總監(jiān)1人、施工負(fù)責(zé)人2人專業(yè)技術(shù)人員：地質(zhì)工程師2人、測(cè)量工程師2人、質(zhì)檢員2人、安全員3人作業(yè)班組：開挖工15人、支護(hù)工18人、鋼筋工12人、混凝土工10人、機(jī)械司機(jī)6人、注漿工8人、普工15人應(yīng)急小組：由12名經(jīng)驗(yàn)豐富的施工人員組成，24小時(shí)輪班值守（二）機(jī)械設(shè)備配置設(shè)備類型規(guī)格型號(hào)數(shù)量用途管棚鉆機(jī)ZSY60型液壓鉆機(jī)2臺(tái)超前管棚施工鑿巖機(jī)YT28型12臺(tái)爆破鉆孔、錨桿施工注漿機(jī)HJB-3型雙液注漿機(jī)3臺(tái)管棚注漿、裂隙充填濕噴機(jī)TK961型2臺(tái)初期支護(hù)噴射混凝土挖掘機(jī)PC220型2臺(tái)洞碴清理、回填作業(yè)裝載機(jī)ZL50C型1臺(tái)洞內(nèi)材料轉(zhuǎn)運(yùn)混凝土輸送泵HBT60型2臺(tái)襯砌混凝土澆筑地質(zhì)雷達(dá)SIR-4000型1臺(tái)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)全站儀LeicaTS601臺(tái)施工測(cè)量控制型鋼彎曲機(jī)GW40型1臺(tái)鋼拱架加工電焊機(jī)BX1-500型5臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)焊接（三）材料儲(chǔ)備根據(jù)溶洞處理需求，提前儲(chǔ)備以下主要材料：鋼材：I20b工字鋼280噸、φ22錨桿鋼筋56噸、φ108×6mm無縫鋼管（管棚）3200米、φ8鋼筋網(wǎng)15噸混凝土：C20混凝土1200m3（回填用）、C25噴射混凝土320m3、C30模筑混凝土850m3、C35鋼筋混凝土280m3防水材料：EVA防水板3500m2、無紡布3500m2、中埋式止水帶450m注漿材料：42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥500噸、水玻璃（38°Be'）80噸、速凝劑15噸輔助材料：M10漿砌片石120m3、砂袋（80×100cm）2000條、φ159×6mm導(dǎo)向管50米（四）測(cè)量控制平面控制：采用全站儀按二級(jí)導(dǎo)線精度建立洞內(nèi)控制網(wǎng)，每50米設(shè)置一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)，對(duì)溶洞區(qū)進(jìn)行加密測(cè)量，點(diǎn)位誤差控制在±15mm內(nèi)。高程控制：按三等水準(zhǔn)測(cè)量要求建立高程控制網(wǎng)，使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行往返觀測(cè)，閉合差≤±30√L（L為路線長(zhǎng)度，以km計(jì)）。溶洞監(jiān)測(cè)：在溶洞周邊布設(shè)12個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用測(cè)斜儀和收斂計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，初期每天觀測(cè)2次，穩(wěn)定后改為每天1次，預(yù)警值設(shè)為5mm/天。三、溶洞處理施工方案（一）總體處理流程采用"超前探測(cè)→管棚支護(hù)→分步開挖→即時(shí)加固→回填襯砌"的施工流程，具體步驟如下：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)確定溶洞范圍及特征洞碴砂袋回填形成作業(yè)平臺(tái)施作混凝土護(hù)拱及導(dǎo)向管跟管鉆進(jìn)施工大管棚并注漿雙層鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)短臺(tái)階分部開挖仰拱封閉成環(huán)二次襯砌施工溶洞空腔吹砂回填（二）1#溶洞處理專項(xiàng)方案1.超前管棚支護(hù)在DIK12+335～DIK12+340段施作C25混凝土套拱，套拱長(zhǎng)5米，內(nèi)置I20b工字鋼拱架3榀，間距0.6米。在套拱內(nèi)埋設(shè)φ159×6mm導(dǎo)向管，環(huán)向間距35cm，外插角3°～5°，共設(shè)置32根管棚管。管棚采用φ108×6mm無縫鋼管，單根長(zhǎng)25米，采用跟管鉆進(jìn)工藝施工，管棚搭接長(zhǎng)度不小于3米。管棚施工完成后進(jìn)行注漿，采用水泥-水玻璃雙液漿，水灰比1:1，注漿壓力控制在0.8～1.2MPa，單孔注漿量根據(jù)注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算確定。2.開挖支護(hù)施工采用CRD工法分四部開挖，每部開挖進(jìn)尺控制在0.5米，循環(huán)作業(yè)流程為：上部左側(cè)開挖→立即噴射5cm厚C25混凝土→施作φ25中空注漿錨桿（L=4.5m，間距80×80cm）→掛φ8鋼筋網(wǎng)（網(wǎng)格20×20cm）→安裝I20b工字鋼拱架（間距0.6m/榀）→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度25cm上部右側(cè)開挖及支護(hù)（同上）下部左側(cè)開挖及支護(hù)（錨桿長(zhǎng)度3.5m）下部右側(cè)開挖及支護(hù)（錨桿長(zhǎng)度3.5m）仰拱開挖→安裝仰拱鋼拱架→澆筑C30混凝土仰拱→施作防水層→澆筑填充混凝土3.溶洞回填處理對(duì)隧道開挖輪廓線以外的溶洞空腔采用"分級(jí)回填"方案：底部3米范圍采用C20片石混凝土回填（片石摻量不大于20%）中部5米范圍采用洞碴回填，每30cm分層碾壓密實(shí)頂部2米范圍采用中粗砂吹填，通過預(yù)埋φ150mm吹砂管（梅花形布置，間距2m）進(jìn)行壓力吹填，確保充填飽滿（三）2#溶洞處理專項(xiàng)方案1.危石處理與超前支護(hù)首先采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)溶洞頂部進(jìn)行掃描，標(biāo)記3處直徑大于1.5米的不穩(wěn)定塊體。采用潛孔鉆機(jī)鉆孔，設(shè)置φ25預(yù)應(yīng)力錨索（L=10m）進(jìn)行錨固，錨索張拉力控制在150kN。然后在DIK13+105～DIK13+110段施作大管棚，參數(shù)同1#溶洞，但管棚長(zhǎng)度增加至30米，伸入穩(wěn)定基巖不小于8米。2.雙層鋼拱架支護(hù)針對(duì)2#溶洞較高的坍塌風(fēng)險(xiǎn)，采用雙層I20b工字鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)：內(nèi)層拱架按0.6m間距安裝，與圍巖間隙采用混凝土楔塊填塞外層拱架與內(nèi)層拱架間距50cm，通過φ22連接筋（間距1m）焊接成整體拱腳設(shè)置φ108×6mm鎖腳鋼管（L=4m，每側(cè)2根），與拱架焊接牢固兩層拱架間噴射C25混凝土填充，形成組合支護(hù)體系3.涵洞跨越施工對(duì)溶洞右側(cè)發(fā)育的縱向溶腔（寬8m×高6m），采用鋼筋混凝土蓋板涵跨越：涵洞設(shè)計(jì)為3孔，每孔凈寬3m，凈高4.5m基礎(chǔ)采用φ100cm鉆孔灌注樁（樁長(zhǎng)15m），樁頂設(shè)2m寬承臺(tái)蓋板為C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度60cm，配置雙層雙向鋼筋網(wǎng)涵身兩側(cè)采用漿砌片石回填，分層夯實(shí)，表面設(shè)1:2.5水泥砂漿抹面四、關(guān)鍵處理技術(shù)措施（一）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)采用"地質(zhì)雷達(dá)+超前鉆探"綜合預(yù)報(bào)體系：地質(zhì)雷達(dá)：每循環(huán)開挖前進(jìn)行30米范圍掃描，分辨率達(dá)2cm，識(shí)別溶洞邊界及富水情況超前鉆探：在掌子面布置5個(gè)探測(cè)孔，中心孔1個(gè)（水平），周邊孔4個(gè)（外插角5°～10°），鉆探深度20米，采用取芯鉆進(jìn)判斷巖體完整性（二）管棚施工工藝跟管鉆進(jìn)施工：采用φ146mm套管跟進(jìn)，鉆頭選用φ140mm偏心鉆頭鉆進(jìn)參數(shù)：轉(zhuǎn)速50～80r/min，給進(jìn)壓力15～20kN，沖洗液壓力0.3MPa每鉆進(jìn)1.5米接長(zhǎng)一次鉆桿，終孔偏差控制在1%以內(nèi)管棚注漿工藝：注漿管采用φ25mm無縫鋼管，管壁設(shè)置φ8mm注漿孔（梅花形布置，間距30cm）采用分段后退式注漿，每段長(zhǎng)度2～3米，注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：注漿壓力達(dá)設(shè)計(jì)值并穩(wěn)定10min，進(jìn)漿量小于5L/min注漿完成后用M30水泥砂漿封孔（三）混凝土護(hù)拱施工在管棚施工前，對(duì)掌子面進(jìn)行C20混凝土封閉，厚度3米，施工要點(diǎn)：采用I16工字鋼搭設(shè)模板支撐體系，縱橫間距1.5m，設(shè)置斜撐加固預(yù)埋φ200mm泄水孔（間距3m），防止混凝土澆筑時(shí)產(chǎn)生氣囊混凝土分三層澆筑，每層厚度1米，采用插入式振搗棒振搗密實(shí)養(yǎng)護(hù)期間加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)，確保內(nèi)外溫差不大于25℃（四）監(jiān)控量測(cè)建立三維監(jiān)測(cè)體系，監(jiān)測(cè)內(nèi)容及頻率如下：洞內(nèi)外觀察：每次爆破后進(jìn)行，重點(diǎn)檢查拱頂下沉、邊墻收斂、噴層開裂情況周邊位移：采用全站儀進(jìn)行，初期1次/天，位移速率小于0.5mm/天后改為1次/3天拱頂下沉：使用水準(zhǔn)儀測(cè)量，測(cè)點(diǎn)布置在拱頂及左右拱腰，精度±1mm深部位移：在溶洞頂板鉆孔埋設(shè)測(cè)斜儀，每5米設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，1次/2天數(shù)據(jù)處理：采用專用監(jiān)測(cè)軟件分析，當(dāng)位移速率超過5mm/天或累計(jì)位移達(dá)100mm時(shí)啟動(dòng)預(yù)警五、質(zhì)量保證措施（一）原材料控制鋼材、水泥、防水材料等主要材料必須提供出廠合格證及檢驗(yàn)報(bào)告，進(jìn)場(chǎng)后按規(guī)定進(jìn)行抽樣復(fù)試，合格后方可使用鋼管樁、鋼拱架等成品構(gòu)件進(jìn)場(chǎng)前進(jìn)行外觀檢查和尺寸復(fù)核，彎曲度不得大于1/1000注漿材料需進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確定最佳水灰比、外加劑摻量等參數(shù)，每批次注漿前進(jìn)行流動(dòng)性和初凝時(shí)間檢測(cè)（二）施工過程控制管棚施工質(zhì)量控制：導(dǎo)向管安裝采用全站儀定位，確保外插角偏差不超過±0.5°管棚鋼管接頭采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)度不小于15cm，焊接加強(qiáng)注漿過程中嚴(yán)格控制壓力和流量，做好注漿記錄，繪制注漿曲線支護(hù)施工質(zhì)量控制：噴射混凝土：采用濕噴工藝，配合比通過試驗(yàn)確定，厚度采用預(yù)埋鋼筋標(biāo)尺控制，每10米檢查一個(gè)斷面錨桿施工：采用錨桿拉拔儀檢測(cè)錨固力，每300根錨桿抽樣一組（3根），合格率不低于90%鋼拱架安裝：拱架間距誤差±3cm，垂直度偏差≤2°，拱腳高程誤差±5cm混凝土施工質(zhì)量控制：模板安裝：接縫嚴(yán)密，剛度滿足要求，模板標(biāo)高誤差±5mm，軸線偏差≤10mm混凝土澆筑：采用分層連續(xù)澆筑，分層厚度不大于50cm，振搗密實(shí)，避免出現(xiàn)蜂窩麻面養(yǎng)護(hù)：覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)不少于14天，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后方可拆模（三）質(zhì)量檢查驗(yàn)收實(shí)行"三檢制"質(zhì)量驗(yàn)收制度：班組自檢：每道工序完成后由班組長(zhǎng)組織檢查，填寫自檢記錄專業(yè)檢查：質(zhì)檢員對(duì)工序質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，重點(diǎn)檢查關(guān)鍵項(xiàng)目交接檢查：上下工序班組進(jìn)行交接檢查，簽署交接記錄后方可進(jìn)入下道工序隱蔽工程驗(yàn)收：對(duì)管棚注漿、錨桿錨固、防水層等隱蔽工程，必須經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收簽證后方可隱蔽六、安全保障措施（一）危險(xiǎn)源辨識(shí)與控制識(shí)別重大危險(xiǎn)源12項(xiàng)，主要包括：溶洞坍塌：設(shè)置警戒區(qū)，嚴(yán)禁非作業(yè)人員進(jìn)入，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控中心突水突泥：配備2臺(tái)200m3/h排水泵，設(shè)置三級(jí)排水系統(tǒng)高處墜落：作業(yè)平臺(tái)設(shè)置1.2m高防護(hù)欄桿，滿掛安全網(wǎng)，人員佩戴雙鉤安全帶物體打擊：掌子面上方懸掛防落石網(wǎng)，爆破作業(yè)設(shè)置警戒，嚴(yán)禁上下交叉作業(yè)（二）專項(xiàng)安全措施爆破作業(yè)安全：采用光面爆破技術(shù)，周邊眼間距50cm，裝藥量控制在0.15kg/m以內(nèi)爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒雷管起爆，起爆順序?yàn)樘筒垩邸o助眼→周邊眼爆破后等待15分鐘以上，經(jīng)通風(fēng)排煙、安全檢查確認(rèn)無誤后方可進(jìn)入注漿作業(yè)安全：注漿泵壓力表必須經(jīng)過校驗(yàn)，安全閥靈敏可靠作業(yè)人員佩戴防護(hù)眼鏡、防毒口罩等防護(hù)用品注漿管路連接牢固，設(shè)專人監(jiān)控壓力變化，發(fā)現(xiàn)異常立即停泵處理用電安全：洞內(nèi)供電采用三相五線制，設(shè)置三級(jí)配電兩級(jí)保護(hù)照明線路采用絕緣導(dǎo)線，燈具距地高度不低于2.5m電動(dòng)設(shè)備必須有可靠接地，接地電阻不大于4Ω（三）應(yīng)急管理應(yīng)急預(yù)案：編制溶洞坍塌、突水、火災(zāi)等專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，配備應(yīng)急物資：救援設(shè)備：液壓剪、千斤頂、擔(dān)架、應(yīng)急照明等醫(yī)療物資：急救箱、氧氣瓶、止血帶、常用藥品等通訊設(shè)備：對(duì)講機(jī)8臺(tái)、應(yīng)急電話2部（直撥調(diào)度中心）應(yīng)急演練：每月組織一次應(yīng)急演練，演練內(nèi)容包括：溶洞坍塌事故應(yīng)急救援突水事故排水搶險(xiǎn)觸電事故急救火災(zāi)事故撲救演練結(jié)束后進(jìn)行評(píng)估總結(jié)，持續(xù)改進(jìn)應(yīng)急預(yù)案應(yīng)急響應(yīng)：建立三級(jí)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制：一級(jí)響應(yīng)：發(fā)生重大坍塌、人員傷亡等事故，立即啟動(dòng)，上報(bào)公司應(yīng)急指揮中心二級(jí)響應(yīng)：出現(xiàn)較大位移、涌水等險(xiǎn)情，由項(xiàng)目經(jīng)理啟動(dòng)，組織現(xiàn)場(chǎng)搶險(xiǎn)三級(jí)響應(yīng)：發(fā)現(xiàn)局部掉塊、噴層開裂等隱患，由施工隊(duì)長(zhǎng)啟動(dòng)，立即停工處理七、施工進(jìn)度計(jì)劃（一）1#溶洞處理工期安排（總工期65天）施工準(zhǔn)備及套拱施工：7天管棚施工及注漿：15天分步開挖及初期支護(hù)：25天仰拱及填充施工：8天二次襯砌施工：10天（二）2#溶洞處理工期安排（總工期75天）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及危石處理：10天套拱及雙層管棚施工：20天CRD法開挖及支護(hù)：30天涵洞施工：15天回填及襯砌施工：10天（三）進(jìn)度保證措施采用平行作業(yè)法，管棚施工與套拱準(zhǔn)備同步進(jìn)行配備足夠的機(jī)械設(shè)備，確保24小時(shí)連續(xù)作業(yè)建立進(jìn)度獎(jiǎng)懲制度，對(duì)提前完成節(jié)點(diǎn)任務(wù)的班組給予獎(jiǎng)勵(lì)每周召開進(jìn)度分析會(huì)，及時(shí)調(diào)整資源配置，解決施工瓶頸八、環(huán)境保護(hù)措施（一）施工廢水處理設(shè)置三級(jí)沉淀池，施工廢水經(jīng)沉淀處理后回用混凝土養(yǎng)護(hù)用水采用噴霧養(yǎng)護(hù)，減少廢水排放油料庫設(shè)置防滲池，防止油料泄漏污染土壤（二）揚(yáng)塵控制洞內(nèi)道路定期灑水降塵，保持路面濕潤(rùn)出洞口設(shè)置洗車平臺(tái)，車輛沖洗干凈后方可出場(chǎng)水泥、粉煤灰等易揚(yáng)塵材料采用密閉罐車運(yùn)輸，倉庫存放（三）噪聲控制破碎機(jī)、空壓機(jī)等強(qiáng)噪聲設(shè)備設(shè)置隔音棚合理安排爆破時(shí)間，避免夜間10點(diǎn)至