贛深鐵路同樂山隧道穿越采空區(qū)探測及處置技術(shù)

摘 要：【目的】隧道在穿越采空區(qū)施工時容易出現(xiàn)由于開挖擾動造成的大變形、塌方等災(zāi)害，因此有必要對采空區(qū)地質(zhì)災(zāi)害的探測及處置技術(shù)進(jìn)行研究。【方法】本研究以贛深鐵路同樂山三號隧道為背景，對施工中出現(xiàn)的問題進(jìn)行歸納總結(jié)?！窘Y(jié)果】研究表明：在采空區(qū)地段采用“地面調(diào)查法+高密度電阻率法+鉆探法”為主的綜合探測手段，可以取得很好的效果；地表礦洞采用回填注漿封堵，洞內(nèi)采用超前支護(hù)+徑向注漿處理，可以保證隧道安全順利地通過不良地質(zhì)段?！窘Y(jié)論】本研究成果可為今后類似工程提供施工參考。

關(guān)鍵詞：隧道；穿越；采空區(qū)；探測手段；處置技術(shù)

中圖分類號：U455.49? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1003-5168（2023）10-0067-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2023.010.014

Abstract：? [Purposes] The tunnel is prone to large deformation， collapse and other disasters caused by excavation disturbance during construction through goaf， so it is necessary to study the detection and disposal technology of geological disasters in goaf.? [Methods] Based on the background of Tongleshan No.3 Tunnel of Jiangxi-Shenzhen Railway， this study summarized the problems in construction. [Findings] The research shows that the comprehensive detection method based on "ground survey method + high density resistivity method + drilling method" can achieve good results in the goaf area. The backfill grouting is used to seal the mine tunnel on the surface， and the advance support + radial grouting is used in the tunnel to ensure that the tunnel passes through the bad geological section safely and smoothly. [Conclusions] The research results can provide construction reference for similar projects in the future.

Keywords： tunnel; crossing; goaf; detection means; disposal technology

0 引言

隨著我國鐵路工程的快速發(fā)展，采空區(qū)的不良地質(zhì)問題越來越突出，在隧道施工過程中很容易出現(xiàn)由于二次擾動帶來的大變形及坍塌等災(zāi)害，嚴(yán)重影響施工進(jìn)度與安全。孫洪碩［1］以婁邵鐵路明清堂隧道為背景總結(jié)了在安全距離及近距離下隧道施工控制技術(shù)；梁健剛［2］依托二龍關(guān)（滇黔省界）至鎮(zhèn)雄縣高速公路張基屯隧道，采用數(shù)值模擬手段確定了上覆采空區(qū)段對隧道強(qiáng)度影響區(qū)域長度范圍的分界值；還有許多專家學(xué)者研究了隧道穿越采空區(qū)圍巖穩(wěn)定性情況［3-10］。目前對隧道穿越采空區(qū)的研究很多，但大部分集中在施工控制方面，對于采空區(qū)空洞探測及處置相對較少。本研究以贛深鐵路同樂山三號隧道為背景，根據(jù)施工過程中遇到的問題，詳細(xì)介紹適用于采空區(qū)的探測手段及后續(xù)處置措施，可為今后類似工程施工提供借鑒參考。

1 工程概況

新建贛深鐵路同樂山三號隧道位于江西省贛州市贛縣境內(nèi)，線路近正南北走向。場區(qū)地貌以丘陵為主，地形起伏，局部陡峭，溝谷狹長，多呈“V”形。隧道位于江西省贛州市南康區(qū)深坑里—贛縣下灣金礦普查區(qū)。隧址屬丘陵區(qū)地貌，總體地勢為中間高兩端低，中部地勢較陡，兩側(cè)稍緩和，區(qū)內(nèi)植被發(fā)育，最高海拔為321.86 m，自然坡度25°～45°，相對高差為40～90 m，隧道最大埋深約為51 m。隧道起訖里程為DK29+263.98～DK29+595，長度331.02 m。隧道區(qū)為單斜構(gòu)造，傾向右側(cè)，巖層產(chǎn)狀345°∠71°，巖層走向與線路走向夾角87°。DK29+570處附近F1斷層與隧道斜交，傾向北西（傾向小里程），與線路方向夾角約為18°，斷層影響范圍約30 m。

隧道區(qū)丘坡表層為第四系粉質(zhì)黏土（Q4el+dl），紅褐色，可塑，厚2～3 m，下伏基巖為震旦系（Z1+2）變質(zhì)砂巖，局部夾千枚巖，全風(fēng)化層呈紅褐色～黃褐色，風(fēng)化呈土狀，夾強(qiáng)風(fēng)化碎塊，厚度約15 m；強(qiáng)風(fēng)化層呈黃褐色～灰褐色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎塊狀，厚10.2～10.6 m；弱風(fēng)化層呈青灰色，變余砂狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。地下水類型為基巖裂隙水，主要賦存于強(qiáng)～弱風(fēng)化的基巖裂隙中。本隧道洞身主要位于強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化層中，其中變質(zhì)砂巖飽和抗壓強(qiáng)度Rc=50.4 MPa，屬硬質(zhì)巖，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，地下水不發(fā)育，隧道已開挖部分未見明顯滲水?？辈熘性贒K29+265左30 m處發(fā)現(xiàn)探礦坑洞，直徑約1 m，由于坑洞較隱蔽，分布無規(guī)律性，不排除局部坑洞侵入隧道洞身范圍。

2 施工情況

同樂山三號隧道從進(jìn)口組織施工，通過地質(zhì)素描、彈性波反射法（TSP203）、地質(zhì)雷達(dá)、超前水平鉆孔（1孔）及加深炮孔（3孔）等超前地質(zhì)預(yù)報手段進(jìn)行綜合判識，在原設(shè)計不良地質(zhì)地段及周壁20 m范圍內(nèi)未探測出礦坑存在。

2019年6月14日，該隧道上導(dǎo)掌子面掘進(jìn)到DK29+499處，左拱腰出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，掌子面地質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化灰褐色變質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎夾全風(fēng)化土狀黃褐色碎塊，經(jīng)現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，在隧道左拱腰處發(fā)現(xiàn)礦坑采空區(qū)，掌子面坑洞已被泥土填充，沿大里程方向延伸；左拱腰殘留的坑洞，直徑約1 m，與隧道DK29+499拱腰斜交；向小里程線路左側(cè)延伸10 m左右，并向線路小里程左側(cè)上方延伸如圖1所示，其礦洞與隧道位置關(guān)系如圖2所示。

2019年6月14日—29日，對同樂山三號隧道進(jìn)行邊探測邊施工。2019年6月29日，隧道掌子面施工至DK29+511處時，DK29+498.6～DK29+511段已完成初期支護(hù)段發(fā)生侵限，最大侵限83.4 cm，平均侵限35.5 cm，具體數(shù)據(jù)見表1。在發(fā)生大變形后項目部立即采取反壓回填、增設(shè)鎖腳等措施阻止初期支護(hù)繼續(xù)變形。

3 施工處置

3.1 綜合探測手段

在地表調(diào)查法方面，組織人員對同樂山三號隧道地表進(jìn)行全面踏勘，發(fā)現(xiàn)隧道地表及出口位置存在20處直徑約1 m的礦坑，對各個礦坑進(jìn)行標(biāo)注。

在物探方面，由于施工前期主要采用地質(zhì)雷達(dá)及TSP203超前地質(zhì)預(yù)報手段進(jìn)行探測，但效果不佳，經(jīng)過比選采用高密度電阻率法進(jìn)行采空區(qū)礦坑探測。在隧道上方設(shè)置3條測線ERT1、ERT2、ERT3，其中ERT1位于隧道中線，ERT2及ERT3分布于兩邊，三條測線線距15 m，相互平行，探測結(jié)果如圖3所示。

根據(jù)探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)隧道前方存在采空區(qū)，采空區(qū)位于隧道主線及偏東方向，大小為30 m×30 m×30 m。

通過鉆探手段對物探結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步驗證，即在DK29+548.32右側(cè)3 m、DK29+548右側(cè)12 m處分別布置1個勘探孔對低阻異常區(qū)進(jìn)行驗證，如圖4所示，鉆探揭示地層巖性與原設(shè)計基本一致，全風(fēng)化變質(zhì)砂巖厚10～15 m，以下為厚約20 m的強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。兩個鉆孔均在地表5 m以下發(fā)現(xiàn)坑洞，高約1.5 m，坑洞周邊巖體較松散，與地表發(fā)現(xiàn)的其他礦坑類似，未發(fā)現(xiàn)大的坑洞。

3.2 施工處理方案

3.2.1 后續(xù)未開挖里程段。對該段與線路相交的地表礦洞采用地表回填注漿處理（先回填M10砂漿，后回填水泥漿），確保注漿回填密實；對礦洞可見延伸長度內(nèi)采用回填處理，采用5 m厚沙袋回填，表面采用不小于1 m厚的黏土隔水層回填，防止地表水下滲。為保證施工安全，在暗洞施工前地表監(jiān)控量測穩(wěn)定后，對地表塌坑采用10%水泥土回填密實。對DK29+511～DK29+531段洞內(nèi)采用Φ89 mm洞身管棚+I型小導(dǎo)管超前注漿預(yù)加固，管棚長度20 m，環(huán)向間距40 cm，小導(dǎo)管長4.5 m，外插角45°，環(huán)向間距50 cm。初期支護(hù)完成后，采用拱墻范圍5 m徑向注漿加固洞身周邊圍巖，注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑1.2 m梅花形布設(shè)，孔口管采用1 m長Φ50 mm無縫鋼管，壁厚3.5 mm，管口設(shè)置止?jié){閥，選用普通水泥漿，注漿壓力控制在1～1.5 MPa。該段仰拱施工前，通過對隧底隱伏礦洞不良地質(zhì)進(jìn)行鉆孔驗證，如存在空洞、不密實等不良地質(zhì)情況或基底承載力不滿足設(shè)計要求時，采用基底注漿、基底鋼管樁加固等處理措施，確?；追€(wěn)定。

3.2.2 初期支護(hù)變形侵限段落。對該段拱墻范圍5 m徑向注漿加固周邊圍巖。對發(fā)現(xiàn)的礦坑采用5 m厚沙袋回填，地表采用1 m厚黏土隔水層回填，防止地表水下滲。已施作初期支護(hù)侵限地段，待仰拱封閉成環(huán)及洞內(nèi)徑向注漿加固施工完成并達(dá)到效果之后，自小里程向大里程進(jìn)行換拱施工，換拱時加強(qiáng)現(xiàn)場監(jiān)控量測，確保在原初期支護(hù)穩(wěn)定的情況下，采用人工風(fēng)鎬對侵限段初期支護(hù)及臨時護(hù)拱鋼架進(jìn)行逐節(jié)逐榀拆除，拆除一榀后立即安裝一榀鋼架并噴射混凝土。當(dāng)拆換長度達(dá)到襯砌臺車長度后，及時進(jìn)行二襯混凝土澆筑。

3.2.3 初期支護(hù)已完成，二次襯砌未施作段落。根據(jù)開挖揭示情況及物探情況，必要時洞內(nèi)采用5 m徑向注漿加固洞身周邊圍巖，注漿范圍、長度根據(jù)礦坑位置設(shè)置。

3.2.4 二次襯砌已完成段落。對地表礦坑在隧道洞身范圍20 m范圍內(nèi)、隧道埋深不大的地段，礦坑采用地表回填處理。

3.3 現(xiàn)場監(jiān)控量測

設(shè)置地表監(jiān)測網(wǎng)：DK29+498.6～DK29+568.25段縱向間距10 m布設(shè)地表觀測樁，觀測斷面左側(cè)寬50 m，右側(cè)寬50 m，測點橫向間距5～10 m。洞內(nèi)監(jiān)控量測斷面間距5 m布置一個測點，每個量測斷面至少布置一個拱頂下沉點和三條凈空水平收斂量測線。施工過程中加密測量頻次、量測頻率不小于3次/d。加強(qiáng)量測成果的回歸分析，發(fā)現(xiàn)問題立即停止施工。同時采用斷面掃描儀對已施工的初支段落進(jìn)行掃描分析。根據(jù)掃描的結(jié)果，后續(xù)施工段落均未出現(xiàn)初支侵限的情況。

4 結(jié)語

本研究針對隧道穿越采空區(qū)施工技術(shù)進(jìn)行研究，針對前期采空區(qū)空洞探測效果差等問題，提出了“地面調(diào)查法+高密度電阻率法+鉆探法”的綜合探測手段進(jìn)行采空區(qū)預(yù)測，并取得較好的效果，根據(jù)探測結(jié)果對后續(xù)施工及已完成段落制定針對性解決方案，有力地保障了隧道施工安全及進(jìn)度。該探測手段及處置方案可為今后類似工程提供施工參考。

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收稿日期：2022-12-07

作者簡介：孫斌（1986—），男，本科，工程師，研究方向：隧道及地下工程施工管理。