本發(fā)明涉及隧道施工領(lǐng)域，特別是一種隧道挖掘遇到洞體深浚、充填豐滿的大型溶洞時(shí)的溶洞處理與隧道開挖方法。

背景技術(shù)：

溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長(zhǎng)期溶蝕的結(jié)果，石灰?guī)r里不溶性的碳酸鈣受水和二氧化碳的作用能轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。該地質(zhì)現(xiàn)象會(huì)影響其周邊圍巖的穩(wěn)定性及力學(xué)分布情況，影響周邊的工程施工質(zhì)量。

在工程施工中，部分施工工藝對(duì)圍巖應(yīng)力分布影響較大，碰到無法避免的溶洞，工程結(jié)構(gòu)的不安全及不穩(wěn)定因素增加，施工工藝變得繁雜，整個(gè)工程的不確定性及風(fēng)險(xiǎn)也在不斷增加。

在施工過程中，溶洞出現(xiàn)在隧道附近的案例屢見不鮮，特別是特大跨度巖溶隧道即跨度18米以上，隧道基礎(chǔ)及底板下遇見大型溶洞時(shí)，一般采用側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除臨時(shí)支護(hù)及受力轉(zhuǎn)換造成不安全因素的方法，存在施工時(shí)間較長(zhǎng)、不利于及時(shí)調(diào)整閉合時(shí)間、不方便機(jī)械施工和施工工序頻繁轉(zhuǎn)換的各種問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種隧道基礎(chǔ)及底板下的大型溶洞處理及隧道開挖方法，要解決現(xiàn)有隧道穿越溶洞時(shí)存在施工時(shí)間較長(zhǎng)，存在不利于及時(shí)調(diào)整閉合時(shí)間、不方便機(jī)械施工、施工工序頻繁轉(zhuǎn)換的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種隧道基礎(chǔ)及底板下的大型溶洞處理及隧道開挖方法，所述隧道為巖溶隧道，施工步驟如下：

步驟一，待開挖隧道的基礎(chǔ)和底板下需要穿過大型溶洞時(shí)，在底板懸空范圍內(nèi)向下打設(shè)鋼筋混凝土樁，所述鋼筋混凝土樁打穿溶洞但不能阻塞大型溶洞，并且樁底部需深入溶洞下側(cè)圍巖之內(nèi)，所述鋼筋混凝土樁沿隧道橫斷面方向成組設(shè)置，鋼筋混凝土樁沿隧道掘進(jìn)方向間隔設(shè)置多組，尺寸和間距需根據(jù)實(shí)際受力進(jìn)行設(shè)計(jì)；

步驟二，在每組對(duì)應(yīng)的鋼筋混凝土樁的頂部、待開挖隧道底部標(biāo)高位置上均固定有一根鋼筋混凝土跨梁，該鋼筋混凝土跨梁為待開挖隧道跨越該大型溶洞的開挖基礎(chǔ)，墊基采用干碼片石；

步驟三，隧道采用全斷面帷幕預(yù)注漿或全斷面周邊預(yù)注漿；

步驟四，開挖上部弧形導(dǎo)坑：在隧道的拱部環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑，并預(yù)留核心土，環(huán)向開挖循環(huán)進(jìn)尺量根據(jù)初期支護(hù)的鋼架間距配合設(shè)置、不超過1.5m，開挖后進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，同時(shí)采用注漿小導(dǎo)管徑向注漿加固，架設(shè)初期支護(hù)的鋼架，在鋼架的拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架的兩側(cè)邊沿下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度形成初支拱部；

步驟五，開挖左側(cè)中臺(tái)階和右側(cè)中臺(tái)階：開挖進(jìn)尺量根據(jù)初期支護(hù)的鋼架間距配合設(shè)置、不超過1.5m，開挖高度為3-3.5m，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2-3m，開挖后立即初噴3-5cm厚的混凝土，然后進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，沿隧道開挖方向接長(zhǎng)鋼架，在鋼架的拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架的兩側(cè)邊沿下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度形成初支側(cè)墻上部；

步驟六，使用步驟五中的方法繼續(xù)開挖左側(cè)下臺(tái)階和右側(cè)下臺(tái)階，形成初支側(cè)墻下部和隧道底板邊部；

步驟七，中部上臺(tái)階、中部中臺(tái)階及中部下臺(tái)階的位置預(yù)留核心土，各臺(tái)階開挖后，施作隧道底板中部，將隧道底板中部敷設(shè)在鋼筋混凝土跨梁上。

所述步驟一中，所述鋼筋混凝土樁沿隧道橫斷面方向成組設(shè)置，每組包括至少兩根，分別為初支側(cè)墻樁和隧道中心線樁。

所述步驟二中，鋼筋混凝土跨梁為變截面梁，位于靠近溶洞一側(cè)的初支側(cè)墻位置的梁體加寬加高。

所述步驟三中，預(yù)注漿超前支護(hù)均采用直徑為108mm的大管棚，大管棚設(shè)置環(huán)距為50cm。

所述步驟四中，預(yù)留核心土的長(zhǎng)度為3-5m，其寬度為隧道開挖寬度的1/3-1/2。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和有益效果：

本發(fā)明的施工方法對(duì)隧道基礎(chǔ)及底板下的的大型溶洞病害進(jìn)行了預(yù)處理，設(shè)置了鋼筋混凝土樁和跨梁，有效保證了隧道穿越大型溶洞過程中的安全和隧道運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定，同時(shí)采用三臺(tái)七步法進(jìn)行隧道掌子面的開挖，保證了在不良地質(zhì)條件下施工的安全，減少了周圍地層的不均勻應(yīng)力與隧道的沉降收斂，同時(shí)最大限度的保證了施工的進(jìn)度，對(duì)隧道施工穿越大型溶洞具有很高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的施工方法三臺(tái)階七步開挖法規(guī)避了側(cè)壁導(dǎo)坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除臨時(shí)支護(hù)及受力轉(zhuǎn)換造成不安全的因素，通過縮短臺(tái)階長(zhǎng)度，確保初期支護(hù)盡快閉合成環(huán)，同時(shí)仰拱和拱墻襯砌及時(shí)跟進(jìn)，盡早形成穩(wěn)定的支護(hù)體系，具有及時(shí)調(diào)整閉合時(shí)間，方便機(jī)械施工，利于施工工序轉(zhuǎn)換的優(yōu)勢(shì)。

本發(fā)明的施工方法施工空間大，方便機(jī)械化施工，可以多作業(yè)面平行作業(yè)，部分軟巖或土質(zhì)地段可以采用挖掘機(jī)直接開挖，工效較高；方便在地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，便于靈活、及時(shí)地轉(zhuǎn)換施工工序，調(diào)整施工方法；適應(yīng)不同跨度和多種斷面形式，初期支護(hù)工序操作便捷；在臺(tái)階法開挖的基礎(chǔ)上，預(yù)留核心土，左右錯(cuò)開開挖，利于開挖工作面穩(wěn)定；當(dāng)圍巖變形較大或突變時(shí)，在保證安全和滿足凈空要求的前提下，可盡快調(diào)整閉合時(shí)間。

本發(fā)明廣泛適用于在溶洞的特殊地質(zhì)條件的地層，需要快速、安全、有效的通過該地質(zhì)條件的隧道開挖施工，保證施工與隧道的安全。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1是溶洞處理和臺(tái)階法施工的橫剖面示意圖。

圖2是臺(tái)階法施工的縱剖面示意圖。

附圖標(biāo)記：1－初支側(cè)墻樁、2－隧道中心線樁、3－溶洞下側(cè)圍巖、4－注漿小導(dǎo)管、5－鋼筋混凝土跨梁、6－上部弧形導(dǎo)坑、7－左側(cè)中臺(tái)階、8－右側(cè)中臺(tái)階、9－左側(cè)下臺(tái)階、10－右側(cè)下臺(tái)階、11.1－中部上臺(tái)階、11.2－中部中臺(tái)階、11.3－中部下臺(tái)階、12－初支拱部、13－初支側(cè)墻上部、14－初支側(cè)墻下部和隧道底板邊部、15－隧道底板中部、16－大管棚、17－大型溶洞。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例參見圖1-2所示待開挖的隧道，所述隧道為巖溶隧道，并且最大跨度可達(dá)18米，左半側(cè)隧道基礎(chǔ)及底板下存在需要穿越的大型溶洞，這種隧道基礎(chǔ)及底板下的大型溶洞處理及隧道開挖方法的施工步驟如下：

步驟一，待開挖隧道的基礎(chǔ)和底板下需要穿過大型溶洞17時(shí)，在底板懸空范圍內(nèi)向下打設(shè)鋼筋混凝土樁，所述鋼筋混凝土樁打穿溶洞但不能阻塞大型溶洞，并且樁底部需深入溶洞下側(cè)圍巖3之內(nèi)，所述鋼筋混凝土樁沿隧道橫斷面方向成組設(shè)置，鋼筋混凝土樁沿隧道掘進(jìn)方向間隔設(shè)置多組，尺寸和間距需根據(jù)實(shí)際受力進(jìn)行設(shè)計(jì)；本實(shí)施例中所述鋼筋混凝土樁沿隧道橫斷面方向成組設(shè)置，每組包括至少兩根，分別為初支側(cè)墻樁1和隧道中心線樁2。

步驟二，在每組對(duì)應(yīng)的鋼筋混凝土樁的頂部、待開挖隧道底部標(biāo)高位置上均固定有一根鋼筋混凝土跨梁5，該鋼筋混凝土跨梁5為待開挖隧道跨越該大型溶洞的開挖基礎(chǔ)，墊基采用干碼片石；本實(shí)例中鋼筋混凝土跨梁為變截面梁，位于靠近溶洞一側(cè)的初支側(cè)墻位置的梁體加寬加高。

步驟三，隧道采用全斷面帷幕預(yù)注漿或全斷面周邊預(yù)注漿；預(yù)注漿超前支護(hù)均采用直徑為108mm的大管棚16，大管棚設(shè)置環(huán)距為50cm。

步驟四，開挖上部弧形導(dǎo)坑6：在隧道的拱部環(huán)向開挖上部弧形導(dǎo)坑6，并預(yù)留核心土，預(yù)留核心土的長(zhǎng)度為3-5m，其寬度為隧道開挖寬度的1/3-1/2，環(huán)向開挖循環(huán)進(jìn)尺量根據(jù)初期支護(hù)的鋼架間距配合設(shè)置、不超過1.5m，開挖后進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，同時(shí)采用注漿小導(dǎo)管4徑向注漿加固，架設(shè)初期支護(hù)的鋼架，在鋼架的拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架的兩側(cè)邊沿下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度形成初支拱部12。

步驟五，開挖左側(cè)中臺(tái)階7和右側(cè)中臺(tái)階8：開挖進(jìn)尺量根據(jù)初期支護(hù)的鋼架間距配合設(shè)置、不超過1.5m，開挖高度為3-3.5m，左右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開2-3m，開挖后立即初噴3-5cm厚的混凝土，然后進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，沿隧道開挖方向接長(zhǎng)鋼架，在鋼架的拱腳以上30cm高度處，緊貼鋼架的兩側(cè)邊沿下傾角30°搭設(shè)鎖腳錨桿，鎖腳錨桿與鋼架焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度形成初支側(cè)墻上部13。

步驟六，使用步驟五中的方法繼續(xù)開挖左側(cè)下臺(tái)階9和右側(cè)下臺(tái)階10，形成初支側(cè)墻下部和隧道底板邊部14，本實(shí)施例為隧道右側(cè)的初支側(cè)墻下部和隧道底板邊部。

步驟七，中部上臺(tái)階11.1、中部中臺(tái)階11.2及中部下臺(tái)階11.3的位置預(yù)留核心土，各臺(tái)階開挖后，施作隧道底板中部15，將隧道底板中部15敷設(shè)在鋼筋混凝土跨梁5上。

本方法中的系統(tǒng)支護(hù)，鋼架工字鋼間距0.8m，采用直徑為6.5mm的雙層鋼筋網(wǎng)，注漿小導(dǎo)管的直徑為42mm，環(huán)距0.8m，起拱線以上按橫向拱跨設(shè)計(jì)，厚度不小于65m。初期支護(hù)中初擬C20噴射混凝土±25cm、22B（C25鋼筋混凝土），起拱線以下的邊墻及底板按縱向梁板設(shè)計(jì)，底板最薄處不小于60cm（C30鋼筋混凝土）。

三臺(tái)階七步開挖法適用于開挖斷面為100～180m²，具備一定自穩(wěn)條件的Ⅳ、V級(jí)圍巖地段隧道的施工。主要表現(xiàn)包括：黃土、強(qiáng)風(fēng)化巖層（強(qiáng)風(fēng)化泥巖、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖等）。不適用于圍巖地質(zhì)為流塑狀態(tài)、洞口淺埋偏壓段（但經(jīng)過反壓處理或施做超前大管棚后可采用）。本發(fā)明中大斷面穿越溶洞地質(zhì)條件結(jié)合了三臺(tái)階的諸多優(yōu)點(diǎn)以及溶洞地區(qū)具有一定自穩(wěn)能力的特點(diǎn)，通過其它輔助加固措施，將兩者很好的結(jié)合在一起，使得在溶洞地區(qū)隧道開挖的安全性、施工快速性與經(jīng)濟(jì)型三者達(dá)到一個(gè)平衡。