CN112610222A - 一种溶洞回填方法及隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种溶洞回填方法及隧道施工方法，包括以下步骤：在溶洞内回填下部级配洞砟，并对回填的下部级配洞砟及溶洞内的塌落体和堆积体进行注浆加固；在回填的下部级配洞砟上施工第一加固板，并在第一加固板上施工混凝土基础结构；在混凝土基础结构两侧与溶洞洞壁之间分阶回填板间级配洞砟，并对板间级配洞砟进行注浆加固，相邻阶板间级配洞砟之间设置第二加固板，第二加固板一端搭接在混凝土基础结构上，另一端支撑住溶洞洞壁，本发明的回填方法成本低，经济性好。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种溶洞回填方法及隧道施工方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
目前，穿越山区岩溶地层的隧道工程越来越多，山区岩溶地层存在着巨型溶洞，这类溶洞体量巨大，动辄上百万立方空间，施工难度极大，对于巨型溶洞的处置，目前缺乏成熟的施工处置方法。
发明人发现，高山隧道巨型溶洞发育规模大，形态复杂，洞顶及洞壁稳定性差，溶洞底塌落堆积体厚度大，底部距隧道底部高差大，岩溶处理措施、施工期防护难度大，施工风险高。此外，已有的巨型溶洞回填处置多采用了大量混凝土工程等高成本施工材料或高难度技术工艺，溶洞处置不够经济。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种溶洞回填方法，施工方便，经济性好。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明的实施例提供了一种溶洞回填方法，包括以下步骤：
在溶洞内回填下部级配洞砟，并对回填的下部级配洞砟及溶洞内的塌落体和堆积体进行注浆加固；
在回填的下部级配洞砟上施工第一加固板，并在第一加固板上施工混凝土基础结构；
在混凝土基础结构两侧与溶洞洞壁之间分阶回填板间级配洞砟，并对板间级配洞砟进行注浆加固，相邻阶板间级配洞砟之间设置第二加固板，第二加固板一端搭接在混凝土基础结构上，另一端支撑住溶洞洞壁。
进一步的，所述第一加固板的施工方法为：在下部级配洞砟上沿隧道纵向铺设多根型钢，在多个型钢上表面铺设钢筋网片，浇注混凝土后形成型钢混凝土板作为第一加固板。
进一步的，沿隧道纵向方向，所述混凝土基础结构分段施工，同一段混凝土基础结构沿竖直方向分层施工，相邻层的混凝土基础结构中，下层的混凝土基础结构沿隧道横向的宽度大于上层的混凝土基础结构沿隧道横向的宽度，形成用于与第二加固板搭接的台阶结构。
进一步的，所述混凝土基础结构内部设置有多层空心柱，相邻层空心柱之间设有混凝土隔板。
进一步的，所述混凝土基础结构沿隧道纵向间隔设定距离设置变形缝。
进一步的，在溶洞内设定区域的混凝土基础结构两侧施工挡墙，挡墙设置在第一加固板上，在挡墙和混凝土基础结构之间分阶回填板间级配洞砟，并在相邻阶板间级配洞砟之间设置第二加固板，在挡墙和溶洞的洞壁之间回填洞砟。
进一步的，所述第二加固板采用钢筋混凝土板。
第二方面，本发明提供了一种隧道施工方法，隧道施工至溶洞时，采用第一方面的方法对溶洞进行回填，形成隧道基础，在隧道基础上施工级配碎石层，级配碎石层上施工路基板，在路基板上施工边墙，边墙与溶洞洞壁之间回填洞砟，在边墙内侧施工隧道拱结构。
进一步的，所述溶洞内的隧道净空大于隧道其余部分的隧道净空，使得溶洞内隧道截面轮廓线与隧道其余部分的截面轮廓线具有设定距离。
进一步的，边墙与溶洞洞壁之间回填洞砟前，对溶洞的顶部洞壁沿隧道横向设定范围内采用锚网索喷复合加固技术进行加固。
本发明的有益效果：
1.本发明的溶洞回填方法，提出混凝土基础结构加板间级配洞砟与第二加固板板交替回填加下部堆积体注浆处置技术，方法多采用的洞砟可采用隧道施工用的弃砟，隧道施工弃砟作为回填材料，成本经济，施工取材方便，相对于一般混凝土浇筑回填节省了成本，施工简单，能够满足大体量溶洞的回填处理要求，适合各类巨型溶洞的回填处理要求，为隧道运营提供保障。
2.本发明的溶洞回填方法，借助第二加固板对溶洞侧壁危岩体进行加固处理，为隧道结构提供基础，且能够反压溶洞侧壁；溶洞中间采用混凝土基础结构与两侧第二加固板搭接回填，结合回填区两侧混凝土挡墙，加强回填层的整体性。
3.本发明的溶洞回填方法，下部级配洞砟进行注浆加固，板间级配洞砟进行注浆加固，溶洞下部堆积体进行注浆加固，有效解决受压后容易造成堆积体下沉的问题，将堆积体中孔隙用注浆材料充填，有效避免了浆液流失，提升了注浆范围和注浆密实度，提高堆积体整体性，减少回填体沉降量，满足隧道运营沉降要求。
4.本发明的溶洞回填方法，混凝土基础结构内设置有空心柱，有效避免了水化热引起的混凝土开裂现象。
5.本发明的隧道施工方法，溶洞内的隧道净空大于隧道其余部分的隧道净空，使得溶洞内隧道截面轮廓线与隧道其余部分的截面轮廓线具有设定距离，提高了隧道结构对挤出沉降的补救能力，能够预防溶洞内回填的隧道基础工后沉降导致的结构侵限。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1溶洞回填施工纵向断面示意图；
图2为本发明实施例1溶洞回填施工横向断面示意图；
图3为本发明实施例2隧道轮廓及溶洞洞顶加固示意图；
其中，1.施工导洞，2.下部级配洞砟，3.塌落体，4.堆积体，5.袖阀管，6.型钢混凝土板，7.混凝土基础结构，8.空心柱，9.板间级配洞砟，10.钢筋混凝土板，11.混凝土挡墙，12.废弃洞砟，13.隧道，14.级配碎石层，15.混凝土路基板，16.边墙，17.注浆锚杆，18.预应力锚索，19.洞顶，20.沉降及补强空间。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，隧道穿越溶洞时，采用混凝土对溶洞进行回填，施工成本高，经济性差，针对上述问题，本申请提出了一种溶洞回填方法。
本申请的一种典型实施方式中，如图1-2所示，一种溶洞回填方法，包括以下步骤：
步骤1：溶洞底部处理。
选择隧道洞壁和溶洞洞底相对安全的位置，修建施工导洞1，让人员和设备进入洞底，破碎整平底部堆积块石。若溶洞需做排水，对于水量较小的可在洞底埋设钢筋混凝土预制排水管，结合溶洞底部地形及溶洞内消水洞情况布设管线；对于水量较大的可施工地下涵洞或进行水源入口改道，溶洞底部处理需做好临时施工安全防护措施。
步骤2：溶洞分阶段回填。
洞底处理完成后，首先通过施工导洞将下部级配洞砟运入溶洞底部，采用振动碾压方式对溶洞进行填筑，下部级配洞砟2采用分层回填的方法，每层下部级配洞砟的厚度为2-3m，一层施工完成后，检测满足压实要求后继续施工下一层，将下部级配洞砟填筑至施工导洞洞口标高，其中下部级配洞砟顶面具有1:1.5的坡率。
根据地质调查及钻探资料，溶洞底部覆盖有大量洞顶及洞壁溶蚀塌落物，由于地层塌落物成分多为灰岩，自身强度较高，自然塌落后易堆积成孔隙率较大的堆积体，受压后很容易造成堆积体下沉，其条件无法满足工程实施。
因此以填筑的下部级配洞砟为注浆平台，对下部级配洞砟及其下方的塌落体3和堆积体4进行注浆加固。
本实施例中，采用普通硅酸盐水泥及水泥水玻璃双液浆进行注浆加固处理。
注浆范围：回填范围及其外轮廓外5m，注浆至溶洞堆积体底部。
注浆方式：注浆管采用
的袖阀管5，钻孔直径为
注浆孔周边间距4m范围按1mX1m梅花形布置，中间按2mX2m梅花形布置。
注浆材料：注浆范围周边采用水泥水玻璃双液浆封堵，注浆范围中间用普通硅酸盐水泥浆，较大空洞可采用M10水泥砂浆；注浆压力为0.5～0.8Mpa。注浆液由水泥浆加适量水玻璃配制而成，浆液注入地层后，水玻璃可与土层中碳酸钙起化学反应，生成硅胶；水泥与土颗粒及土层中其它填物胶结。
具体注浆过程为：
在钻孔前先根据设计注浆孔位放线定点，采用硬质合金钻头钻进，钻至设计标高后，***注浆袖阀管，用水泥将管口封牢，同时用注浆泵向孔内注入以膨润土为主的套壳料，既能在一定的压力下压开填料进行横向注浆，又能在高压注浆时阻止浆液沿孔壁或管壁流出地表，注满为止。待套壳料凝固后，即可开始注浆。通过注浆泵自下而上进行注浆，且每次跳开一个孔进行注浆，防止发生窜浆现象。
由于在被加固的地层中，进行了多点、定量、均衡的注浆，注浆体在地层中均匀分布，均匀连接，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。全孔段注浆完成后，间歇一段时间后再进行第二次注浆。
步骤3：在注浆完成后，在回填的下部级配洞砟上施工第一加固板，在第一加固板上施工混凝土基础结构。
注浆完成后静置设定时间，在下部级配洞砟上按照1:1.5的坡度施工第一加固板，所述第一加固板为沿隧道纵向设置的型钢混凝土板6，能够刚性抗压，第一加固板的施工方法为：
沿隧道纵向布置多根型钢作为骨架，所述型钢采用工18型钢，沿隧道的宽度方向，相邻型钢之间的距离为0.5m左右，型钢铺设完成后，在多根型钢的上表面铺设一层网孔为
的钢筋网片，网格间距为20cmX20cm，然后采用C20混凝土进行浇注，形成型钢混凝土板，型钢混凝土板的厚度为3m。
型钢混凝土板施工完成后，在型钢混凝土板上施工坡度为1:1.5的混凝土基础结构7，沿隧道纵向方向，混凝土基础结构采用分段施工，每段的长度为10-15m，同一段混凝土基础结构在垂直方向安装分层施工，每层厚度为5m。
相邻两侧的混凝土基础结构中，位于下层的混凝土基础机构沿隧道横向的宽度大于上层的混凝土基础结构沿隧道横向的宽度，使得相邻两层混凝土结构的两侧端外轮廓形成高5m、宽1m的台阶结构，便于与混凝土基础结构两侧的第二加固板进行搭接。
为了减少混凝土基础结构浇注的水化热，在混凝土基础结构内部预留多层钢管，形成空心柱8，空心柱尺寸为2.2mX1.8mX6m，空心柱横、纵中心间距均为5m，相邻两侧空心柱之间设置一层2m厚的混凝土隔板，防止上层混凝土基础结构浇注时混凝土进入下层混凝土基础结构的空心柱内部。
沿隧道纵向方向，混凝土基础结构每隔10m设置一道变形缝以应对由于温度变化和混凝土干缩而产生的内力。
步骤4：混凝土基础结构施工完成后，在混凝土基础结构的两侧与溶洞的洞壁内侧面之间按照1:1.5的坡率分阶回填板间级配洞砟9至隧道主洞孔底部，并在相邻阶板间级配洞砟之间施工第二加固板。
所述板间级配洞砟按照竖直方向采用分阶回填的方式，每阶板间级配洞砟的填筑厚度为8-10m，同一阶板间级配洞砟采用沿竖直方向的分层填筑方法，分层厚度为2-3m。相邻阶的板间级配洞砟之间设置一道2m厚的第二加固板，所述第二加固板采用C30的钢筋混凝土板10。
具体的，采用分层填筑的方法在混凝土基础结构侧面与溶洞侧部洞壁之间回填板间级配洞砟，每层回填完成后，从板间级配洞砟的一侧直接通过注浆管倾倒水泥浆的方式对板间级配洞砟进行注浆加固，并进行整平碾压，便于第二加固板与混凝土基础结构的搭接，同时具有良好的抗拔能力，保证回填密室，有效控制沉降，此时完成一阶的板间级配洞砟的回填，施工完成后在板间级配洞砟的上表面搭设第二加固板的钢筋结构，搭设完成后，浇注C30混凝土，形成第二加固板，第二加固板的一端搭接在混凝土基础结构的台阶结构上，另一端支撑住溶洞的侧部洞壁，第二加固板能够隧道结构提供基础，同时能够反压溶洞侧壁，减小溶洞空间，从而降低运营期溶洞溶蚀坍塌对隧道的影响。
第二加固板施工完成后，采用相同的方法依次完成多阶板间级配洞砟和多层第二加固板的施工，直至到达隧道主洞口底部的设定高度。最顶部的第二加固板与混凝土基础结构的顶面平齐，形成隧道基础的顶面。
本实施例采用了下部堆积体注浆及上部分阶段回填注浆结合的技术，有效解决受压后容易造成堆积体下沉的问题，将堆积体中孔隙用注浆材料充填，有效避免了浆液流失，提升了注浆范围和注浆密实度，提高堆积体整体性，减少回填体沉降量，满足隧道运营沉降要求。
当混凝土基础机构两侧与溶洞的侧部洞壁之间的回填范围超过设定范围时，在混凝土基础结构的两侧施工混凝土挡墙11，所述混凝土挡墙设置在型钢混凝土板上，在混凝土挡墙和混凝土基础结构之间采用相同的方法回填板间级配洞砟和施工第二加固板。
混凝土挡墙和溶洞洞壁之间回填普通的废弃洞砟12，无需回填级配洞砟。通过设置混凝土挡墙，加强了回填层的整体性，并减小了级配洞砟的回填范围，降低了施工成本。
回填完成后，完成了整个溶洞的回填处置施工，形成了隧道基础，借助第二加固板对溶洞侧壁危岩体进行加固处理，为隧道结构提供基础，且能够反压溶洞侧壁，溶洞中间采用混凝土基础结构与两侧第二加固板搭接回填，结合回填区两侧混凝土挡墙，加强回填层的整体性，保证了隧道基础的强度，本实施例中，采用了洞砟进行回填，洞砟可采用隧道施工产生的洞砟，相对于一般混凝土浇筑回填节省了成本，取材方便，具有较好的经济性。
实施例2：
本实施例公开了一种隧道施工方法，当隧道施工遇到溶洞，需要穿越溶洞时，首先采用实施例1所述的溶洞回填方法对溶洞进行回填，形成隧道基础，然后在隧道基础上施工隧道13。
回填完成后，在隧道基础最顶部的第二加固板及混凝土基础结构上表面按照1:1.5的坡率施工级配碎石层14，级配碎石层两侧与隧道基础两侧具有设定距离，级配碎石层的具体施工方法为：采用振动碾压方式分层回填5m左右掺5～7％级配碎石层，分层厚度30cm左右。检测满足压实要求后继续施工下一层，至设计标高结束。
如图3所示，级配碎石层施工完成后，在级配碎石层上施工3m厚的混凝土路基板15，在混凝土路基板上施工两个边墙16，在边墙内侧面施工隧道拱结构，在溶洞的洞顶19沿隧道横向20m范围内采用锚网索喷复合加固技术进行加固，喷射混凝土C20，厚度15cm；锚杆采用φ22组合中空注浆锚杆17，长4m，间距3m×3m；预应力锚索18长10m，间距3m×3m；锚索与锚杆交替设置，梅花形布置。
对溶洞的顶部洞壁加固完成后，采用普通的废弃洞砟回填边墙与溶洞洞壁之间的空间。
本实施例中，位于溶洞内的隧道的净空大于隧道其他部分的净空，使得溶洞内的隧道轮廓线与隧道其他部分的轮廓线具有设定距离，预留沉降及补强空间20，本实施例中，所述设定距离采用30cm，提高了隧道结构对挤出沉降的补救能力，能够预防溶洞内回填的隧道基础工后沉降导致的结构侵限。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种溶洞回填方法，其特征在于，包括以下步骤：
在溶洞内回填下部级配洞砟，并对回填的下部级配洞砟及溶洞内的塌落体和堆积体进行注浆加固；
在回填的下部级配洞砟上施工第一加固板，并在第一加固板上施工混凝土基础结构；
在混凝土基础结构两侧与溶洞洞壁之间分阶回填板间级配洞砟，并对板间级配洞砟进行注浆加固，相邻阶板间级配洞砟之间设置第二加固板，第二加固板一端搭接在混凝土基础结构上，另一端支撑住溶洞洞壁。
2.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，所述第一加固板的施工方法为：在下部级配洞砟上沿隧道横向铺设多根型钢，在多个型钢上表面铺设钢筋网片，浇注混凝土后形成型钢混凝土板作为第一加固板。
3.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，沿隧道纵向方向，所述混凝土基础结构分段施工，同一段混凝土基础结构沿竖直方向分层施工，相邻层的混凝土基础结构中，下层的混凝土基础结构沿隧道横向的宽度大于上层的混凝土基础结构沿隧道横向的宽度，形成用于与第二加固板搭接的台阶结构。
4.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，所述混凝土基础结构内部设置有多层空心柱，相邻层空心柱之间设有混凝土隔板。
5.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，所述混凝土基础结构沿隧道纵向间隔设定距离设置变形缝。
6.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，在溶洞内设定区域的混凝土基础结构两侧施工挡墙，挡墙设置在第一加固板上，在挡墙和混凝土基础结构之间分阶回填板间级配洞砟，并在相邻阶板间级配洞砟之间设置第二加固板，在挡墙和溶洞的洞壁之间回填洞砟。
7.如权利要求1所述的一种溶洞回填方法，其特征在于，所述第二加固板采用钢筋混凝土板。
8.一种隧道施工方法，其特征在于，隧道施工至溶洞时，采用权利要求1-7任一项所述的溶洞回填方法对溶洞进行回填，形成隧道基础，在隧道基础上施工级配碎石层，级配碎石层上施工路基板，在路基板上施工边墙，边墙与溶洞洞壁之间回填洞砟，在边墙内侧施工隧道拱结构。
9.如权利要求8所述的隧道施工方法，其特征在于，所述溶洞内的隧道净空大于隧道其余部分的隧道净空，使得溶洞内隧道截面轮廓线与隧道其余部分的截面轮廓线具有设定距离。
10.如权利要求8所述的隧道施工方法，其特征在于，边墙与溶洞洞壁之间回填洞砟前，对溶洞的顶部洞壁沿隧道横向设定范围内采用锚网索喷复合加固技术进行加固。
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