全 文 ：第 27卷第 5期
2009年 10月
天　然　气　与　石　油
NaturalGasAndOil
Vol.27, No.5
Oct.2009
　
　　收稿日期:2009-02-03
　　作者简介:向　勇(1981-),男 , 四川石棉人 ,学士 , 工程师。 2003年毕业于西南科技大学土木工程专业 , 现主要从事
结构设计工作。电话(028)86014545。
桂竹园隧道溶洞处理设计与施工
向　勇
(中国石油工程设计有限公司西南分公司 ,四川 成都 610017)
摘　要:随着石油天然气长输管道采用隧道方式敷设山区管道的增多 ,管道隧道经常遇到
溶洞 ,溶洞不仅关系着施工安全 ,同时也是制约隧道按期建成的关键因素 ,只有科学处理溶洞 ,
才能确保管道隧道的顺利贯通和管道运行安全。结合某管道工程桂竹园隧道特大溶洞处理实
例 ,介绍了结构设计采用管棚注浆 、格栅钢架喷砼加二次现浇钢筋砼衬砌的复合式衬砌的方
案 ,通过施工和监控量测 ,取得了较好的效果 。强调了隧道采用超前地质预报系统科学预报溶
洞并进行处理 ,为以后类似工程提供参考。
关键词:桂竹园隧道;溶洞;设计;施工
文章编号:1006-5539(2009)05-0056-03　　　文献标识码:A
1　工程概况
桂竹园隧道平面投影为直线型 , 水平长 1 840
m,全长1 845 m,隧道净空 3.2 m×3.1 m,进口高程
392.13 m, 出口高程 524.55 m,为单坡隧道 ,坡度
7.2%,洞室最大埋深约 475 m[ 1] 。桂竹园隧道在构
造上位于长阳复背斜北翼 ,为单斜构造 ,岩层总体倾
向为 NW345°～ NE12°、倾角 47°～ 53°。隧址区地层
岩性复杂 ,地表第四系坡积层主要为灰黄 、褐黄色粘
性土夹碎石 、碎石土 , 局部夹块石 , 偶见滚石。碎
(块)石成分以灰岩 、白云岩为主 ,少量页岩 ,土为粘
土或粉质粘土 ,结构松散 。地层基岩主要为震旦系
深灰色 、灰黑色中厚层 ～巨厚层炭泥质白云岩 、灰质
白云岩 ,少量浅灰色白云岩 ,局部夹薄层炭质页岩 ,
块状构造 ,性脆 ,构造裂隙发育 ,为相对较坚硬的弱
岩溶化岩体;寒武系深灰色厚层灰岩 、白云质灰岩 ,
块状构造 ,构造裂隙和岩溶较发育 ,属坚硬的岩溶化
岩体。
2　溶洞突泥主要情况描述
桂竹园隧道突泥溶洞位于 K0+774 ～ K0+794
m处 。 2008年 3月 17日凌晨 ,隧道掘进至 K0+774
进行超前探水时 ,掌子面右前方侧壁和顶拱钻孔出
现高压水流 ,并伴有异常响动 ,现场及时撤出作业人
员 ,随后涌出大量淤泥 、粘土和块石 ,突泥成黄色 ,夹
杂少量地下水 ,堵塞了整个洞室约 130m,损毁部分
设备 。突泥停止后施工单位清除巷道内淤泥。 4月
3日 ,在清淤至掌子面约 30 m时再次涌出泥石 ,堵
塞洞室约 80 m(见图 1)。突泥后隧道右前上方出
现一特大溶洞 ,上不见顶 。经过地表踏勘 ,隧址溶洞
周围分布数个天坑 ,没有明显的地表沉陷。隧址区
雨后溶洞出现较大积水 ,无淤泥和块石 。因此初步
判断溶洞为上方周围天坑雨后积水渗漏排泄通道 。
图 1　隧道涌泥
2.1　溶洞的平面位置
溶洞的平面位置如图 2所示 。
图 2　隧道 、溶洞位置关系图
2.2　溶洞描述
溶洞最大跨度约 15 m,长度约 20 m,高约 50
m。溶洞呈下小上大的漏斗状。溶洞与隧道近似正
交 ,处于隧道洞室右上方。溶洞洞壁近乎竖直 ,洞壁
附有黄色淤泥 、粘土约 15 ～ 150 cm厚 ,大部分淤泥
呈流塑状 ,成分特征明显。洞内水呈线状流 ,流量约
100m3 /d,不下雨时无明显变化 。溶洞为背斜溶蚀
构造而形成的 ,隧道围岩倾角较缓 ,岩体破碎呈薄层
状 ,呈块状 -碎块状结构 ,层间结合较差。
3　设计措施和施工方法
堵塞巷道的淤泥清理完毕后 ,勘察设计人员对
溶洞进行了现场踏勘 、调查 ,溶洞位于隧道进口掘进
段里程 K0+774 ～ K0+794 m处 ,出露板岩与淤泥
夹杂。
3.1　施工组织建议
由于隧道溶洞上方为天坑 ,天坑汇集地表流水 ,
进入溶洞后 ,与洞内泥石混合在一起 ,形成高压泥
石 ,一旦洞内掘进至溶洞处 ,就形成突水突泥 ,对施
工安全形成威胁 ,因此溶洞处理前 ,先要解决天坑汇
水问题 ,建议在地表天坑四周修建截水天沟 ,防止地
表水再次汇集至洞内 。
3.2　溶洞段处理
溶洞处理前 ,先将洞内突水突泥清除干净 ,并将
溶洞内的危石清除干净 ,以确保施工安全 。
先对溶洞进行处理 ,对溶洞璧采用管棚注浆以
加固围岩 ,管棚注浆采用水泥砂浆 [ 2] 。管棚采用
Υ108 ～ 127热轧无缝钢管 ,管棚长 30 m,钢管环向
间距 30 cm,外插角 1°～ 2°,距隧道开挖轮廓线 30
cm,对已施工的 K0+754 ～ K0+774段进行初支加
固 ,超前小导管拱墙环向间距 30 cm, L=4.5 m,搭
接 1.5 m,外插角 10°～ 15°,小导管内注水泥砂浆。
对溶洞璧的淤泥清除后 ,布置锚杆 ,挂网喷射钢纤维
混凝土 ,钢纤维含量 70 kg/m3。钢纤维的掺量由下
式计算确定[ 3] :
P=75×πSc/Sw×d/L×Wm /(Wm+Wd) (1)
式中 , P为钢纤维最大掺量(%);Sc为钢纤维比重;
Sw为混凝土比重;d/L为钢纤维的长细比;Wm为砂
浆部分的质量 , kg;Wd为骨料部分的质量 , kg。
洞身采用 20#工字钢制作成为 4.4 m×4.1 m
的型钢拱架框 ,型钢拱架间距为 300 mm。型钢拱架
上部两角焊接 ,并加 20#工字钢斜撑 ,撑杆长为 1.5
m。型钢拱架脚部加焊 200 mm×250 mm×15 mm
钢板 ,板长方向钻 2个直径为 25mm的孔 。型钢拱
架底部钻设二根 Υ22锚杆 1.5 m深 ,锚杆外露 100
mm,锚杆与底板进行焊接 ,底板表面高程为隧道底
板高程 -500 mm。型钢拱架之间用 [ 12槽钢间距
300 mm内外交错连接。型钢拱架的立柱基础 ,先各
开挖宽 450 mm,深 300 mm的基槽 ,然后用 C25混
凝土找平 , 基顶高程为隧道底板设计高程 -500
mm。
左侧型钢拱架用 Υ22锚杆与直墙段基岩连接
固定 ,锚杆埋深进入基岩 2.5 m,竖向间距 500 mm。
型钢拱架安装就位后立模 ,浇筑 C25混凝土。隧道
右侧用高压水冲洗溶洞岩石表面泥浆 ,然后安装型
钢拱架 ,外侧用 20#工字钢以 45度角加斜支撑 ,然
后浇筑 C25混凝土 ,在混凝土中添加适量早强剂 ,
并将坍落度控制在 16 ～ 18 cm,以便灌入岩缝。型
钢拱架顶部浇筑 400 mm厚的 C25混凝土 。钢架右
侧预埋 Υ108mm钢管 ,高出底板高程 25 cm,间距
为 1 m,将以后的溶洞来水引至排水沟外流。为保
证隧道施工及管道运行期安全 ,型钢拱架支护的长
度向进出口两端各延伸 10 m。支护方式见图 3 ～ 4。
3.3　二次衬砌
对于溶洞段 ,在钢架支护完毕后 ,尽快施作加强
级现浇钢筋混凝土二次衬砌 。
3.4　天沟处理
二次衬砌完成后 ,对天坑进行回填 ,回填采用粘
性土 ,在天坑四周设置截水沟 。截排地表水 。
3.5　安全措施
隧道在进行溶洞处理施工时 ,应做好相关的安
57　第 27卷第 5期 向　勇:桂竹园隧道溶洞处理设计与施工 　　　　　
图 3　溶洞处理示意图(单位:mm)
图 4　溶洞工字钢架施工
全预案和应急措施 ,并加强通风 ,为作业面输送足够
的新鲜空气 。施工期间 ,应有专门的安全员随时监
控 ,确保安全施工 。
4　设计施工效果
经过半个多月的努力 ,桂竹园隧道顺利处理了
溶洞 ,按照设计要求对溶洞段进行了围岩加固处理 ,
及时施做了二次衬砌。目前隧道已顺利贯通投入运
行。经过监测 ,该溶洞段隧道洞壁稳定 ,各项监控量
测指标均在控制范围内 ,说明对该溶洞的处理是成
功的 。
5　总结
在岩溶比较发育的隧道施工中要特别重视超前
地质预报 ,利用长探孔和地质雷达相结合 ,探明掌子
面前方岩层情况。做好已经施工段的地质素描 ,分
析掌子面和侧壁的小溶洞的出现频率 ,如频率较高 ,
则说明前方有较大溶洞的可能存在 ,溶洞内一般含
有大量的水和淤泥 ,所以提前做好应急预案和处理
措施 ,预防突泥或突水 ,确保施工安全。岩溶发育地
段隧道施工过程中关键要确保隧道洞室的稳定 ,做
好围岩的加固和防排水措施 。天然气管道隧道在进
入运行期后 ,输送高压天然气气流 ,因此对溶洞的处
理成功对将来管道的安全运行有着极为重要的意
义。
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