大型岩溶漏斗的隧道跨越方法、结构以及施工方法与流程

本发明涉及隧道技术领域，尤其涉及大型岩溶漏斗的隧道跨越方法、隧道跨越结构以及隧道跨越结构的施工方法。

背景技术：

我国将有大量的公路和铁路隧道修建在西部地区，然而，西部地区总面积的三分之一以上均是岩溶面积，岩溶是由喀斯特作用造成的地貌。其中，岩溶漏斗也属于岩溶地貌中的一种，岩溶漏斗是在石灰岩地区呈碗碟状或漏斗状的凹地，平面形态呈圆或椭圆状，直径数米至数十米，深度数米至十余米，大型岩溶漏斗则是漏洞直径大于等于10m的岩溶漏洞。漏斗壁因塌陷呈陡坎状，在堆积有碎屑石块及残余红土的漏斗底部，常发育有垂直裂隙或溶蚀的孔道，孔道与暗河相通，当孔道堵塞时，漏斗内就积水成湖。

随着岩溶隧道的大量兴建，越来越多的溶腔、漏斗、暗河被揭露，当这些大型的溶腔难以绕过时，如何选择经济、安全合理的隧道结构来通过大型溶岩漏斗区需要科学的解决方案，才能保证隧道施工、运营的安全稳定。

目前，跨越小型岩溶空腔的方法有用碎石、混凝土或土体填充，而对于大型溶腔主要采用修建简支梁桥或拱桥的方式进行跨越。这些跨越方式主要适用于岩溶空腔不深或无水的情况。而岩溶漏斗具有上部宽下部窄而深的特点，且强降雨时会有大量的地表水汇入岩溶漏斗中。若采用回填方案则需要大量的回填材料，这是不经济的，且排水设施不易施工；若采用简支梁则需要较高的桥墩，且漏斗下部的空间较小，因此施工难度较大且不经济；若采用拱桥跨越，则不能解决地表水汇入岩溶漏斗后的排水问题，且造价较高。为了解决隧道跨越大型岩溶漏斗时地表水汇入岩溶漏斗后的排水问题和漏斗上部空间宽与下部空间较小而深且施工难度大的问题，因此必须研发一种专门用于大型岩溶漏斗区的隧道跨越技术。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种大型岩溶漏斗的隧道跨越方法，解决现有技术中针对大型岩溶漏斗的隧道跨越施工难度大、施工成本高以及不便于排水的技术问题，能够充分利用岩溶漏斗上大下小的构造特点，从而降低施工难度，降低施工成本，能够避免地表水汇入岩溶漏斗后对隧道衬砌的冲刷作用，具有良好的排水性能。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：一种大型岩溶漏斗的隧道跨越方法，包括以下步骤：

步骤1：在大型岩溶漏斗底部建造带排水孔的支撑系统；

步骤2：在支撑系统上建造跨域大型岩溶漏斗区域的隧道衬砌；

步骤3：在大型岩溶漏斗的漏洞内建造位于隧道衬砌上方的带排水孔的防护系统；

步骤4：将排水管上端与防护系统上的排水孔连通，然后将排水管绕着隧道衬砌外侧向下延伸到支撑系统上，并将排水管下端与支撑系统上的排水孔连通，从而形成排水系统；通过排水系统能够将雨水从大型岩溶漏斗底部的漏洞排出。

本发明还提供一种大型岩溶漏斗的隧道跨越结构，包支撑系统、防护系统与排水系统；

所述支撑系统包括沿隧道长度方向设置在大型岩溶漏斗底部的纵梁，所述纵梁两端嵌入围绕大型岩溶漏斗的围岩中；所述纵梁上方连接有立柱，所述立柱上端连接有沿隧道横度方向设置的横梁；所述横梁上安装有支撑板，支撑板两端分别嵌入围岩中，从而通过支撑板能够支撑位于大型岩溶漏斗内的部分隧道衬砌；

所述防护系统包括能够遮盖隧道衬砌顶面的顶板，顶板两端均嵌入围岩中；顶板两端上方的围岩中均锚固有锚杆；顶板中间部位通过拉索悬挂在锚杆上；

所述排水系统包括分别并排设置在支撑板两端的若干排水孔、分别并排设置在顶板两端的若干排水孔以及若干排水软管；排水软管绕着隧道衬砌外侧设置，并且排水软管上端与顶板上的排水孔连通，排水软管下端穿过支撑板上的排水孔，并沿着围绕在大型岩溶漏斗底部的围岩延伸至纵梁下方。

优选的，所述支撑系统包括若干并排间隔设置的立柱，每根立柱均通过对应的纵梁进行支撑。

优选的，沿横梁长度方向铺设有若干支撑板，相邻支撑板之间的接缝采用密封材料进行填充密封。

优选的，所述顶板的横截面为中间高两端低的倒v字形，并且顶板的长度方向沿着横梁的长度方向。

优选的，所述顶板包括位于横梁左右两侧的对拼顶板，左右对拼顶板之间的拼缝采用密封材料进行填充密封。

优选的，所述防护系统包括若干沿隧道横向方向并排设置并锚固在围岩中的锚杆，每根锚杆均通过对应的拉索悬挂顶板。

本发明还提供一种大型岩溶漏斗的隧道跨越结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤101：在大型岩溶漏斗底部沿隧道纵向方向的前后两侧的围岩中分别掏纵梁安装槽，槽深度不小于3m；

步骤102：然后浇筑纵梁，使纵梁前后两端嵌入所述安装槽中；

步骤103：待纵梁达到设计强度后，在纵梁上浇筑立柱；

步骤104：待立柱达到设计强度后，在立柱上浇筑横梁；横梁两端的悬空长度不大于其长度的1/4；

步骤105：在大型岩溶漏斗底部沿隧道纵向方向的前后两侧的围岩中分别掏支撑板安装槽；并且待横梁达到设计强度后，在横梁上安装支撑板：支撑板两端分别嵌入对应的支撑板安装槽中，嵌入深度不小于3m；

步骤106：在支撑板上建造跨域大型岩溶漏斗区域的隧道衬砌；

步骤107：采用钻孔机在大型岩溶漏斗上部沿隧道纵向方向的前后两侧的位于隧道衬砌上的围岩上钻锚孔，锚孔直径不小于90mm，锚孔深度不小于4m；

步骤108：在锚孔中放入一端焊接有钢绞线的锚杆，未焊接钢绞线的一端插入锚孔中，锚杆长度不小于3m，并在锚孔中浇筑砂浆，使锚杆锚固在锚孔内；

步骤109：在大型岩溶漏斗上部沿隧道纵向方向的前后两侧的位于隧道衬砌与锚孔之间的围岩上掏顶板安装槽；安装顶板：顶板两端分别嵌入对应的顶板安装槽内，嵌入深度不小于3m；顶板中间部位与钢绞线固定连接，从而通过钢绞线悬挂在锚杆上；

步骤1010：安装排水系统：采用直径不小于150m的排水管，排水软管绕着隧道衬砌外侧设置，并且排水软管上端与顶板上的排水孔连通，排水软管下端穿过支撑板上的排水孔，并沿着围绕在大型岩溶漏斗底部的围岩延伸至纵梁下方，排水管与围岩壁之间的距离为10～15cm。

优选的，所述支撑板包括位于横梁左右两侧的对拼撑板；对拼撑板一侧嵌入围岩中，另一侧搭接在横梁上，并且搭接长度不小于30cm，从而左右两侧的对拼撑板在横梁上形成拼缝，所述拼缝采用密封材料进行填充密封；所述顶板包括位于横梁左右两侧的对拼顶板，左右对拼顶板之间的拼缝采用密封材料进行填充密封；对拼撑板与对拼顶板均采用钢筋混凝土空心板，密封材料为沥青麻筋，钢绞线与对拼顶板中的钢筋焊接固定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的隧道跨越方法针对大型岩溶漏斗上大下小的结构特点，在岩溶漏斗底部设置支撑系统，在岩溶漏斗上部设置防护系统，支撑系统用于支撑隧道衬砌，防护系统用于遮挡隧道衬砌，避免隧道衬砌受到日照、风吹、雨淋等自然损害。同时，安装连通防护系统与支撑系统的排水系统，使得降落到防护系统上的雨水经排水管、支撑系统，从大型岩溶漏斗底部的漏洞排出，避免了积水，并且排水管杜绝了雨水与隧道衬砌的接触，从而避免了雨水对隧道衬砌的侵蚀，不仅具有优良的排水性能，并且排水过程中对隧道起到了保护作用。

2、本发明所提供的大小岩溶漏斗的隧道跨越结构，主要通过板、梁与柱结构组成，整体通透性高，对排水管的阻碍较少，十分便于排水系统的安装。

3、本发明的隧道跨越结构在较小的漏斗底部设置支撑系统，支撑系统通过纵梁横梁协同受力，能够为隧道衬砌提供稳固的支撑基础。相较于回填方式，具有良好的经济性，能够大大降低成本，并且更加便于排水施工。相较于建桥的方式，则避免了修建较高的桥墩，更加便于施工，降低施工难度。在较大的漏斗上部设置防护系统，防护系统能够遮盖隧道衬砌，避免隧道衬砌受到日照、风吹、雨淋等自然损害。

4、支撑板与顶板均设计为分体式结构，即对拼的方式，这样能够获得较大的跨径，以适应大型岩溶漏斗的尺寸。

5、顶板的横截面为中间高两端低的倒v字形，这样顶板安装在隧道衬砌上方后，类似于中间高两边低的屋顶结构（低的两端嵌入围岩中），使得雨水能够从顶板中间滑落到顶板两端的泄水孔中，从而将雨水及时排出，避免积水。

6、支撑板采用钢筋混凝土空心板，具有较高的强度，同时能够减轻重量，从而降低支撑系统的负荷。

7、采用排水软管绕着隧道衬砌进行排水，能够避免建造排水系统对隧道衬砌的结构、强度以及内部空间造成影响。

附图说明

图1是本具体实施方式中大型岩溶漏斗的隧道跨越结构的示意图；

图2是本具体实施方式中防护系统的俯视图；

图3是本具体实施方式中支撑系统的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施方式对本发明作进一步的详细说明。

一种大型岩溶漏斗的隧道跨越方法，包括以下步骤：

步骤1：在大型岩溶漏斗底部建造带排水孔的支撑系统；

步骤2：在支撑系统上建造跨域大型岩溶漏斗区域的隧道衬砌；

步骤3：在大型岩溶漏斗的漏洞内建造位于隧道衬砌上方的带排水孔的防护系统；

步骤4：将排水管上端与防护系统上的排水孔连通，然后将排水管绕着隧道衬砌外侧向下延伸到支撑系统上，并将排水管下端与支撑系统上的排水孔连通，从而形成排水系统；通过排水系统能够将雨水从大型岩溶漏斗底部的漏洞排出。

本发明的隧道跨越方法针对大型岩溶漏斗上大下小的结构特点，在岩溶漏斗底部设置支撑系统，在岩溶漏斗上部设置防护系统，支撑系统用于支撑隧道衬砌，防护系统用于遮挡隧道衬砌，避免隧道衬砌受到日照、风吹、雨淋等自然损害。同时，安装连通防护系统与支撑系统的排水系统，使得降落到防护系统上的雨水经排水管、支撑系统，从大型岩溶漏斗底部的漏洞排出，避免了积水，并且排水管杜绝了雨水与隧道衬砌的接触，从而避免了雨水对隧道衬砌的侵蚀，不仅具有优良的排水性能，并且排水过程中对隧道起到了保护作用。

如图1至图3所示，本具体实施方式中的隧道跨越方法采用本发明的一种大型岩溶漏斗的隧道跨越结构，包支撑系统、防护系统与排水系统；

所述支撑系统包括沿隧道长度方向设置在大型岩溶漏斗底部的纵梁4，所述纵梁4两端嵌入围绕大型岩溶漏斗的围岩中；所述纵梁4上方连接有立柱3，所述立柱3上端连接有沿隧道横度方向设置的横梁11；所述横梁11上安装有支撑板10，支撑板10两端分别嵌入围岩中，从而通过支撑板10能够支撑位于大型岩溶漏斗内的部分隧道衬砌；

所述防护系统包括能够遮盖隧道衬砌顶面的顶板6，顶板6两端均嵌入围岩中；顶板6两端上方的围岩中均锚固有锚杆；顶板6中间部位通过拉索5悬挂在锚杆上；

所述排水系统包括分别并排设置在支撑板10两端的若干排水孔、分别并排设置在顶板6两端的若干排水孔以及若干排水软管9，排水孔之间的间距为4～5m；排水软管9绕着隧道衬砌外侧设置，并且排水软管9上端与顶板6上的排水孔连通，排水软管9下端穿过支撑板10上的排水孔，并沿着围绕在大型岩溶漏斗底部的围岩延伸至纵梁4下方。

本具体实施方式中，所述支撑系统包括若干并排间隔设置的立柱3，每根立柱3均通过对应的纵梁4进行支撑。设置多跟立柱3与纵梁4，能够提高支撑强度与支撑稳定性。

本具体实施方式中，沿横梁11长度方向铺设有若干支撑板10，相邻支撑板10之间的接缝采用密封材料进行填充密封。这样，能够大支撑面积，为隧道衬砌2提供更好的支撑。

本具体实施方式中，所述顶板6的横截面为中间高两端低的倒v字形，并且顶板6的长度方向沿着横梁11的长度方向。顶板6的横截面为中间高两端低的倒v字形，这样顶板6安装在隧道衬砌2上方后，类似于中间高两边低的屋顶结构（低的两端嵌入围岩中），使得雨水能够从顶板6中间滑落到顶板6两端的泄水孔中，从而将雨水及时排出，避免积水。

本具体实施方式中，所述顶板6包括位于横梁11左右两侧的对拼顶板6，左右对拼顶板6之间的拼缝采用密封材料进行填充密封。

本具体实施方式中，所述支撑板10包括位于横梁左右两侧的对拼撑板；对拼撑板一侧嵌入围岩中，另一侧搭接在横梁11上，从而左右两侧的对拼撑板在横梁上形成拼缝，所述拼缝采用密封材料进行填充密封。

支撑板10与顶板6均设计为分体式结构，即对拼的方式，这样能够获得较大的跨径，以适应大型岩溶漏斗的尺寸。

本具体实施方式中，所述防护系统包括若干沿隧道横向方向并排设置并锚固在围岩中的锚杆，每根锚杆均通过对应的拉索5悬挂顶板6。设置多根锚杆与拉索，悬挂更加稳固。

本具体实施方式中的大大型岩溶漏斗的隧道跨越结构采用如有施工方法，包括以下步骤：步骤101：在大型岩溶漏斗底部沿隧道纵向方向的前后两侧的围岩中分别掏纵梁4安装槽，槽深度不小于3m；

步骤102：然后浇筑纵梁4，使纵梁4前后两端嵌入所述安装槽中；

步骤103：待纵梁4达到设计强度后，在纵梁4上浇筑立柱3；

步骤104：待立柱3达到设计强度后，在立柱3上浇筑横梁11；横梁11两端的悬空长度不大于其长度的1/4；

步骤105：在大型岩溶漏斗底部沿隧道纵向方向的前后两侧的围岩中分别掏支撑板10安装槽；并且待横梁11达到设计强度后，在横梁11上安装支撑板10：支撑板10两端分别嵌入对应的支撑板10安装槽中，嵌入深度不小于3m；

步骤106：在支撑板10上建造跨域大型岩溶漏斗区域的隧道衬砌；

步骤107：采用钻孔机在大型岩溶漏斗上部沿隧道纵向方向的前后两侧的位于隧道衬砌上的围岩上钻锚孔，锚孔直径不小于90mm，锚孔深度不小于4m；

步骤108：在锚孔中放入一端焊接有钢绞线的锚杆，未焊接钢绞线的一端插入锚孔中，锚杆长度不小于3m，并在锚孔中浇筑砂浆，使锚杆锚固在锚孔内；

步骤109：在大型岩溶漏斗上部沿隧道纵向方向的前后两侧的位于隧道衬砌与锚孔之间的围岩上掏顶板6安装槽；安装顶板6：顶板6两端分别嵌入对应的顶板6安装槽内，嵌入深度不小于3m；顶板6中间部位与钢绞线固定连接，从而通过钢绞线悬挂在锚杆上；

步骤1010：安装排水系统：采用直径不小于150m的排水管，排水软管9绕着隧道衬砌外侧设置，并且排水软管9上端与顶板6上的排水孔连通，排水软管9下端穿过支撑板10上的排水孔，并沿着围绕在大型岩溶漏斗底部的围岩延伸至纵梁4下方，排水管与围岩壁之间的距离为10～15cm。

本具体实施方式中，所述支撑板10包括位于横梁11左右两侧的对拼撑板；对拼撑板一侧嵌入围岩中，另一侧搭接在横梁11上，并且搭接长度不小于30cm，从而左右两侧的对拼撑板在横梁11上形成拼缝，所述拼缝采用密封材料进行填充密封；所述顶板6包括位于横梁11左右两侧的对拼顶板6，左右对拼顶板6之间的拼缝采用密封材料进行填充密封；对拼撑板与对拼顶板6均采用钢筋混凝土空心板，密封材料为沥青麻筋，钢绞线与对拼顶板6中的钢筋焊接固定，焊接点的间距为3～4m。

本发明所提供的针对大型岩溶漏斗的隧道跨越方法与隧道跨越结构，同时从施工难度、排水性以及施工成本三个维度上进行综合设计，充分结合了岩溶漏斗的结构特点，设计出包含支撑系统、防护系统与排水系统的隧道跨越结构，支撑系统与防护系统主要采用梁、板、柱结构，能够大大降低成本，而且使得隧道跨越结构的通透性较高，透气性也较好，隧道衬砌不易发霉，并且排水系统充分利用支撑系统、防护系统结构通透高（易于管道穿过）的特点来进行设计，使得支撑系统、防护系统与排水系统形成一个有机整体。