淺談靛口巖溶隧道的動態設計與施工

伍從浪

1 工程概況

靛口隧道是湖南省永藍高速公路的一座小凈距分離式隧道，隧道開挖寬度12.6 m，最大埋深68 m，中夾巖柱凈寬15.5 m～18 m。隧道右線長645m，左線長605m，隧道洞身圍巖主要為微風化灰巖，巖溶強發育，圍巖級別為Ⅳ級。隧道進口自然坡度10°～15°，出口自然坡度20°～25°，進出口主要由坡積碎石土，強風化灰巖組成，土體結構疏松，巖體破碎，穩定性差，易坍塌跨落，成洞性差，進出口段圍巖為V級。巖溶為隧道主要不良地質。

2 巖溶隧道圍巖分級

由于影響巖溶隧道圍巖的因素較多，尤其在時間和空間上表現出的非線性，使得巖溶隧道圍巖分類難于統一標準?！豆匪淼涝O計規范》對圍巖采取定性、定量、定性與定量相結合的方法將隧道圍巖穩定性等級由好到壞分為Ⅰ～Ⅵ六級，但巖溶對圍巖的影響沒有設置專門的條文，石灰巖地區在確定隧道圍巖分級時，如何考慮巖溶作用受主觀認識影響較大。在靛口隧道爆破開挖時，加強了地質素描、超前地質預報及監控量測工作。對巖溶的形態、發育部位，掌子面溶蝕灰巖的穩定狀態，溶洞充填情況，巖溶水等情況，根據工程類比修正巖溶隧道圍巖等級后合理確定開挖支護參數、襯砌參數及治水措施。

3 巖溶隧道超前地質預報

在施工過程中，采用技術和經濟可行的方法，探明掌子面前方一定長度內的地質狀況，核對原地勘結果，使設計和施工能按照實際地質狀況的變化而改變，保證各項設計參數和施工措施適合實際圍巖的地質狀況，完成動態設計和施工過程，保證工程結構和施工安全。

探測斷面設置和要求:

1 )在設計Ⅴ級深埋段和Ⅳ級圍巖區段，采用探地雷達(GPR)每20 m～30 m一個探測斷面。Ⅴ級淺埋、偏壓、加強段不探測;Ⅴ級深埋段、Ⅳ級加強、淺埋、偏壓段:20 m/次;Ⅳ級深埋段: 30 m/次。2)在設計Ⅲ級，Ⅱ級圍巖區段，采用TSP202/203地震波法長距探測，每150 m～200 m一個探測斷面，并在此探測結果的基礎上，在認為有必要部位加測短距探測斷面。3)對巖溶段、斷層破碎帶等不良地質，進行認真、細致的探測、研判和提出報告，提出施工鉆爆要求和安全警告;對可能發生突水，流泥和塌方的高風險地段，提出需要再進行超前地質鉆探探查范圍的建議，以準確探明災害性地質條件的范圍、性質和危害程度，便于采取相應對策，防止突發事故發生。

4 巖溶隧道施工監控量測

監控斷面的設置:

1 )拱頂下沉與周邊收斂量測。

a.Ⅴ級，Ⅳ級淺埋、偏壓、巖溶、斷裂帶斷面(見圖1)。拱頂下沉:三測點;周邊收斂:二測線;斷面縱向距離:10 m。b.各級圍巖深埋段斷面(見圖2)。拱頂下沉:一測點;周邊收斂:Ⅴ級，Ⅳ級:二測線;Ⅲ級:一測線(上測線);斷面縱向距離:Ⅴ級20 m，Ⅳ級30 m，Ⅲ級50 m，Ⅱ級不設。

2 )洞口淺埋段地表沉降觀測(見圖3)。

根據各洞口地形、地貌及淺埋偏壓段長度，設置1個～3個監測斷面。第一斷面設于仰坡開挖頂外1 m～2 m，與隧道縱軸線垂直。斷面間距5 m～20 m，小凈距隧道左右線監測斷面貫通布置。

測點布置:從隧道中心向兩側布置，間距5 m，斷面設置寬度為隧道最大開挖寬度兩側45°線范圍。

地質及支護狀態觀察，在各隧道全長度范圍開挖和初支后，對巖性、結構面產狀，出水情況等觀察并與設計地勘資料對比其異同;對初期支護總體情況及裂縫的觀察，結合各型斷面監測分析成果，提交監控量測成果報告，提出圍巖級別變化建議，施工注意事項，初期支護安全評價，設計初期支護參數修正建議等。

5 巖溶隧道動態變更設計

為了快速、經濟、安全的施工靛口巖溶隧道，永藍高速成立了以聯合指揮部為首，業主總工辦、工程部，設計院設計代表，高級駐地辦、現場監理，項目部、施工隊，獨立的超前地質預報、監控量測等單位隧道工程技術人員組成巖溶隧道動態變更的參會方。根據巖溶地質的異常情況，及時現場召開變更會，共同研究處理巖溶地質異常而采取的變更設計方案，以現場會議紀要的形式，確保了及時、科學、安全的施工。靛口巖溶小凈距隧道變更處理主要有進出洞口的開挖進洞方案，洞身巖溶的處理，冒頂的處理等。

6 巖溶隧道巖溶處治

6.1 突水突泥的處理

由于靛口隧道埋深淺，地表無匯水集中的溪流，僅在隧道進出口路基下約6 m出露地下溶洞水。實際施工主要考慮地表水通過巖溶通道、裂隙滲流到隧洞內造成的突水突泥問題。采取的處理措施主要為排、堵、截相結合。在隧道內溶洞通道過水的情況下盡量維持溶洞過水通道，采取以排為主，水量小時考慮加密防水板后盲管排水，水量大時考慮設置排水管排水;對巖溶裂隙滲水的情況，采取壓漿堵水為主、以截為輔。有突水突泥的隱患時采取超前壓漿固結溶洞充填物、加強開挖支護參數，并采取以上治水措施處理。

6.2 溶洞充填物陷落冒頂、底板塌陷的處理

靛口隧道在進出口淺埋地段，共發生過3次冒頂。特別是出口右洞，冒頂深度達40 m，起因是后行洞上臺階開挖時，對中夾巖拱腳部位所揭露的小溶洞未引起重視，開挖未處理通過約10 m后發生冒頂，掌子面初支鋼拱架墻腳部位變形約1 m。采取的處治措施為:立即設置型鋼架加固初期支護，約束初支變形;在該段范圍內增加地質鉆探，鉆孔為中夾巖部位橫向孔、下臺階垂直孔，上臺階拱腳部位斜孔，以探明溶洞分布情況及坍塌情況。根據鉆探情況巖溶主要在中夾巖發育，采取沿隧道軸向對中夾巖柱正面打入長5 m，直徑50 mm，壁厚5 mm的小導管，小導管上設置梅花形注漿孔，注漿加固中夾巖。小導管設置間距1 m×1 m，拱腳以下部位設置。注漿采取水泥漿，注漿初壓0.5 MPa，終壓1.5 MPa。注漿結束后，通過監控量測確定中夾巖穩定后方可開始初支侵限換拱處理。另外兩次冒頂在隧道開挖后，在進口段淺埋地段，隧道開挖安全通過后發生，但對隧道無影響。分析是爆破震動導致不穩定的隧道頂部空溶洞頂板塌陷。對冒頂的地表均采取回填夯實，并作防水滲流處理。

為防止隧道巖壁或拱部坍塌，在清除松動巖石困難的情況下，采用注漿小導管或注漿錨管加固巖體。此時隧道襯砌還考慮了抗沖擊措施或設置護拱，其頂部設置回填體，回填體以上的溶洞洞壁采用錨桿、鋼筋網、噴射混凝土封閉處理。對隧底有充填的小溶洞采取壓漿加固處理;當隧底溶洞由碎、塊石及淤泥土充填，充填物的松散密實程度不一時，考慮清除后回填片石混凝土處理;也可考慮隧底采用鋼筋混凝土底板，底板下清除松散體，回填碎石，并在底板下加設鋼筋混凝土樁進行支頂。

6.3 強風化土層與溶蝕灰巖的“二元化”造成土層錯動滑塌的處理

靛口隧道進出口都存在著一段強風化土層與溶蝕灰巖的“二元化”地質結構，土層在雨季擾動后在土石分界部位錯動，給隧道施工增加了難題。該隧道進出口原設計均采用32 m長φ89 mm超前大管棚支護。隧道開挖施工采取出口到進口的施工順序，出口雙洞按照設計開挖防護邊仰坡后施工大管棚，右洞按照設計采取“CRD”工法分四部開挖，開挖進尺約15 m后，發現仰坡頂開裂。通過監控量測發現大管棚護拱有邊坡方向、仰坡方向的位移，位移超設計及規范要求。召開變更會議后立即采取土袋堆碼支擋掌子面及開挖段，約束坡面變形;洞口段接長初支明洞6 m，采?、?0a工字鋼拱架作骨架，間距0.75 m，再掛鋼筋網片并焊接骨架Φ20連接筋，間距1 m，掛底模噴C25混凝土，再回填固邊、仰坡坡腳;對隧道頂及左洞右側邊坡土層采取垂直坡面打入5 m長，直徑50 mm，壁厚5 mm的小導管，間距1.5 m×1.5 m，小導管上設置梅花形注漿孔，注漿加固并封閉地表水處理。隧道另三個洞口由于邊仰坡土層薄，對隧道影響小，進口雙洞將大管棚取消改為超前注漿小導管順利貫通隧道。

7 結語

巖溶隧道施工可采用“巖溶成因是基礎，巖溶預報是關鍵，巖溶處治是重點，監控量測保安全，反饋施工降成本”的原則，及時動態變更設計，快速處理，尊重“管超前，嚴注漿，短開挖，弱爆破，強支護，勤量測，早封閉”的開挖支護原則，是可以確?？焖?、科學、經濟、安全的完成隧道施工。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道設計規范［S］.

［2］ JTG F60-2009，公路隧道施工技術規范［S］.

［3］ 胡啟軍.巖溶隧道施工關鍵技術及其工程應用［J］.山西建筑，2009，35(27)：301-302.