淺析喀斯特巖溶區隧道溶洞治理

陳建軍

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

淺析喀斯特巖溶區隧道溶洞治理

陳建軍

(貴州橋梁建設集團有限責任公司)

介紹了溶洞治理工程、施工方法和施工步驟及施工注意事項。

溶區;隧道;溶洞;治理

1 工程概述

杭州至瑞麗國家高速公路貴州境思南至遵義段第SZTJ-2合同段沙溝隧道為分離式長隧道，設計時速80 km/h，建筑限界凈寬 10.25 m(0.75+0.5+3.75 × 2+0.75+0.75)，凈高5.0 m。隧道左右線相距約35m，左線起訖樁號ZK156+920 ～ ZK157+935，長 1 015 m，縱坡 2.55%;右線起訖樁號K156+913～ K157+960，長1 047 m，縱坡2.487%。是典型的喀斯特地貌巖溶區隧道。沙溝隧道左洞上臺階開挖至ZK157+404位置時，遇到一大型溶洞，溶洞位于掌子面前方偏左位置，尺寸約43×27×18 m(長×寬×高)，與隧道輪廓線范圍有影響的段落為ZK157+404～ZK157+440段，溶洞底位于隧道仰拱以下約1～2 m位置，洞內多為堆積物，懸掛鐘乳石，溶洞內ZK157+435處頂部有細小水流流出。在清理過程中，ZK157+413位置溶洞右側底部又發現一大型溶洞，該溶洞僅在 ZK157+413處于左線 ZK157+404～ZK157+440段溶洞貫通，往右前方發展并與右洞相交，洞內裂隙發育，有流水沖刷痕跡。隧道該段埋深約98 m，圍巖主要為中風化灰巖，灰白色，隱晶質結構，中厚層狀構造，巖體較完整，巖質較堅硬，巖芯呈柱狀及碎塊狀。局部通過構造破碎帶，巖體完整性較差，巖芯中見斷層角礫巖。巖溶發育，存在巖溶裂隙水。

2 溶洞治理工程方案

2.1 總體方案

(1)本次先對隧道左線有影響的溶洞區進行治理，使隧道左線安全順利通過該溶洞區，對于對右線有影響的溶洞發育區，待隧道右線施工至溶洞位置時再作處理。

(2)根據現場情況，對隧道左線有影響的溶洞共兩處，分別稱為溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ，溶洞Ⅰ在隧道輪廓線以內，與隧道輪廓線斜交，縱向發育段落為ZK157+404～ZK157+440段。溶洞Ⅱ在隧道輪廓線右下方，溶洞頂距隧道底僅1.5～2m，縱向發育段落為ZK157+411～ZK157+425段，與溶洞Ⅰ僅在ZK157+413處有一小口相連。本次治理方案中對溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ進行分開治理，盡量不破壞原有圍巖結構，保證圍巖自身穩定性。

(3)巖溶對隧道工程的影響主要是:空穴、地下水、洞穴充填物及坍塌、洞頂地表塌陷四個方面。為了順利穿過該溶洞，消除其對隧道構筑物的影響，確保隧道的施工和日后運營的安全，根據其發育規模、穩定程度和對隧道的影響情況，結合現場實際情況、工程實施的可行性和幾方現場查勘的會議意見，對溶洞Ⅱ影響隧道結構的范圍進行回填治理，對溶洞Ⅰ采用半明半暗結構型式通過。

2.2 分項工程方案

(1)溶洞Ⅰ治理方案

對溶洞Ⅰ治理采用半明半暗襯砌結構型式，左側明洞范圍為C25鋼筋混凝土護拱，以便在下方隧道襯砌及右側暗洞開挖時對上方圍巖起到支撐作用。同時對溶洞段隧道襯砌型式進行加強，由原設計“Ⅳ級深埋(二)”型式改為“Ⅴ級圍巖淺埋加強段襯砌”型式。

(2)溶洞Ⅱ治理方案

對溶洞Ⅱ位于隧道輪廓線以下范圍進行回填治理，采用C25混凝土擋墻加C25泵送混凝土回填密實，保證隧道基礎的穩定°

(3)溶洞內排水工程方案由于該溶洞內水流較大，對水的治理是本次治理的重要環節，采用過水涵洞與排水明溝相結合的方式進行疏導，確保隧道穿過溶洞后溶洞內原有水路暢通。在隧道左側溶洞底設置縱向C25混凝土引水溝，與ZK157+413處設置的2 m×2 m的過水涵洞相接，將隧道襯砌左側水流引入右側溶洞中，匯入溶洞Ⅱ中自然水路排出。

(4)檢修橫洞方案

在左側護拱ZK157+427位置設置一處檢修橫洞，尺寸150×255 cm，以便于施工期間和后期運營檢修。橫洞設置密閉門，防止人員隨意進出，避免意外的發生。

3 施工方法和施工步驟

(1)在進行治理之前應先對溶洞頂壁及周邊幾處裂隙發育區進行錨、網、噴防護，防止施工階段掉塊，危及施工安全，防護采用打設Φ22砂漿錨桿，長3 m，間距2×2 m，梅花型布置，掛設φ6鋼筋網，網格間距20×20 cm，噴C25混凝土10 cm。對溶洞頂壁防護的同時，對于ZK157+404往小樁號方向已完成施工的初期支護頂部溶腔右側側壁幾處危石進行防護，防護采用I20a工字鋼進行支擋，工字鋼基礎應坐落于左側穩定巖壁之上，同時，根據現場實際情況在確保安全的條件下考慮打設4～6 m長φ22砂漿錨桿錨固，防止下方隧道右側暗洞爆破開挖過程中出現掉塊等安全事故。ZK157+404～ZK157+440段防護完成后再掛橫向防護網等防護措施，防止落石掉塊，確保下部施工安全。同時對ZK157+384～ZK157+404段拱頂覆蓋層厚度小于2 m范圍施作防護措施，采用1m厚C25混凝土回填其上設置1m厚砂墊層，防止上部掉塊對隧道襯砌產生破壞，由于該段拱頂厚度不均，溶腔發育不規則，圖紙中難以準確示意，施工時根據現場溶洞發育情況合理設置，工程數量根據實際發生計量。

(2)防護完成后開始對溶洞進行治理，首先，對溶洞Ⅱ位于隧道輪廓線下部范圍進行回填治理，回填時必須保證回填頂面與溶腔頂壁密貼。C25混凝土擋墻高度根據現場溶洞實際發育情況確定，確保底部埋深不小于1 m，頂面應與溶腔頂壁密貼，頂面高度和因高度調整而導致的頂面寬度變化可根據實際溶腔頂壁位置確定。溶洞Ⅱ回填和擋墻施工的同時施工過水涵洞，確保溶洞中自然排水系統的暢通。

(3)待溶洞Ⅱ治理完成后方可進行溶洞Ⅰ的治理施工，先對溶洞底堆積物進行清理，清理時必須將下部堆積物完全清除至穩定基巖，確保基礎的穩定，然后采用C15片石混凝土回填至隧道結構底面標高位置。清理及回填溶洞Ⅰ的同時施工過水涵洞。

(4)基礎處理完成后施工上部隧道結構，首先施工左幅護拱，以便在右側暗洞開挖時對上方圍巖起到支撐作用，護拱采用C25鋼筋混凝土澆筑，施工時根據現場溶洞發育情況調整護拱與暗洞交接位置，確保護拱伸入溶洞周壁穩定基巖內不小于50 cm。待護拱施工完畢并滿足強度要求后施工護拱左線和洞內的型鋼支撐支撐，最后進行右幅暗洞開挖、襯砌結構施工。

4 施工注意事項

(1)隧道穿越溶洞工序復雜，組織施工時應交錯進行，盡量平行作業，抓住關鍵工序，必要時該停的停，不能盲目趕工期°

(2)施工前應提前在溶洞頂部設置監控量測點，定期監測溶洞下沉情況，監測點每5 m設置一處;護拱做好后，開挖前必須設護拱水平位移監測點，為安全施工和支護參數的調整提供可靠的資料。

(3)溶洞段施工時根據監控量測情況合理預留初期支護變形量，確保二次襯砌厚度。隧道襯砌在溶洞縱向兩端和過水涵洞處注意設置變形縫。在半明半暗結構左側護拱與隧道底部相接位置的基礎施工時應注意預埋連接鋼筋。

(4)在ZK157+404～ZK157+425段護拱左側上部與巖壁之間設置了橫向工字鋼支撐，施工時必須確保兩端支點的穩定，巖壁一側與打設的錨桿焊接牢固，護拱一側在施工護拱時預留支撐點，確保橫向支撐兩端支撐牢靠。

(5)巖溶地段的爆破，應盡量做到多打眼，打淺眼，并控制用藥量，每次開挖長度控制為一循環支護長度，挖一段支一段，避免一次開挖過長導致右側溶洞巖壁失穩坍塌。

(6)初期支護鋼架接頭嚴格按設計要求施做，鋼板焊接要可靠。

(7)當監控量測資料顯示初期支護基本穩定后方能進行二次襯砌的施工，二襯施工時注意預留預埋照明、通風、監控消防等設施。

(8)隧道洞內溶洞治理需考慮溶洞發育規模、與隧道走向關系、洞內水量大小、開挖后的地質條件等各方面因素，不確定因素較多，根據現有資料，一次設計不可能做到與現場情況完全吻合，需結合施工進展采取動態設計，根據施工中每階段現場的變化和掌握的資料及時進行設計方案修正，以便與現場實際情況更加吻合，確保設計方案的合理性。

(9)溶洞內施工安全風險較大，應將確保安全放在第一位，同時應做好防范突發事件的應急處理措施。

(10)說明未詳盡處，按相關規范、規定辦理。

U445

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1008-3383(2014)03-0127-01

2013-11-17