八臺(tái)山隧道穿越大型溶洞處治方案研究

劉彥波 陳揚(yáng)勇

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 401121)

1 工程概況

城口至萬源快速公路通道八臺(tái)山隧道是一座雙向兩車道二級(jí)公路隧道，設(shè)計(jì)速度60 km/h，主洞里程樁號(hào)K43+205～K48+480、長(zhǎng)5 275 m，避難通道里程樁號(hào) YK43+206～YK48+450、長(zhǎng)5 244 m，屬特長(zhǎng)隧道。隧道穿越3個(gè)背斜、2個(gè)向斜構(gòu)造，地質(zhì)條件極為復(fù)雜。穿越二疊系茅口組、吳家坪組、長(zhǎng)興組、三疊系大冶組、嘉陵江組;巖性為灰?guī)r、白云巖、鹽溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖等。不良地質(zhì)現(xiàn)象:巖溶及巖溶水、穿煤及瓦斯，膏巖大變形、硬巖巖爆等。

2 溶洞情況

2012年8月3日，八臺(tái)山隧道施工至K45+480時(shí)，揭露出一個(gè)大型溶洞(見圖1)。溶洞長(zhǎng)約87 m(K45+480～K45+567)，寬35 m～66 m，高度10 m～50 m(可見高度)，走向大致與線路中線一致，由左向右前方斜交。K45+480右側(cè)發(fā)育一溶隙，K45+540洞頂見一斜向上延伸的巖溶通道，延伸未知。K45+567.9發(fā)育一溶洞，其延伸約60 m，最寬處約13 m，最高處約17.1 m(如圖2所示)。

圖1 K45+480～K45+567溶洞

圖2 溶洞平面布置圖

溶腔壁局部有掉塊現(xiàn)象，節(jié)理發(fā)育，局部有滴水現(xiàn)象。溶腔填充物主要為大塊孤石夾小塊石、碎石等。堆積物干燥無水，溶洞內(nèi)最低點(diǎn)處未發(fā)現(xiàn)有地表水存在，只有砂土和水浸痕跡，溶洞四壁無水。

3 溶洞區(qū)原設(shè)計(jì)情況

隧道在K45+480～K45+567段穿越地層為二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r。位于背斜2軸部，巖層產(chǎn)狀變化大，巖體相對(duì)較破碎，巖體中發(fā)育兩組裂隙。弱風(fēng)化灰?guī)rRc=50 MPa，完整性系數(shù)Kv=0.65，［BQ］=332.5。圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

4 處治方案

4.1 處治原則

立足于保護(hù)環(huán)境，以隧道結(jié)構(gòu)安全和施工安全為基本，因地制宜，綜合治理，徹底整治，不留后患。

4.2 施工中保護(hù)措施

隧道K45+487～K45+542段完全位于溶腔內(nèi)，溶洞內(nèi)不時(shí)會(huì)有巖塊掉落，為了防止隧道施工出現(xiàn)安全事故，該段采用柔性防護(hù)鋼棚洞+工字鋼棚架進(jìn)行臨時(shí)防護(hù)。

4.3 具體處治方案

根據(jù)溶洞形態(tài)、地質(zhì)勘察資料、溶洞與隧道的位置關(guān)系的不同，K45+480～K45+567段溶洞處治采用分段處治的方式。

1)K45+480～K45+487段。該段位于溶洞口部，溶腔頂部高度基本與隧道頂板齊平。采用襯砌加強(qiáng)的方式處理。初支采用24 cm厚C20噴射混凝土，18工字鋼加勁，縱向間距50 cm。錨桿采用 φ42 mm注漿小導(dǎo)管，@50×100 cm，長(zhǎng)3.5 m，二襯采用70 cm厚鋼筋混凝土。拱底基礎(chǔ)處理采用C15片石混凝土換填，溶腔內(nèi)部及襯砌位于溶腔充填物內(nèi)的部分，初期支護(hù)外側(cè)增加C20混凝土護(hù)拱，厚度150 cm(見圖3)。

圖3 K45+480～K45+487段溶洞處治方案圖

2)K45+487～K45+495段。該段溶洞基本情況:a.拱頂以上空腔高度小于10 m，二次襯砌施作完成后，通過拱頂回填后空腔高度控制在6 m以內(nèi);b.襯砌施工完成后左側(cè)空腔寬度大，右側(cè)空腔范圍在1.5 m內(nèi);c.襯砌底部部分為坍塌渣充填物;d.巖溶壁裂隙較發(fā)育，但無大的貫通裂縫切割，基本無掉大塊危巖情況。

處治方案:采用拱頂回填+襯砌加強(qiáng)+基礎(chǔ)換填的措施處治(見圖4)。拱頂采用洞渣回填，以防止溶腔頂部巖塊掉落，砸壞襯砌，回填面離二次襯砌的最小距離大于3.5 m(靠溶腔右壁的空洞，因空間太小，洞渣回填困難，采用泵送C10混凝土填充)。襯砌采用100 cm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)采用C15片石混凝土回填。

圖4 K45+487～K45+495段溶洞處治方案圖

3)K45+495～K45+542段。該段溶洞基本情況:a.拱頂以上高度20 m～50 m，隧道從溶腔中部偏右側(cè)通過;b.襯砌施作完成后左右側(cè)空腔寬度均大于5 m以上;c.拱底溶腔填充物厚度為3.5 m～10 m;d.巖溶壁大部分松脫巖塊、危石已掉落，偶爾出現(xiàn)小塊塊石掉落現(xiàn)象。該段拱頂及襯砌處理方式同K45+487～K45+495段，采用拱頂回填+襯砌加強(qiáng)的方式進(jìn)行處理，對(duì)拱底基礎(chǔ)處治，提出如下三個(gè)方案(見圖5～圖7)。

圖5 K45+495～K45+542段溶洞處治方案一

圖6 K45+495～K45+542段溶洞處治方案二

圖7 K45+495～K45+542段溶洞處治方案三

方案一:樁基+承臺(tái)方案。樁承臺(tái)厚度2 m，采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁基直徑 1.5 m，橫向間距 5.25，縱向間距 5 m，共45根樁，平均樁長(zhǎng)11 m。樁基嵌巖深度不小于3倍樁徑。方案二:托板+底板小導(dǎo)管注漿加固方案。托板厚度2 m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。基底注漿采用φ89 mm鋼花管注漿，按1.5 m×1.5 m梅花形布置，深度要求嵌入基巖不小于1.5 m，注漿壓力1.0 MPa。方案三:鋼筋混凝土整體式基礎(chǔ)+基底夯實(shí)方案。考慮到該溶洞規(guī)模較大，存在的時(shí)間應(yīng)該比較長(zhǎng)，洞頂巖體坍塌至底部后，也經(jīng)歷了較長(zhǎng)的時(shí)間，目前溶腔填充物應(yīng)該處于固結(jié)狀態(tài)，基本穩(wěn)定，發(fā)生不均勻沉降的幾率較小。因此，提出對(duì)基底進(jìn)行夯實(shí)后，拱底增加2 m厚C25鋼筋混凝土整體式基礎(chǔ)的形式進(jìn)行處理。

4)K45+542～K45+567段。K45+541揭露基巖，完整性右側(cè)較好、左側(cè)較為破碎;頂面距拱頂開挖輪廓線約5 m～6 m。采用暗挖的方式進(jìn)行處理，對(duì)襯砌進(jìn)行了加強(qiáng)，初支采用24 cm厚C20噴射混凝土，18工字鋼加勁，縱向間距50 cm。錨桿采用φ25 mm中空注漿錨桿，@50×100 cm，長(zhǎng)3.5 m，二襯采用55 cm鋼筋混凝土。超前支護(hù)采用大管棚(見圖8)。

圖8 K45+542～K45+567段溶洞處治方案圖

4.4 防排水方案

1)K45+480～K45+487段防排水設(shè)計(jì)同隧道一般段。在溶腔內(nèi)埋設(shè)φ200 UPVC雙壁打孔波紋管(外裹無紡布)，將溶腔內(nèi)的水排至中心排水溝，波紋管每排間距2.5 m，每排2根。2)K45+487～K45+567段，二次襯砌背后防排水同隧道一般段，對(duì)環(huán)向盲溝進(jìn)行加密，每環(huán)間距10 m。為了防止溶洞底部水平向流水通道被堵塞，在隧道基礎(chǔ)下方埋設(shè)碎石盲溝，20 m一道。3)K45+542～K45+567段，襯砌防排水同隧道一般段，要對(duì)環(huán)向盲溝進(jìn)行加密，每環(huán)間距10 m。

5 方案比選

處治方案在隧道洞頂回填及襯砌加強(qiáng)方面都是相同的，區(qū)別在于K45+495～K45+542段基礎(chǔ)的處理不同。

各方案比較見表1。

表1 方案比較表

比選結(jié)果:雖然方案一在施工工期和工程造價(jià)均劣于方案二、方案三，但方案二、方案三在施工中均存在不確定因素，后期運(yùn)營(yíng)安全中存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，經(jīng)綜合比較，推薦方案一。

6 結(jié)語

通過對(duì)八臺(tái)山隧道K45+480～K45+567段大型溶洞的處治，筆者有幾點(diǎn)體會(huì):1)溶洞處治費(fèi)用較高、工期較長(zhǎng)，工程風(fēng)險(xiǎn)大、難度高。在巖溶隧道選線中應(yīng)重視地質(zhì)選線，盡量避開巖溶發(fā)育區(qū)。2)溶洞處治方案選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮巖溶不同形態(tài)、地質(zhì)條件、與隧道的位置關(guān)系等。3)溶洞處治時(shí)，要注意確保原有巖溶管的排水系統(tǒng)暢通，切忌堵塞原有排水管道。

［1］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］支衛(wèi)青.公路隧道穿越大型溶洞處理方案的確定［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006(5):70-73.

［3］張家銘.巖溶地區(qū)高速公路隧道溶洞處理［A］.第二屆全國(guó)巖土與工程學(xué)術(shù)大會(huì)學(xué)術(shù)論文集［C］.2006:594-600.

［4］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.