隧道溶洞段施工處理方法

高洪英

（中鐵十八局集團三公司 河北涿州）

一、工程概況

牛角坪左線隧道地處陜西省漢中市巴山鄉，位于毛壩至陜川界高速公路ZK310＋772～ZK312＋560里程區段，全長1788 m，設計為分離式雙洞隧道。主要技術指標：隧道凈寬10.25 m；凈高5 m；設計行車速度80 km/h；縱坡為2.5%。左線最大埋深290 m，最小埋深4.5 m。

隧道區位于秦嶺復合造山帶南部大巴山褶皺區與揚子準地臺結合部位，區域內褶皺為二級構造單元龍門～大巴山緣隆褶帶，巖性主要為弱風化泥質灰巖、微風化灰巖、弱風化泥質板巖、頁巖等，節理、裂隙較發育。區域內地表水系發育，洞身灰巖、泥質灰巖地段受巖體結構面影響，具較強的透水性，使得隧道區地下水發育。

二、溶洞產生原因分析

溶洞位于牛角坪隧道左線ZK311＋965.5～ZK311＋976地段，縱向長度10.5 m，橫貫主洞洞身且在左、右邊墻以外仍有向下垂直的落水洞。該地段圍巖為微風化灰巖，節理裂隙較發育，緊臨F16斷層。經認真分析研究，認為產生溶洞的主要原因有2個。

（1）本地區地表水極為豐富，且該地段圍巖節理裂隙較為發育，又緊臨F16斷層，地表水沿灰巖的節理面或裂隙面向下滲流，對巖層起到溶蝕及沖刷作用。

（2）本區段巖性為微風化灰巖，石灰巖的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳時發生化學反應生成碳酸氫鈣[Ca（HCO3）2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步擴大而形成溶洞。

三、溶洞施工處理方案

根據溶洞形成的原因和形成溶洞的地質特性，認為巖石強度較高且整體性較好，圍巖自身處于安全、穩定狀態，在此基礎上確定處理方案，見圖1。

（1）采用洞內碴石對溶洞處于仰拱以下部分進行回填，回填高度至邊墻縱梁底部以下2 m。

圖1 溶洞處理方案示意圖

（2）由于溶洞橫貫洞身部分上寬下窄，邊墻縱梁底部以下2 m采用片石砼回填，待下一步擬施工的邊墻縱梁、橫梁施工完畢后對洞身襯砌及路面行車車輛起到輔助承力作用，同時保證掘進臺車可以跨越溶洞繼續進行主洞掘進施工。

（3）設邊墻縱梁及縱梁間橫梁，形成主要承力結構，見圖2。

圖2 溶洞梁板平面布置圖

（4）采用漿砌片石封堵兩側溶洞，防止地下水沖刷洞身襯砌并便于襯砌背后砼回填施工。

（5）施工初期支護鋼拱架、模筑砼，完成成洞后第二層受力結構并形成洞身二次襯砌外輪廓線。

（6）回填初期支護背后空腔，形成成洞后第一層受力結構。

（7）施工填充砼、二次襯砌等。

四、溶洞處理方案的實施

1.溶洞回填

溶洞位于縱梁以下部分首先采用碴石回填，為節約成本，右線洞身開挖后碴石直接汽運至溶洞傾倒回填，碴石需潔凈，便于滲水通暢。

2.片石砼施工

邊墻縱梁以下2 m區域回填C15片石砼，分層澆筑，分層振搗，層厚30 cm，片石含量不得超過25%。砼采用砼泵車運至澆筑地點，片石人工擺放均勻，插入式振搗器振搗密實。

3.鋼筋砼邊墻縱梁、橫梁、鋼筋砼板施工

鋼筋砼邊墻縱梁為主要受力結構，橫梁為輔助受力結構。邊墻縱梁總長度16.5 m，截面積1×1.2 m，兩端頭分別置于溶洞前后堅實的基巖上做為支點。橫梁截面積0.4×0.72 m，鋼筋砼板厚度48 cm。受力結構均為鋼筋砼結構，砼標號為C25。

邊墻縱梁、橫梁鋼筋砼均現場施作并一次澆筑成形，形成總體承力結構，待邊墻縱梁、橫梁施工完畢后再現場澆筑鋼筋砼板。

4.擋土墻施工

擋土墻主要為便于初期支護背后砼回填施工及減少砼回填數量而設，擋土墻基礎尺寸為3×2.5 m，墻身寬度2 m，采用M7.5＃漿砌片石砌筑。

5.初期支護施工

初期支護鋼拱架采用I20a型鋼制作而成，縱向間距0.5 m，拱架間采用Φ22 mm螺紋鋼連接，環向間距1 m將拱架連成整體。采用掛模澆筑砼施工方法，C25砼自下而上澆筑，厚度50 cm，隨澆筑砼隨掛模板，內模采用100×30×5 cm組合鋼模，外模采用木模板，砼一次澆筑成型。拱頂預留人孔便于拆除外模及施工初期支護背后回填砼。

6.砼回填施工

砼回填采用泵送砼施工，回填高度為初期支護外緣以上1.5 m。泵送砼時兩側邊墻部位需交替回填施工，避免由于回填砼兩側壓力不平衡造成初期支護開裂或變形。

7.砼填充、二次襯砌施工

以上工序施工完畢后按正常操作程序施工砼填充及二次襯砌。

五、施工注意事項

（1）邊墻縱梁兩端頭受力支點由于直接置于開挖后的巖石頂面，按縱梁截面開挖后必須對受力巖體整體性進行觀測，對巖石強度進行檢測，確保能夠滿足受力要求，否則需設枕梁。

（2）初期支護鋼拱架節與節間及拱架與拱架間的連接必須牢固，掛模澆筑砼時兩側必須同時由下而上澆筑，必免在施工過程中拱架變形。

（3）由于泵送砼回填高度較高，兩側邊墻需交替施工且泵送速度不宜太快，避免造成初期支護開裂、變形。