高速公路隧道穿越溶洞段處治技術及監控量測分析

蒲文明 趙國軍 王永慶

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

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高速公路隧道穿越溶洞段處治技術及監控量測分析

蒲文明 趙國軍 王永慶

(中電建路橋集團有限公司，北京 100048)

結合梁忠高速公路禮讓隧道巖溶段空腔與隧道的位置關系，將巖溶段劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三段分別進行相應處治，并針對這三段增設監控量測斷面進行周邊收斂、拱頂下沉監測，結果表明：溶洞處治段圍巖拱頂下沉量及周邊收斂量都在隧道允許變形范圍內，把傾斜狀溶洞劃分成三段分別進行處治的方法是可行的。

公路隧道，溶洞，監測點，圍巖

我國是世界上巖溶地貌分布最廣的國家之一，尤其是在西南地區更為普遍。據不完全統計，巖溶地質隧道約占西部已建和在建隧道總數的50%，嚴重威脅著隧道施工和運營安全。對于穿越巖溶地段的隧道，前人已做了大量研究：黃繼勇等[1]據巖溶的分布、類型、巖層穩定性和地下水流情況等，采用引、堵、越、繞等措施，保證施工、結構和環境安全；王崢崢等[2]采用“超前管棚+小導管注漿”的方法治理巖溶隧道的坍塌災害，取得了較好的效果，對類似工程事故處理有一定的借鑒作用；張民慶、田四明等[3，4]建議根據充填介質、工程及水文地質特征等對巖溶進行分類，根據巖溶的特征不同，分別在施工過程中針對性地采取釋放、排泄、注漿等措施，對不同類型的巖溶都取得了較好的治理效果；李治國[5]提出了“以疏為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理”的巖溶處理的原則，并探討了隧道中不同類型的巖溶的處理方法?，F有研究關于巖溶段隧道處治技術取得了一定成果，但對于隧道穿越傾斜狀溶洞處治方法及相應現場監控量測卻鮮有報道。因此，本文將以梁忠高速公路某隧道為工程背景，對隧道穿越傾斜狀溶洞段進行處治，并通過監控量測工作來判斷圍巖穩定性情況及處治效果。

1 工程背景

梁忠高速公路禮讓隧道位于重慶，進口位于七星鎮金柱村蔣家溝，出口位于禮讓鎮河川村流長溝，隧道設計為左右分離式、雙向四車道、全長5 519.15 m的特長隧道。隧道從進口、出口兩側相向施工。隧道左洞在進口端開挖到ZK11+765處，右邊墻下部揭露一溶洞，經入內勘查，空腔寬約7 m～23 m，高約1.1 m～7.8 m，向上、向下均未發現末端，空腔頂部和側壁穩定情況良好，溶洞軸線與巖層傾向基本一致。經現場地質雷達法、瞬變電磁法、TGP/TSP、超前鉆探法等相結合的綜合物探法探測發現，ZK11+710～ZK11+755段溶洞位于隧道仰拱正下方3 m～30 m，空腔呈寬而扁的形狀，寬約18 m～23 m，高約1.4 m～2.2 m。ZK11+755～ZK11+765段溶洞緊鄰隧道仰拱和右側邊墻，空腔呈寬而扁的形狀，寬約10 m～16 m，高約1.4 m～1.6 m。ZK11+765～ZK11+805段溶洞位于隧道右上方，空腔呈扁平形或橢圓形，寬約6 m～13 m，高約1.4 m～1.6 m。溶洞與隧道的空間位置關系見圖1。

ZK11+710～ZK11+787段為侏羅系中統新田溝組地層，為灰、深灰色粉砂質頁巖夾薄層砂巖；粉砂質頁巖屬軟巖，巖體受地質構造影響較重，構造裂隙發育。圍巖級別為Ⅳ級；原設計襯砌類型為S4b。ZK11+787～ZK11+805段為侏羅系中下統自流井組三段地層，為頁巖夾薄層灰巖，圍巖級別為Ⅴ，原設計襯砌類型為S5b。

2 處治技術

根據前期探測的巖溶空腔與隧道位置關系，以及現場開挖已揭露的地質情況，考慮洞內實際情況和現場施工條件，提出將處治段落劃分為 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三段進行相應處治的方案。處治段劃分圖見圖2。

處治段 Ⅰ：ZK11+710～ZK11+755，長45 m；處治段 Ⅱ：ZK11+755～ZK11+765，長10 m；處治段 Ⅲ：ZK11+765～ZK11+805，長40 m。

2.1 處治段Ⅰ處治步驟

處治段Ⅰ位于仰拱正下方，根據現場施工情況及處治原則，其工藝流程如下：1)安全探測。探測瓦斯等有毒有害氣體及濃度、空腔拱頂、側壁穩定情況及空腔內地下水發育情況，必要情況下采取臨時措施確保施工安全。2)埋管。順著空腔鋪設300 mm國標鋼筋混凝土管。3)修建堵頭墻。進入空腔并下至ZK11+710處修建堵頭墻。4)泵送混凝土回填。泵送C20混凝土回填空腔。5)質量檢驗。

2.2 處治段Ⅱ處治步驟

處治段Ⅱ緊鄰隧道仰拱和右側邊墻，根據現場施工情況及處治原則，其工藝流程如下：1)清渣。施工前清除空腔內雜物。2)埋管。埋設300 mm鋼筋混凝土圓管。3)C15混凝土回填。4)質量檢驗。

2.3 處治段Ⅲ處治步驟

處治段Ⅲ位于隧道右上方，根據現場施工情況及處治原則，其工藝流程如下：1)空腔壁支護。距離隧道外輪廓5 m范圍內空腔錨噴支護。2)加強隧道初期支護參數，采用20 b工字鋼@50 cm，確保穩定和安全。3)泵送C25混凝土護拱。在隧道外輪廓范圍外泵送1.5 m厚C25混凝土護拱。4)加強二次襯砌。二次采用鋼筋混凝土。5)質量檢驗。

3 監測方案及結果分析

隧道開挖時必然會對圍巖帶來較強的擾動，打破原來巖體的平衡狀態，引起應力重分布，直到達到新的平衡狀態。應力重分布過程中也伴隨著圍巖的變形、失穩等工程現象發生，勢必要采取有效的監測措施進行預測預報以避免工程事故的發生和擴大。根據現場實際情況以及JTG F60—2009公路隧道施工技術規范相關規定，共設計5個監測斷面，并布設拱頂下沉和周邊收斂變形監測點，對應里程樁號分別為ZK11+745,ZK11+755,ZK11+765,ZK11+775,ZK11+785。

通過拱頂下沉和周邊收斂量測可以直觀地了解隧道施工過程中圍巖變形情況。兩個監測項目同時進行，且布在同一斷面，從圖3可以看出，5個斷面的拱頂沉降、周邊收斂曲線大致都可以分成3個階段：快速上升階段、緩慢增加階段、逐步平穩階段。自監測日起，5個斷面的拱頂累計沉降值分別為16.6 mm,23.4 mm,25.1 mm,30.3 mm,28.7 mm，最大日變形速率分別為3.2 mm,4.3 mm,4.6 mm,5.9 mm,5.2 mm，最終拱頂沉降都趨于穩定，變形在隧道規范允許的變形范圍之內；5個斷面的周邊收斂累積變形量分別為9.7 mm,10.3 mm,17.3 mm,14.7 mm,14.2 mm，最大日變形速率分別為1.8 mm,3.3 mm,2.6 mm,1.8 mm,1.6 mm，最終周邊收斂變形都趨于穩定，變形在隧道規范允許的變形范圍之內。同時還可以看出，拱頂下沉累積變形量大小為處治段Ⅲ>處治段Ⅱ>處治段Ⅰ，說明傾斜狀溶洞段，當溶洞位于隧道拱頂比位于隧道底部時對拱頂變形的影響大；周邊收斂累積變形量中，處治段Ⅱ變形量為最大，說明位于隧道邊墻位置的溶洞對周邊收斂變形影響最大。

4 結語

本文結合梁忠高速公路禮讓隧道巖溶段空腔與隧道的位置關系，將巖溶段劃分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三段分別進行相應處治，并針對這三段增設監控量測斷面進行周邊收斂、拱頂下沉量測，可得到如下結論：1)溶洞處治段圍巖拱頂下沉量及周邊收斂量都在隧道允許變形范圍內，本文所采用的把傾斜狀溶洞劃分成三段分別進行處治的方法是可行的，為以后類似溶洞段隧道處治提供了借鑒。2)溶洞段隧道拱頂沉降、周邊收斂曲線大致都可以分成3個階段：快速上升階段、緩慢增加階段、逐步平穩階段。3)對于傾斜狀溶洞隧道來說，拱頂下沉累積變形量大小為處治段Ⅲ>處治段Ⅱ>處治段Ⅰ；周邊收斂累積變形量中，處治段Ⅱ變形量為最大。

[1] 黃繼勇,何現啟.淺談巖溶地段隧道處理措施[J].巖土工程界，2007，11(11):99-101.

[2] 王崢崢,孫鐵成,張勝林,等.斷層破碎帶巖溶大斷面隧道坍塌事故處理[J].北京工業大學學報，2013，39(10):157-159.

[3] 張民慶，黃鴻健，苗德海,等.宜萬線隧道工程巖溶治理技術與工程實例[J].鐵道工程學報，2008(1):36-38.

[4] 田四明，張民慶，黃鴻健,等.齊岳山隧道進口背斜地段巖溶發育特征分析與治理[J].現代隧道技術，2006，43(4):222-224.

[5] 李治國.隧道巖溶處理技術[J].鐵道工程學報，2002(4):196-198.

Analysis on processing technology and monitoring measurement for highway tunnel crossing karst section

Pu Wenming Zhao Guojun Wang Yongqing

(ChinaPowerConstructionHighway&BridgeGroupCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Combing with location relationship of cavity and tunnel at Lirang tunnel karst section of Liang-Zhong highway, the paper divides the karst section into Ⅰ,Ⅱ, Ⅲ phases and carries out corresponding treatment, carries out surrounding convergence and top arch subsidence monitoring in light of setting monitoring measurement section on the above-mentioned three sections. Results show that: surrounding rock top arch subsidence and surrounding convergence at karst processing sections are within the tunnel deformation domain; the processing method of dividing inclined karst into three sections is feasible.

highway tunnel, karst, monitoring point, surrounding rock

1009-6825(2017)15-0152-02

2017-03-15

蒲文明(1978- )，男，碩士，高級工程師

U459.2

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