高速公路隧道穿越溶洞段處治技術的應用研究

陳偉康 (安徽省交通控股集團有限公司,安徽 合肥 230088)

溶洞地貌的隧道在高速公路的施工中占很大一部分，這說明了我國高速公路施工技術得到了很大的發展。但是在實際的施工情況中也遇到了各種各樣的問題，不斷地威脅著隧道施工和運營安全，本文以獅子嶺隧道左線ZK37+967～ZK38+310段為例，對該路段的高速公路隧道處治技術進行研究和探討，希望能夠對相關的施工人員有所幫助。

1 工程背景

G3W德州至上饒高速公路池州至祁門段是安徽省規劃的“縱三”高速公路的一段，起點位于貴池區涓橋鎮，順接在池州長江公路大橋和滬渝高速交叉處的殷家匯樞紐互通，終點位于祁門縣金子牌鎮，與黃祁高速交叉，路線全長約91.656km，跨越銅九鐵路、秋浦河、鴻凌河、G237及皖贛鐵路等控制點。全線采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度80km/h，路基寬25.5m，項目總概算投資118.81億元。全線隧道共長31.46km（共30座），其中特長隧道3座，長隧道6座；全線橋梁長23.2km，其中特大橋兩座，全線橋隧比高達60%。

圖1 獅子嶺隧道

獅子嶺隧道右線長1326m，左線長1340m，存在隧道洞口淺埋、偏壓，洞身巖體風化破碎、斷層、巖溶等不良地質以及洞口橋隧相接等技術問題。隧道左線起點樁號ZK37+590，終點樁號ZK38+930，起點軸向1270，終點軸向1400，最大埋深約253m。

2 獅子嶺隧道地質和水文分析

根據地勘資料揭示，隧址區坡腳分布第四系覆蓋層主要為殘坡積碎石土，基巖主要為奧陶系中統寶塔組和湯山組（O2t+b）灰巖和志留系下統高家邊組（S1g）砂巖。項目區屬揚子準地臺（III）、下揚子臺坳（III2）、沿江拱斷褶帶（III22）、石臺穹斷褶束（III22-3）和江南臺隆（III3）、皖南陷褶斷帶（III23）構造單元。隧址區進、出洞口山腳發育一條山間河流，其水位、流量等均隨季節變化：夏季雨量充沛，水位高，流量大；冬季降雨稀少，水位低，流量小。

隧址區地下水水量受大氣降水的影響，呈季節性變化。根據區域水文地質資料及本次勘察，隧址區地下水屬碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。含水層巖性為灰巖，地下水賦存于風化帶、風化網狀裂隙中，接受大氣降水補給和層間徑流補給，順風化裂隙、構造裂隙等沿強、中風化界面匯集、運動，在斜坡坡腳及沖溝溝口等局部地勢相對較低處以下降泉的形式排泄出露，具近源補給，就近排泄特點。

獅子嶺隧道左線ZK37+967～ZK37+989段原設計為Ⅲ級圍巖，襯砌方式為Ⅲ型襯砌型式。該段22m設計為中風化灰巖，巖性較硬，節理裂隙發育，巖體較完整，基巖裂隙水欠發育，埋深140m～240m，隧道設計標高位于灰巖巖溶發育帶中。

3 溶洞揭露過程

2019年4月21日，獅子嶺隧道左線開挖掘進至ZK37+967時，發現掌子面右側揭露溶洞，大小約2.0m×1.5m，內無填充，無突泥涌水跡象。進一步開挖后，溶洞尺寸逐步擴大，經測算，溶腔高大于32m，縱向長度約23m，橫向寬度約25m，并與右洞貫通，溶洞充填物已經在右洞揭露時釋放排出。

2019年4月23日下午，溶洞壁有一較大石塊掉落，期間有少量突泥，約100m3，溶腔內不斷有泥團、石塊掉落，且洞內有清晰流水聲。現場立即暫停掌子面開挖，封閉掌子面，并及時撤離人員和設備，現場做好警戒。

經隧道掘進施工，同時安排超前地質水平鉆對掌子面前方情況進行了鉆探，采取檢測輔助手段，獅子嶺隧道右線溶洞發育情況不斷揭露，初步探明溶洞邊界大小及發育趨勢，由于左線溶洞內充填物基本在右線溶洞揭露時釋放排出，故本次溶洞在揭露后左線溶洞未出現明顯的突泥、涌水現象。

4 地質預報綜合分析

我們對左線進行了瞬變電磁法地質預報、地震波法（TGP）超前地質預報、卡薩C6XP D-E型超前水平鉆探分析，得出如下結論：

①ZK37+895～ZK37+975段隧道掘進前方80m范圍內存在富水的可能性較小，存在少量裂隙水；ZK37+895～ZK37+975段無明顯低阻異常。

②獅子嶺隧道左線溶洞區ZK37+969～ZK37+990存有溶洞，溶洞填充物為黃褐色粘土，局部形成空腔，溶洞地下水量不大，高水頭導致的涌水突泥風險不大。

③獅子嶺隧道左線ZK37+967～ZK37+989段22m設計為中風化灰巖，巖性較硬，節理裂隙發育，巖體較完整，基巖裂隙水欠發育。

圖2 卡薩C6XP D－E型超前水平鉆探

5 溶洞處置方案

根據獅子嶺隧道左線溶洞發育情況、超前地質預報報告及現場實際情況，結合溶洞處治專題會議專家意見，對獅子嶺隧道左線溶洞采用如下處理方案：

①將ZK37+962～ZK37+967段原設計Ⅲ型襯砌調整為Vc型襯砌。

②對已施作 ZK37+960～ZK37+967段采用φ50mm×5mm注漿小導管采用環向注漿加固，注漿漿液采用水泥砂漿。

③溶洞處理施工前采用洞渣反壓回填形成施工平臺，清理溶腔周邊危石。

④穿越溶洞段設置φ42mm雙層小導管支護，采用20cm厚C25噴射混凝土、錨桿及鋼筋網對掌子面進行封閉加固，并對溶腔壁清理危石后進行錨網噴加固處理，采用10cm厚C25噴射混凝土，鋼筋網采用φ8mm，間距20cm×20cm，錨桿采用φ22mm，長3.5m，間距150cm×150cm。

⑤對于該段溶洞，掌子面封閉處理完成后，首先根據溶洞實際情況確定是否設置構件支撐，在右側溶洞采用C25混凝土澆筑3.0m厚，3.0m高擋墻，然后在擋墻上方適當位置設置護拱，護拱厚度3.0m，以掩護施工操作，并預留φ300mm混凝土輸送鋼管，吹填約2.0m厚細沙作為緩沖層，待護拱具有一定承載能力后及時施作初期支護和二次襯砌。

⑥將獅子嶺隧道左線溶洞空腔段原設計Ⅲ型襯砌初期支護調整為I22a工字鋼，縱向間距60cm，鎖腳錨桿調整為φ42mm注漿小導管，二次襯砌采用60cm厚C30鋼筋混凝土；由于溶腔空間形狀發育不規則，局部開挖部位仍需采取錨網噴作為初期支護。

⑦對該段穿越溶洞發育區，應根據現場實際情況適當加密環向排水管，引排巖溶裂隙水，避免對隧道造成水害，其中φ116HDPE排水管數量在巖溶處理預案暫列工程量中計列。

圖3 左洞溶洞段總體處理方案示意圖

6 方案實施情況

2019年4月30日將后續發生的溶洞突泥清理完成后對已施作ZK37+960～ZK37+967段采用φ50×5mm注漿小導管進行環向注漿加固。2019年5月1日至15日在掌子面采用分段泵送澆筑，一次性施作了C25混凝土擋墻及護拱。為保證施工安全，擋墻及護拱模板采用回填石渣和吹沙回填相結合方式，待混凝土達到一定強度，然后再按照設計襯砌類型及時支護。

處治過程中嚴格執行應急預案，完善了應急物資配備，始終遵照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的原則，加強超前支護，降低掘進速度，加強超前地質預報與監控量測工作，密切關注溶洞穩定性。

該溶洞段于2019年6月1日施工處理完畢，沉降、收斂觀測、拱架應力應變穩定，未發生異常；溶洞段二襯于2019年7月6日施工完畢。

7 結語

在溶洞地質的高速公路隧道的施工過程中，要加強地質超前預報和監控測量工作，密切地關注溶洞的穩定性，全過程開展隧道選測項目的觀測，確保質量和安全。施工單位要高度的重視信息反饋工作和突發事件的應急機制，處治過程中要保持緊密的溝通與關注，確保實施方案有效落實。