高速公路隧道穿越溶洞段處治技術(shù)分析

鄭 坤

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100020）

隧道溶洞嚴(yán)重影響了我國(guó)高速公路隧道施工及后續(xù)道路交通的安全，因此十分有必要開(kāi)展專(zhuān)門(mén)的公路隧道穿越溶洞段處治技術(shù)分析，對(duì)當(dāng)?shù)厝芏磶r溶的分布、種類(lèi)、巖層的穩(wěn)定性等情況進(jìn)行詳細(xì)的勘探和分析，并在此基礎(chǔ)上做好相關(guān)的治理工作，確保達(dá)到高速公路施工要求，保障工程質(zhì)量和行車(chē)安全。

1 工程概況

新田隧道為一座上、下行分離的四車(chē)道高速公路長(zhǎng)隧道，隧道最大埋深約175m。隧道起止樁號(hào)左線zk52+789～zk54+810，總長(zhǎng)2021m；右線yk52+800～yk54+825，總長(zhǎng)2025m。隧道左邊和右邊兩條線之間的距離約為30m。左線入口采用端墻式洞口，設(shè)有5m明洞；右線入口采用端墻式洞口，直通隧道。左線出口采用竹節(jié)式洞口，9.6m洞口結(jié)構(gòu)，5.4m明洞；右線出口采用竹節(jié)式洞口結(jié)構(gòu)，9.6m洞口結(jié)構(gòu)，5.4m明洞。隧道圍巖主要為三～五類(lèi)圍巖，左側(cè)v類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為24m，占隧道總長(zhǎng)度的1.2%；四類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為502m，占隧道總長(zhǎng)度的25%；三類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為1478m，占隧道總長(zhǎng)度的73.8%。右側(cè)v類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為63m，占隧道總長(zhǎng)度的3.1%，四類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為341m，占隧道總長(zhǎng)度的16.9%；三類(lèi)圍巖長(zhǎng)度為1609m，占道路總長(zhǎng)度的80%。根據(jù)鉆探和地質(zhì)填圖的結(jié)果，隧道場(chǎng)地山體覆蓋層不斷發(fā)育，厚度不均勻。覆蓋層主要為黏土、粉質(zhì)黏土和少量殘積洪積成因的塊石。隧道遺址下伏基巖巖性為中石炭統(tǒng)（c2）和下統(tǒng)（c1）灰?guī)r，灰白色、深灰色中厚層，部分為硅質(zhì)灰?guī)r和薄層硅質(zhì)巖。

2 高速公路隧道穿越溶洞段施工的重難點(diǎn)

對(duì)新田隧道的基本情況進(jìn)行分析后，總結(jié)出施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)：（1）洞口淺埋段，圍巖由殘坡積層黏土和中風(fēng)化灰?guī)r構(gòu)成，拱部易產(chǎn)生塌方，側(cè)壁自穩(wěn)性較差，易形成大的坍塌。（2）隧道穿越地區(qū)多低洼，計(jì)劃建設(shè)的隧道需要穿越山嶺，其中存在的地質(zhì)問(wèn)題主要是巖溶。隧道區(qū)溶蝕漏斗發(fā)育，位置分布于ZK53+355左200m～ZK53+432左200m、ZK53+422左30m～ZK50+469左 15m、YK53+507右 88m ～ YK53+577右 94m、YK53+674右168m～YK53+737右143m和ZK53+702左105m～ZK53+745左91m，其中前四段呈串珠狀分布在路線兩側(cè)，對(duì)隧道施工影響最大。對(duì)隧道施工影響較大的溶蝕漏斗分布如表1所示。（3）巖溶和巖溶水的超前探測(cè)以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為主要手段，采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工的原則進(jìn)行處治[1]。根據(jù)溶洞發(fā)育的規(guī)模及與隧道主洞的關(guān)系，采用TSP和超前地質(zhì)雷達(dá)等超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)對(duì)溶洞和不良地質(zhì)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，對(duì)異常段采用鉆孔超前探測(cè)驗(yàn)證[2]。經(jīng)過(guò)勘探發(fā)現(xiàn)，在隧道工程中巖溶造成的影響為坍塌、漏水等。（4）斷層破碎帶地質(zhì)較差，會(huì)對(duì)整個(gè)隧道施工造成影響。

3 高速公路隧道穿越溶洞段處治技術(shù)

在具體的施工中，通過(guò)對(duì)公路隧道穿越溶洞段空中洞穴的整個(gè)情況進(jìn)行前期探測(cè)，考慮到洞內(nèi)實(shí)際情況和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，有必要采取相關(guān)技術(shù)施工處理溶洞。在對(duì)溶洞段進(jìn)行處理時(shí)，要遵循“動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)管理”及“先探測(cè)、管超前、短進(jìn)尺、弱（非）爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)、快封閉、仰拱超前、二襯緊跟”的原則[3]。從環(huán)境保護(hù)方面來(lái)看，要盡可能減少施工過(guò)程中對(duì)周?chē)h(huán)境造成的影響，秉持具體問(wèn)題具體分析的理念，堅(jiān)持動(dòng)態(tài)施工，利用好各種勘探技術(shù)，制訂詳細(xì)、科學(xué)的方案，及時(shí)掌握施工環(huán)境的變化，制訂好相應(yīng)的預(yù)防措施。高速公路中隧道穿越溶洞段處治技術(shù)的應(yīng)用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 針對(duì)圍巖問(wèn)題

首先，洞口v級(jí)圍巖段由長(zhǎng)管棚提前支護(hù)。鋼管為Φ108mm×6mm熱軋無(wú)縫鋼管，周向間距40cm，接頭直接連接15cm長(zhǎng)的螺紋。所述管芯與所述襯套設(shè)計(jì)外形的距離大于25cm，所述管芯與所述道路中線平行布置。相鄰鋼管接頭數(shù)目錯(cuò)開(kāi)1m后注漿，管內(nèi)應(yīng)填充m20水泥砂漿。在明洞襯砌外設(shè)置縱向長(zhǎng)度為2m、厚60cm的C20鋼框架砼拱，鉆進(jìn)方向應(yīng)比鋼管設(shè)計(jì)方向高1～3°。

表1 隧道區(qū)溶蝕漏斗一覽表

其次，洞身v級(jí)圍巖段采用超前長(zhǎng)管棚支護(hù)。采用外徑42mm、壁厚4mm、長(zhǎng)450cm的熱軋無(wú)縫鋼花管。鋼花管環(huán)向間距約30cm，外插角5～15°，設(shè)置于襯砌拱部約120°范圍。

再次，采用鋼支撐及初期支護(hù)，如圖1所示。隧道v級(jí)圍巖淺埋及偏壓段采用I18鋼拱架全斷面支撐，間距60cm，沿每榀鋼拱架設(shè)D25中空注漿錨桿，長(zhǎng)3m，間距100cm×60cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼25cm，并及早封閉成環(huán)。v級(jí)圍巖深埋段采用I18鋼拱架全斷面支撐，間距80cm，沿每榀鋼拱架設(shè)D25中空注漿錨桿，長(zhǎng)3.5m，間距100cm×80cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼25cm，并及早封閉成環(huán)。

圖1 鋼支撐及初期支護(hù)

最后，要嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，縮短工序時(shí)間，及時(shí)封閉。每周期開(kāi)挖頂階不超過(guò)1鋼框架間距，每周期開(kāi)挖邊墻不超過(guò)2鋼框架間距，后拱開(kāi)挖前完成鋼框架鎖腳導(dǎo)管，每周期開(kāi)挖進(jìn)尺小于3m。隧道開(kāi)挖后，一開(kāi)始的支護(hù)應(yīng)及時(shí)施工并形成環(huán)，圍巖封閉位置距洞壁小于35m，v級(jí)圍巖二次襯砌距洞壁小于70m。

3.2 針對(duì)溶蝕漏斗問(wèn)題

首先，要注重對(duì)排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在施工時(shí)要嚴(yán)密注視有無(wú)裂縫出現(xiàn)等情況，盡量避免施工中斷，合理安排施工順序。反拱施工應(yīng)提前進(jìn)行，以防止浸潤(rùn)水后的土失去原有的形狀和性能，進(jìn)而導(dǎo)致頂部下沉或坍塌的情況出現(xiàn)[4]。路基膨脹土可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行換材料填充或添加石灰來(lái)改善土質(zhì)。

其次，采用超前雙層注漿小導(dǎo)管，I20鋼拱架全斷面支撐，間距60cm，導(dǎo)管環(huán)向間距40cm，第一層與第二層環(huán)向錯(cuò)開(kāi)20cm，搭接長(zhǎng)度1.5m，外插角第一排15～20°，第二排7～10°。沿每榀鋼拱架設(shè)D25中空注漿錨桿，長(zhǎng)3m，間距100cm×60cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼27cm。開(kāi)挖采用三臺(tái)階預(yù)留核心土法，上段循環(huán)開(kāi)挖前進(jìn)距離為1榀鋼架的長(zhǎng)度，墻邊每次循環(huán)開(kāi)挖前進(jìn)距離為2榀鋼架的長(zhǎng)度。此外，需要注意在每次開(kāi)挖之前要先安裝導(dǎo)管，且每次循環(huán)開(kāi)挖前進(jìn)的距離要小于3m。

3.3 針對(duì)巖溶對(duì)隧道工程造成的影響

首先，應(yīng)該根據(jù)洞的大小和位置選擇相應(yīng)的處理方式，如梁拱跨越、填充堵塞、護(hù)拱加固等處理方式。其次，在對(duì)巖溶水進(jìn)行處治時(shí)要遵循以疏通為主，填塞為輔的原則[5]。為避免出現(xiàn)巖溶水突然泄漏的情況，在進(jìn)行具體施工時(shí)要采取一定的探測(cè)手段，準(zhǔn)備好相應(yīng)的抽水設(shè)備，從而確保施工隊(duì)的安全。排水設(shè)施可采用排水管排水溝、泄水洞等構(gòu)筑物。最后，考慮到充填洞穴的位置一般比較松軟、穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)下沉情況，因此在穿越洞穴填充地帶時(shí)，可通過(guò)加固樁基、超前注漿加固、換填基礎(chǔ)等方式保證安全。

3.4 針對(duì)斷層破碎帶

應(yīng)采用較為穩(wěn)固的支護(hù)方式并結(jié)合相應(yīng)的輔助施工確保高速公路隧道施工的安全性。在具體的施工中應(yīng)先用相應(yīng)的探測(cè)儀器對(duì)施工前方的環(huán)境情況進(jìn)行全面的探測(cè)[6]。根據(jù)探測(cè)結(jié)果，需采用超前小導(dǎo)管注漿作為輔助設(shè)施對(duì)已經(jīng)破碎的地帶進(jìn)行加固。如果發(fā)現(xiàn)有承壓性地下水，應(yīng)制訂堵水方案，然后在開(kāi)挖后沿著洞的四周設(shè)置相應(yīng)的孔洞來(lái)泄水。在斷裂破碎帶或接觸帶段，采用保留核心土三級(jí)開(kāi)挖法，在土層段以機(jī)械開(kāi)挖為主，輔以微弱爆破開(kāi)挖，在巖層段采用控制爆破技術(shù)開(kāi)挖上級(jí)臺(tái)階。挖掘工程須嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺、弱爆破”的原則進(jìn)行后續(xù)施工，并緊貼挖掘面進(jìn)行二次襯砌及倒拱的建造工程。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，溶洞段的特征對(duì)我國(guó)高速公路隧道的建設(shè)運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，時(shí)刻威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。文章結(jié)合新田隧道穿越溶洞段的安全施工，對(duì)高速公路隧道穿越溶洞段處治技術(shù)進(jìn)行了分析。由此得出，在采取隧道穿越溶洞段處治技術(shù)時(shí)，要先利用先進(jìn)的技術(shù)全面了解溶洞段公路隧道的情況，然后遵循高速公路隧道穿越溶洞段施工和處治的原則，做好隧道溶洞的科學(xué)施工，進(jìn)而達(dá)到高速公路隧道施工建設(shè)的工程標(biāo)準(zhǔn)，保障工程質(zhì)量，進(jìn)而推進(jìn)我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善。