公路隧道施工中溶洞處理技術研究

作者簡介：

范國宇（1995—），碩士，助理工程師，主要從事高速公路建設工程管理工作。

公路隧道穿越有充填型溶洞時，因圍巖受到擾動或支護不及時，易導致掌子面圍巖失穩，出現滑塌、塌方等安全問題。文章以大新至憑祥高速公路痕塘隧道為例，對痕塘隧道k243+018～k243+008溶洞段進行研究，采用地質雷達探測和超前鉆探兩種方法探明掌子面前方圍巖情況，并結合監控量測結果進行綜合分析，制定合理的溶洞處理方案：S5a襯砌支護+雙層超前小導管+勤量測，且在溶洞段施工過程中，加大監測頻率，較為準確地掌握隧道的位移變化情況。結果表明：此段隧道拱頂沉降和周邊收斂均在合理范圍內，驗證了此溶洞處理方案的合理性，確保了隧道施工安全。

公路隧道；溶洞；圍巖情況；溶洞處理

中圖分類號：U457+.2 A 30 095 3

0 引言

在我國高速公路建設工程中，隧道工程處于非常重要的位置。巖溶地質在我國西南部和中部地區十分常見。在巖溶地區修建隧道時，經常會遇到溶洞，溶洞的存在影響了施工進度和施工人員的安全。因此，在巖溶地區修建隧道是十分困難的，需要根據現場情況制定溶洞處理方案，以確保隧道施工人員的安全。

為確保隧道能安全順利地穿越溶洞段，許多研究人員結合理論知識，對現場情況進行分析，提出了許多處理方案。劉高星等［1］對周盤溝隧道巖溶段采用的護拱+鋼筋網的溶洞處理方案進行介紹，并結合現場工程應用驗證了此方案的合理性。王少輝等［2］針對那丘隧道大型溶洞提出了采用洞渣回填和“承載樁基+縱橫框架梁板+鋼筋混凝土擋墻”組合結構的綜合方案。朱建偉等［3］以鄭萬鐵路小三峽隧道為例，對現場實際情況進行分析，提出采用梁板跨越+外封內排+支護加強措施處理溶洞。李鳴沖［4］針對龍麟宮隧道DK231+700～DK231+800溶洞段，提出了復合地基+整體結構、單壓式結構及框架結構的處治方案。王建等［5］對隧道底部揭露的巨型溶洞進行了研究，提出采用工字鋼橫跨隧道底面以下溶洞，并在工字鋼上澆筑鋼筋混凝土板的方案，以避免溶洞回填效果不佳的情況。蔣進波［6］根據溶洞的不同位置及形態，提出不同形態溶洞的處治方案。

本文根據研究人員提出的溶洞處理方案，采用地質雷達探測和超前鉆探兩種方法探明掌子面前方圍巖情況，并結合監控量測結果進行綜合分析，制定合理的溶洞處理方案。同時，加密測點，加大監測頻率，較為準確地掌握了隧道的位移變化情況。

1 工程概況

痕塘隧道左洞設計長度為823 m，右洞設計長度為826 m，左右洞平面設計線間距為13.8～24.9 m，隧道凈高為5.0 m，最大埋深為192.0 m。隧址區屬溶蝕-堆積峰林谷地地貌，海拔高程一般約為170.3～395.6 m，相對高差約為225.3 m；隧道進出口均為斜坡地形，山體較陡，自然坡度為30°～50°，局部陡立。隧道進口段自然坡度約為34°，坡向約為3°；出口段自然坡度約為46°，坡向約為109°。

2 溶洞情況

2.1 地質描述

痕塘隧道右洞憑祥端掌子面樁號為K243+018，地層主要有層狀中風化灰巖，為較硬巖，巖體較破碎，裂隙較發育，具有一定的溶蝕現象。該段隧道開挖后，圍巖可能出現拱頂松動，側壁自穩能力較差而坍塌。K243+018～K243+008段設計為Ⅳ級圍巖，支護類型為S4b，采用Ⅰ14型鋼拱架，間距為100 cm，噴射混凝土厚度為20 cm，二襯厚度為40 cm。

2.2 掌子面情況描述

痕塘隧道憑祥端右洞揭露掌子面（K243+018）右側拱腰位置為中風化灰巖，左側拱腰下2 m至拱頂及右側拱腰處，揭露一個溶洞，溶腔寬度為6.5 m、高度為8 m、縱向為7 m，溶腔內為黏土+孤石填充，填充物較潮濕，未發現出水情況。在出渣過程中，正拱頂處存在掉塊現象（黏土），掌子面受擾動后出現了塌方跡象，塌方持續時間約為15 min，掌子面整體被掩埋。后續采用洞渣對塌方進行回填反壓處理，并修整出施工超前小導管作業平臺，便于施工超前支護。

第二天發現拱頂土體有掉塊滑動跡象，隨后拱頂處的土體開始向外推移，1 h左右塌方體趨于穩定狀態。通過現場觀察，塌方體主要由軟塑狀黏土組成，本次塌方體約500 m3左右，長度約為18 m，寬度為12.5 m，高度平均為3.5 m。在塌方體端頭位置進行了標識，對塌方體進行了監測。土體向外滑移1 m后，未出現位移變化。

2.3 超前地質預報

探地雷達100 MHz屏蔽天線Scan圖與Wiggle圖如圖1所示。

痕塘隧道憑祥端右洞K243+027～K243+007段的地質預報探測結果如下：

（1）測線前方K243+023～K243+021段中測區域、K243+013～K243+011段中間區域各出現一組同相軸較連續的、不均勻的中低頻反射波，振幅較強、變化較快、有規律、波形雜亂。根據掌子面揭露圍巖情況，初步推斷以上區域內為巖溶，可能存在夾泥層、溶蝕裂隙，圍巖整體性和穩定性較差。

（2）其他區域內，電磁波反射波組不多，有零星的電磁反射信號，信號的振幅不強，頻率中等，同相軸較連續。初步判斷此區段范圍內巖層較為完整，節理發育一般，含水量不大。

2.4 超前鉆探預報

針對痕塘隧道憑祥端地質預報結果，進行了右洞K243+020處的超前鉆探。本次掌子面鉆探設置鉆孔3個，依次分別編號為1號、2號、3號。

（1）1號孔（中線拱頂）：里程樁號為K243+020，鉆孔深度為31 m?？變鹊刭|情況：0～4 m位置為注漿料+中風化白云巖；4～7 m位置為中風化白云巖；7～28 m位置為黏土，泥渣潮濕，不易吹出孔外，鉆進速度較快；28～31 m位置為中風化白云巖。

（2）2號孔（右側拱腰）：里程樁號為K243+019.7，鉆孔深度為31 m?？變鹊刭|情況：0～4 m位置為注漿料+中風化白云巖；4～6 m位置為中風化白云巖；6～28 m位置為黏土，泥渣潮濕，不易吹出孔外，鉆進速度較快；28～31 m為中風化白云巖。

（3）3號孔（左側拱腰）：里程樁號為K243+020.1，鉆孔深度為31 m?？變鹊刭|情況：0～4 m位置為注漿料+中風化白云巖；4～7 m位置為中風化白云巖；7～25 m位置為黏土，泥渣潮濕，不易吹出孔外，鉆進速度較快；25～31 m位置為黏土，含水量較低，不易吹出孔外，鉆進速度較慢。

2.5 監控量測結果

右洞K243+023處的拱頂沉降量最大，為1.8 mm；K243+083處的累計沉降量最大，為22.3 mm；K243+023處的周邊位移最大，其值為2.0 mm；K243+093上臺階的累計收斂值最大，其值為21.7 mm。測點的實測位移值U均小于U0/3，屬于Ⅲ級位移管理等級，支護處于穩定狀態，待掌子面坍塌排險處理完成后可正常施工。

3 溶洞處理方案

3.1 具體處理措施

（1）采用洞渣對塌方體進行反壓回填，對土體起支撐作用，防止土體繼續滑動。土體按照0.7 m間距梅花形布設5 m長小導管，小導管暫設置7排，每排18根；然后用30 cm厚C25噴射混凝土對塌方體進行封閉，待強度滿足要求后，對塌方體進行注漿固結。待掌子面處于穩定狀態后，開展后續施工，確保施工安全。

（2）K243+018～K243+008段支護類型由S4b調整為S5a。S5a支護參數見表1。工字鋼左右側鎖腳均采用雙排直徑為42 mm注漿鋼花管，長度按4.5 m設置。

（3）K243+018～K243+008段采用雙層小導管進行超前支護，第一環角度為5°～12°，第二環角度為12°～30°。導管環向間距為40 cm，每環35根，每根長6.0 m，縱向排距為2.4 m。如圖2、圖3所示。

（4）K243+018～K243+008段開挖方法采用環形開挖預留核心土法施工。

（5）施工下臺階前對該段隧底方向進行巖溶探測，探明拱底下方圍巖情況，根據拱底圍巖情況，確定后續的仰拱施工處置方案。

（6）施工過程中應加強監控量測及現場安全預警，加密監控量測點，對掌子面進行超前地質雷達掃描及超前地質鉆探，對仰拱底進行雷達探溶，如發現異常情況，應及時上報。一旦掌子面出現向外滑移、拱頂塌落等情況，應立即停止施工，撤離作業人員。

3.2 處理后溶洞段變化

在k243+008～k243+018溶洞段的施工過程中，為了更準確地了解隧道拱頂沉降和周邊收斂的變化情況，將k243+008～k243+023段分為7個監測斷面，并對隧道位移變化進行了監測，根據監測數據繪制出此段隧道拱頂沉降和周邊收斂變化曲線，如圖4和圖5所示。由圖4～5可知，在k243+008～k243+018溶洞段施工過程中，隧道拱頂沉降和周邊收斂基本趨于穩定。隧道拱頂沉降變化最大的是k243+018斷面，累計沉降量為30.23 mm。隧道周邊收斂變化最大的是k243+008斷面，周邊收斂為18.7 mm，k243+023處周邊收斂最大，其值為22.47 mm。由于掌子面施工對相鄰段隧道初支影響較大，施工過程中應盡量減少對圍巖的擾動，保證相鄰隧道初支穩定。

按照本文所制定的溶洞處理方案進行隧道施工，施工過程隧道拱頂沉降和周邊收斂變化均在合理范圍內，且基本趨于穩定。k243+008～k243+018段二次襯砌已完成澆筑，隧道沒有出現異?，F象，驗證了溶洞處理方案的合理性。

4 結語

（1）當隧道穿越有充填型溶洞時，應該結合圍巖情況和監測數據制定施工方案，控制隧道開挖長度，及時用噴射混凝土封閉掌子面、施作初期支護，確保圍巖穩定，從而避免掌子面塌方的發生。

（2）在隧道施工過程中，應加大監測頻率和監測點密度，較為準確地掌握隧道拱頂沉降和周邊收斂的變化情況是否在合理范圍內，根據監測數據及時調整施工方案，確保隧道的施工安全。

參考文獻

［1］劉高星，史春宇，許東陽，等.周盤溝隧道巖溶段圍巖穩定性分析及處理措施［J］.土工基礎，2022，36（1）：12-15.

［2］王少輝，陳 兆，蔣 沖，等.特大型溶洞隧道綜合處治方案及施工技術［J］.隧道建設，2017，37（6）：748-752.

［3］朱建偉，朱建國.鄭萬高鐵小三峽隧道溶洞綜合處理技術［J］.隧道建設（中英文），2021，41（S1）：401-406.

［4］李鳴沖.宜萬鐵路龍麟宮隧道穿越大型半充填溶洞綜合處理技術研究［J］.鐵道標準設計，2010（8）：119-121.

［5］王 建，王麗君，馬建新，等.巖溶地區公路隧道穿越大型溶洞處治措施分析［J］.地下空間與工程學報，2020，16（S2）：964-970，998.

［6］蔣進波.高速公路巖溶隧道溶洞處理施工技術［J］.隧道建設，2012，32（S1）：122-125.

收稿日期：2022-10-12