隧道穿越大型溶洞的綜合處治技術及施工質量控制分析

摘要：文章以龍灣2號隧道右線施工過程中揭示的大型溶洞為依托，在進行地質雷達探測及補勘的基礎上，提出了一套綜合治理技術：設置底部涵管、回填大塊石建立施工平臺以保護消水口，利用梁板結構跨越溶洞以解決隧道拱圈底部受力的問題，并增設預應力錨桿加固圍巖；在裸露于溶洞段，內設單層工字鋼及20 cm厚的噴射混凝土殼，并在外層設置工字鋼及60 cm厚混凝土護拱；利用導水鋼管與溶洞連通進行防排水。同時，對溶洞的綜合處治技術的施工流程、技術要求與質量控制進行了分析。實踐表明，綜合處治技術效果極佳、施工質量控制良好，可為相似工程提供參考。

關鍵詞：隧道工程；巖溶處治；梁板結構；圍巖加固；質量控制

中圖分類號：U457+.2

0 引言

在我國西部山區修建公路隧道時，巖溶處治一直是山嶺隧道施工中的難題，特別是當隧道穿越大型溶洞時，如何根據不同隧道水文地質條件以及溶洞特性，提出因地制宜、經濟合理的隧道溶洞綜合治理措施，最大限度地降低施工風險，并在兼顧工期條件下保證施工安全是隧道建設領域面臨的難題。

近年來，一些學者對隧道溶洞處治及施工技術開展了不少研究。王建等［1］以貴州某高速公路隧道為背景，采用工字鋼橫跨隧道底面以下溶洞至溶洞墻壁、工字鋼上部設鋼筋混凝土板的方法進行處治。陳禹成等［2］對花果山隧道開展溶洞處治原則與方法應用，提出針對性的處治方案。方振華等［3］在成貴鐵路高山隧道施工中，針對長×寬×高為115 m×90 m×20 m的超大型溶洞大廳，提出了采用填充混凝土對溶洞大廳頂板及側壁進行穩定處理的方法。趙少忠等［4］利用數值分析，研究特大型溶洞對隧道圍巖變形的影響規律，形成隧道不同位置、不同規模溶洞的處治技術并應用于實際。劉順濤等［5］依托重慶市渝湘擴能高速公路的朗坪隧道，結合超前地質預報結果，對原處治方案進行了優化，效果良好。劉東等［6］結合廣西天峨至巴馬高速公路150余處充填型溶洞處治工程案例，提出采用加強型襯砌、大鋼管鎖腳、鋼管樁仰拱基底預加固法等綜合處治技術。

大型溶洞處治技術研究與應用雖然開展較多，但由于工程地質條件復雜多變，不同的溶洞發育特征、處置措施也不相同。本文以廣西賀州至巴馬高速公路（來賓至都安段）龍灣2號隧道右線施工過程中揭示的大型溶洞為依托，對溶洞的綜合處治技術、施工方法與質量控制進行分析，可為相似工程提供參考。

1 工程概況

1.1 基本概況

賀州至巴馬高速公路（來賓至都安段）龍灣2號隧道地處河池市都安縣，左線起止樁號ZK341＋020～ZK346＋155，設計長度為5 135 m；右線起止樁號YK341＋050～YK346＋245，設計長度為5 195 m，最大埋深約465.3 m。

隧址區屬巖溶峰從地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，山脈走向多呈北東-南西向，與紅水河基本平行，同時隧道沿山脈走向展布，亦與紅水河平行，與河邊距離為140～180 m。山澗洼地分布較多，洼地中多可見消水洞。

1.2 隧道溶洞概況

在龍灣2號隧道右線掌子面施工時，揭露一個大型溶洞。溶洞為一類似狹長的橢圓柱狀空腔，溶洞在右洞隧道中心線上的投影為YK341+771.6～YK341+824.6（中心樁號約為YK341+800），巖溶段的隧道埋深為442.9～444.7 m，在右洞隧道中心線上投影長度為53 m，溶洞最大輪廓線的凈長寬高分別為85.47 m、26.78 m、47.30 m，其中從隧道路面設計標高到溶洞底部最低處凈高27.19 m，原圍巖級別劃分為Ⅴ級、Ⅵ級。隧道縱向與溶洞縱向斜交角度約為50°，隧道從其左上角穿過隧道裸露于空腔中的縱向長度約為25 m。溶洞段基本情況如下頁圖1所示。

溶洞內壁附著薄層黃褐色黏土，濕潤且粘手，底部覆蓋黏土填充物。小樁號端溶洞底地勢高，大樁號端低，填充物含水量也隨坡度而變化。大樁號端頭處疑似為消水洞，該處填充物厚，含水量大，洞內水流疑似匯集于此處。洞內不時有滴水，且洞壁、洞頂及洞底填充物上都有明顯的滴水、滲水痕跡，尚未見有大股水流通過或儲存痕跡。除洞頂分布有幾處小型溶管，洞周邊未發現有溶管或消水洞。

2 溶洞勘察與處治設計

2.1 溶洞勘察

由于地下巖溶的隱蔽性和不可預見性，施工期間應充分貫徹動態勘察設計、動態施工的理念，加強超前地質

預報及施工期間揭露大型溶洞的補充勘察等工作［7-8］。因該巖溶管道發育規模較大，特利用地質雷達開展隧道底部隱伏溶洞探測，并采用多功能鉆機對隧底及周邊進行鉆探。通過分析地質雷達及補勘資料，在此大型溶洞中施作隧道存在的問題主要有：溶洞洞壁圍巖容易發生掉塊、小塌方，進而誘發坍塌等災害；襯砌結構受力變大，現狀支護結構不滿足要求；溶洞揭露段及隱伏溶洞不滿足隧道結構基礎承載要求；該段暴雨期間可能存在積水現象，隧道襯砌存在一定的抗水壓風險。

2.2 溶洞處治設計

為確保工程質量及消除安全隱患，需對出現的不良地質及涌水等地質災害，進行處治設計，具體設計方案如下：

（1）在溶洞底部預埋直徑1 m的鋼管以保護好底部的消水口，并回填大塊石形成施工平臺，回填塊石外側坡率為1∶1.25。

（2）采用梁板結構跨越溶洞的形式解決隧道拱圈底部受力問題，梁板跨越方式結合溶洞情況，左中右側分開設置，梁高均為2.5 m，長30 m，并計算配筋。

（3）右線YK341+795～YK341+831隧道洞段采用32 mm預應力錨桿加固圍巖，在YK341+802～YK341+825裸露于溶洞段，設置單層間距150 cm/榀的Ⅰ14工字鋼、20 cm厚的C25噴射殼。同時該段設置60 cm厚護拱，護拱采用Ⅰ25b工字鋼，間距50 cm/榀，采用C25噴射混凝土；二次襯砌采用厚度為70 cm的C40防水混凝土，并加強配筋。

（4）在右線 YK341+802～YK341+825溶洞段噴射殼及護拱拱腳處設置混凝土基礎，以確保拱腳落在堅實的基礎之上；左側拱腳處采用108 mm×6 mm鎖腳鋼管加強支護。

（5）在該段兩端增設兩處中央排水溝檢查井，并預埋500 mm鋼管使右側溶腔與中央排水溝相連通，同時縱向每間隔3 m預埋一根200 mm的導水鋼管，連通溶腔與中央溝。

具體的設計詳見圖2的溶洞處治方案設計圖。

3 施工流程及技術要求

3.1 總體施工流程

隧道溶洞段總體施工流程如圖3所示。

3.2 施工技術要求

關鍵施工步驟及具體施工技術要求如下：

（1）先進行溶洞上部排險，在溶洞底部預埋直徑1 m的鋼管保護好底部的消水口，并回填大塊石形成施工平臺。

（2）提前預制好長寬高為1 m×0.7 m×1 m的C30混凝土預制塊，強度達到80%后吊運至溶洞內臨時施工平臺外側，作為澆筑混凝土擋塊并充當30 cm厚混凝土外側模板。在大塊石層上施工厚30 cm的C30混凝土作為墊層，然后施工C30 梁底基礎，梁底基礎下部設置Ⅰ25b工字鋼，橫向間距40 cm，采用等強對接焊方式通長連接；工字鋼上下各布置一層鋼筋網梁，底基礎上部設置一層鋼筋網，在C30梁側基礎一側預埋鋼筋網，然后施工C30梁側基礎，其縱向每隔8 m設置一道沉降縫。

（3）施作20 cm厚的C25噴射混凝土成殼，然后施工溶洞側60 cm厚護拱，設置直徑拉筋，環向間距1 m。回填洞渣，形成臨時施工平臺，逐級開挖上部巖體。接長非溶洞側60 cm厚護拱，設置臨時橫撐。噴射混凝土殼與厚護拱，基礎以上5 m高度內噴射C15噴射混凝土，上部噴砂漿。型鋼鋼架應及時安裝，鋼架與圍巖之間的噴厚度≥4 cm，安裝完畢后應立即用噴混凝土將其完全覆蓋，之后方可進行下一循環的開挖，型鋼鋼架之間用22 mm的鋼筋連接。

（4）施工上部及溶洞側初期支護32 mm預應力錨桿。錨桿施工注漿分為一次注漿和二次注漿，一次注漿區為錨固區，施加預應力前應對一次注漿區注漿，施加完預應力后進行二次充填注漿區注漿。注漿時應注意排氣管及止漿塞的安裝。

（5）清除洞渣，開挖下部巖體，施作板梁側初期支護，再施工板梁結構。開挖基槽應盡可能采用機械施工，需要爆破時，應采用松動弱爆破方式，最大爆破振動速度宜控制在＜5 cm/s。

（6）接長1 m厚護拱，確保拱腳落在堅實的基礎之上。接長兩側初期支護，仰拱底部填充C15混凝土，施工仰拱初期支護。左側初支及護拱等拱腳處設置108 mm×6 mm鎖腳鋼管。

（7）施工二次襯砌及隧道內部構造。二襯在澆筑過程中，振搗密實，拱部預留注漿孔及時補漿，養護要到位。保證二襯的施工質量、強度與厚度。

4 施工質量控制方法

4.1 臨時支撐措施

正式施工前，應對YK341+790～YK341+800段已初期支護的溶洞段設置臨時斜撐。斜撐的角度和位置應結合現場的實際情況調整，并應與初期支護及隧底頂緊，必要時可增設墊塊。

對已施工段應重新布設預應力錨桿進行加固，施工過程中應根據施工步驟的不同，及時調整施工臨時支撐設置位置。臨時支撐的拆除應在隧道拱圈穩定或有其他相應臨時支撐代替后進行，施工過程中可根據實際情況，增設臨時斜撐、橫撐等臨時支撐措施。

4.2 鋼筋加工要求

梁板的鋼筋均采用鋼筋骨架的形式，為了保障鋼架協同受力，骨架間鋼筋的焊接應符合相關規范標準要求；凡因施工需要而斷開的鋼筋，再次連接應采用雙面焊接錨固端。錨固端應安裝齒板錨固鋼筋；因振搗或澆筑需要可對鋼筋間距作適當調整，但應確保鋼筋根數和凈保護層厚度。

4.3 混凝土施工

混凝土施工要嚴格控制各梁段斷面尺寸，梁高、梁寬其誤差應滿足施工規范要求。梁體混凝土應振搗密實，不能漏漿，以免影響梁混凝土質量。為防止開裂、棱邊碰損，梁強度達到50%以后方可拆除非承重的側模板，混凝土強度達到75%才能拆除其余模板和支架。應嚴格保證梁基礎的施工質量，在澆筑新梁段之前應將舊混凝土的接縫面鑿毛，澆筑時應潔凈濕潤，以保證新舊的整體性。梁端部應留有后澆帶，以方便施工期間梁能沿縱向的自由收縮，后澆帶應在溫度較低的夜間施作。

預留槽底部不允許進行封堵，應設管或裸露，使地下水在返水時能順暢進入隧道排水系統，避免對結構產生影響。

4.4 其他注意事項

該溶段溶洞發育復雜，施工過程中應進一步驗證溶洞的發育規模，若有異常應及時通知相關責任方。隧道施工前應采取妥善的臨時安全措施，施工過程中需要加強監控量測，及時根據監控量測結果調整臨時安全措施。

施工中應對鋼結構露出部分進行鍍鋅防腐處理。施工中應采取分段施工、弱爆破等措施，減小開挖對溶腔穩定性等的不利影響。施工時加強防排水措施，注意預埋橫向排水管，并結合施工情況采用鋼管與溶洞聯通；在梁板兩端端頭設置檢查井，并預埋鋼管與溶腔連接，應加密該段的縱向集水盲管及環向盲管、橫向導水管。

4.5 實踐效果分析

廣西賀州至巴馬高速公路（來賓至都安段）于2021年底順利通車，交工驗收表明，龍灣2號隧道全部檢測指標滿足規范及設計要求，質量控制良好。目前，該隧道通車已經滿兩年，隧道穿越巖洞段沒有開裂、滲水等質量問題，實踐表明隧道的溶洞綜合處治技術安全可行、效果良好。

5 結語

（1）通過加強超前地質預報及施工期間揭露大型溶洞的補充勘察等工作，表明龍灣2號隧道右線YK341+800溶洞段地質水文條件復雜，溶洞深、體積大，處治難度高。

（2）龍灣2號隧道右線YK341+800溶洞段處治方案采用設置底部涵管、回填大塊石、利用梁板結構跨越溶洞、并進行有針對性的圍巖加固措施，同時對隧道支護方式進行相應加強。

（3）實踐表明，該溶洞處治施工前采取的臨時安全措施得當，施工過程中因注重加強監控量測及質量監控，溶洞處治施工質量控制良好，綜合治理技術安全可靠。

參考文獻

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［8］唐瞻鵬， 零銀珠.淺埋偏壓隧道洞口進洞施工技術與質量控制分析［J］.西部交通科技， 2022（9）：126-129.

收稿日期：2024-03-09

作者簡介：黃訓華（1990—），工程師，主要從事橋梁與隧道試驗檢測工作。