黃 達(dá)

(湖南汝郴高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南 郴州 423000)

1 工程概況

某高速公路隧道右線開挖至YK72+697 里程時(shí)，在隧道左側(cè)發(fā)現(xiàn)拱墻及基底處存在一個(gè)特大溶洞，溶洞內(nèi)無水，溶洞向基底發(fā)育，深30.26 m，寬38.2 m，沿隧道縱向22.3 m，溶洞侵入左線輪廓線3.6 m，侵入右線輪廓線5.3 m。該段圍巖為強(qiáng)風(fēng)化－中風(fēng)化白云質(zhì)灰?guī)r，隧道埋深40.2 m，本段隧道襯砌處在Ⅳ級(jí)圍巖中。溶洞詳細(xì)情況見圖1、圖2所示。

圖1 溶洞平面(單位:m)

圖2 溶洞立面(單位:m)

存在的問題:該溶洞向隧道基底發(fā)育，且侵入隧道左右線，如果處治不當(dāng)，在后期隧道運(yùn)營過程中隧道基底容易下沉，從而影響行車安全。

2 處治措施

該大型溶洞可以考慮采用兩種方式進(jìn)行處治。

2.1 跨越方案

即采用鋼筋混凝土板+樁基進(jìn)行跨越，見圖3所示，鑒于該溶洞較寬且深，因此蓋板及樁基難以施做，且工程質(zhì)量難以保證，因此該方案不宜采用。

2.2 填充方案

隧道底部拱腳溶腔采用C15 片石混凝土回填，左右洞中間空腔部分采用隧道棄渣進(jìn)行回填，隧道基底澆筑1 m 厚的C30 鋼筋混凝土蓋板，隧道邊墻溶腔內(nèi)澆筑C25 混凝土墻，該方案施工簡單，因此決定采用，具體見圖4所示。

圖3 跨越方案

圖4 填充方案(單位:m)

3 處治效果分析

3.1 計(jì)算模型及材料參數(shù)

溶洞處治完成之后，在隧道運(yùn)營車輛荷載作用及圍巖壓力作用下，探討了隧道基底鋼筋混凝土蓋板的位移情況及溶洞填充體位移情況、隧道二次襯砌位移情況等等。采用midas 數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)處治后的溶洞進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模型見圖5所示(為了圖片效果，只顯示部分圍巖)，邊界條件為左右固定、底部固定。隧道采用弧形導(dǎo)坑預(yù)留核心土法進(jìn)行開挖，開挖進(jìn)尺為1.0 m。車輛荷載采用P=10.2 kN/m2的均布荷載進(jìn)行模擬。

圖5 計(jì)算模型圖

具體計(jì)算過程中圍巖采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系為摩爾庫倫，隧道襯砌采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性，1 m 厚的C30 鋼筋混凝土蓋板采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性，隧道邊墻溶腔內(nèi)澆筑C25 混凝土墻采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性，C15 片石混凝土采用實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性，詳細(xì)材料參數(shù)見表1所示。

表1 材料參數(shù)表

3.2 結(jié)果分析

1)蓋板及側(cè)墻、底部片石混凝土豎向位移分析。

通過計(jì)算分別得出蓋板及側(cè)墻豎向位移、底部片石混凝土豎向位移，見圖6、圖7所示。

圖6 蓋板及側(cè)墻豎向位移

圖7 底部片石混凝土豎向位移

從圖6、圖7中可以看出，蓋板及側(cè)墻豎向位移在1.7～4.4 mm 之間，位移不大;而底部片石混凝土豎向位移在1.5～3.4 mm 之間，位移也不大。說明溶洞處治效果良好。

2)襯砌位移及應(yīng)力分析。

通過計(jì)算得出襯砌豎向位移圖、襯砌應(yīng)力圖，見圖8、圖9所示。

從圖8中可以看出，左右洞襯砌豎向位移值在靠近溶洞那一側(cè)比其它位置稍大，不過兩洞襯砌整體豎向位移值在1.5～5.4 mm 范圍之內(nèi)，位移不大;從圖9中可以看出，襯砌最大應(yīng)力值為1.89 MPa，襯砌為C25 混凝土，根據(jù)公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范，最大容許應(yīng)力值為12.5 MPa，所以襯砌最大應(yīng)力值小于容許值。從位移及應(yīng)力兩方面分析得出襯砌在安全范圍之內(nèi)。

圖8 襯砌豎向位移

圖9 襯砌應(yīng)力(P1)

4 結(jié)論及建議

本文對(duì)隧道底部大型溶洞進(jìn)行處治，在隧道襯砌靠近溶洞側(cè)設(shè)置C25 混凝土邊墻，在隧道底部設(shè)置C30 鋼筋混凝土蓋板，對(duì)底部溶腔采用片石混凝土及隧道棄渣回填，并對(duì)處治之后的溶洞進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出各結(jié)構(gòu)均在安全范圍之內(nèi)，說明處治效果良好。后期隧道運(yùn)營過程中溶洞內(nèi)部可能會(huì)有積水，一旦有積水，隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)受到影響，因此建議加強(qiáng)溶腔內(nèi)部排水管的設(shè)置，把溶腔內(nèi)部的積水引入到隧道邊溝中;另外混凝土側(cè)邊墻頂部應(yīng)加強(qiáng)鎖腳錨桿的設(shè)置，使得側(cè)邊墻能更好地承擔(dān)圍巖壓力。

［1］趙朝陽，傅鶴林.隧底巖溶對(duì)圍巖穩(wěn)定性影響分析［J］.公路工程，2013，5(38):1～2.

［2］JTG D70 －2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］李治國.隧道巖溶處理技術(shù)［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2002，76(4):61～62.

［4］熊學(xué)軍.大瑤山隧道病害研究及治理［J］.中國鐵路，1997，10(3):39～42.

［5］莊金波.圓梁山隧道巖溶管道群涌水處理技術(shù)陰［J］.隧道建設(shè)，2004，24 (3):20～24.

［6］黃繼勇，何現(xiàn)啟.淺談巖溶地段隧道處理措施［J］.地下工程，2007，11(1):57～58.