趙興華，上官洲境，陳建光

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530031)

0 引言

巖溶發(fā)育地區(qū)隧道溶洞的處治方法直接影響隧道后期的運(yùn)營壽命和安全，為了保證隧道溶洞處治的安全和使用壽命，在隧道施工過程中，需要對隧道與溶洞的平面位置關(guān)系以及溶洞的水文地質(zhì)特點(diǎn)加以深入分析研究，制定行之有效的處治方法，避免發(fā)生因選擇處治方法不當(dāng)引起的隧道安全和質(zhì)量事故。

1 溶洞的形成機(jī)理

溶洞的形成是因?yàn)槭規(guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕，石灰?guī)r中不溶于水的碳酸鈣在水和二氧化碳的作用下轉(zhuǎn)化為微溶性的碳酸氫鈣。由于石灰?guī)r層各部分含石灰質(zhì)數(shù)量不同以及被侵蝕的程度不同，會(huì)被逐漸溶解分割成為互不相依、形狀各異的溶洞。

2 溶洞的危害以及對隧道施工的影響

隧道穿越溶洞處治不當(dāng)，會(huì)對隧道后期運(yùn)營帶來很大的危害。溶洞水處治不當(dāng)極易引起隧道二襯滲漏水，水害破壞路面。溶洞回填處治不當(dāng)，極易引起隧道路面和二襯下沉開裂變形，路面跳車，嚴(yán)重時(shí)造成隧道坍塌，二次處治會(huì)產(chǎn)生較大的費(fèi)用和極壞的社會(huì)影響。

同時(shí)隧道穿越溶洞，受隧道凈空限制，常規(guī)和大型機(jī)械無法施工，增加了隧道的施工難度，延長了隧道施工工期。并且季節(jié)性的巖溶洞穴涌水也會(huì)給隧道施工帶來諸多不穩(wěn)定因素。因此，制定一個(gè)科學(xué)、合理、有效的溶洞處理方案對隧道穿越巖溶地段至關(guān)重要。

3 隧道溶洞處治原則

(1)科學(xué)性原則。因洞制宜，一洞一方案原則。聘請專業(yè)洞穴調(diào)查人員詳細(xì)調(diào)查，準(zhǔn)確判斷溶洞與隧道的平面位置關(guān)系及溶洞水文、地質(zhì)特點(diǎn)，制定專項(xiàng)單體溶洞處治方案。

(2)有水溶洞以排為主，堵排結(jié)合的動(dòng)態(tài)方案、動(dòng)態(tài)施工原則。詳細(xì)調(diào)查溶洞水文特點(diǎn)，溶洞水以排為主，堵排結(jié)合，溶洞水的通道盡量疏通，禁止堵塞。

(3)安全性原則。保證巖溶隧道處治溶洞時(shí)的施工安全和后期的運(yùn)營安全。

(4)適用性原則。充分考慮隧道內(nèi)狹小空間，合理選擇施工機(jī)械設(shè)備、施工工藝，降低施工難度。

(5)經(jīng)濟(jì)型原則。保證安全、質(zhì)量和使用壽命的前提下，做到溶洞處治方案經(jīng)濟(jì)合理。

4 隧道溶洞處治方法

本文以在建的廣西河池至百色高速公路項(xiàng)目丘莫隧道和梁家隧道溶洞處治為例，對隧道溶洞處治方法做簡要分析。

4.1 溶洞回填處治

以丘莫隧道為例。丘莫隧道右洞K77+827處(隧道設(shè)計(jì)標(biāo)高約459.6 m)溶洞洞口呈不規(guī)則狀，長約32 m，洞口寬10～20 m，走向約70°，洞頂標(biāo)高約466～473 m，洞底標(biāo)高約451～458 m，洞高約8～12 m，隧道右洞穿越該溶洞；洞頂未見明顯的小型孔洞，洞頂及洞壁局部鐘乳石發(fā)育，未見地下水滴漏(見圖1)。

圖1 丘莫隧道YK77+827溶洞發(fā)育平面圖

溶洞底部發(fā)現(xiàn)兩個(gè)支洞，支洞1走向310°，往北西向傾斜，可見深度37 m，平均坡度38°，洞口位于隧道右洞K77+824右側(cè)洞壁下方，洞口頂部標(biāo)高450.26 m，洞口寬3.9 m，高2.0 m；溶洞與隧道右洞大角度相交。根據(jù)勘察情況對隧道并無影響。

支洞2往70°方向發(fā)育延伸，與隧道右洞小角度相交；呈坡度32°～37°的扇形邊坡，坡長約70 m，坡頂寬5.59 m，標(biāo)高451.34 m(洞口處)，坡底寬約60 m，標(biāo)高399.47～413.87 m，相對高差37.47～51.87 m；洞頂標(biāo)高424.67～452.74 m，洞高3～8 m，局部10～11 m，頂板厚度(洞頂至隧道右洞路面距離)2.46～31.96 m。K77+827溶洞及支洞2洞頂圍巖巖性為白云巖、灰質(zhì)白云巖夾少量灰?guī)r，中風(fēng)化，洞頂巖溶形態(tài)以石鐘乳、石簾及溶蝕裂隙(沿巖層面發(fā)育)為主，局部為孔洞，規(guī)模??；地質(zhì)調(diào)查未見洞頂發(fā)育規(guī)模較大(直徑或厚度1 m以上)的欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體；圍巖中發(fā)育2組閉合狀節(jié)理，節(jié)理產(chǎn)狀40°～50°∠25°～30°及290∠42°，巖體較破碎；隧道爆破開挖期間，K77+827溶洞及支洞2洞頂僅有少量鐘乳石及小巖塊墜落；綜上所述，K77+827溶洞及支洞2洞頂圍巖總體基本穩(wěn)定，局部洞頂淺部分布少量欠穩(wěn)定的小型巖塊及鐘乳石。

由于支洞2洞身距離隧道設(shè)計(jì)高薄弱處僅10.41 m，洞口處僅5 m，對隧道主體結(jié)構(gòu)及運(yùn)營管理造成安全隱患，故采用回填治理方案(見圖2)。

圖2 丘莫隧道YK77+827溶洞支洞2填充縱斷面圖

溶洞回填施工工藝是：

(1)對隧道洞體上方溶洞危石進(jìn)行清理，并掛網(wǎng)錨噴加以封閉處理。

(2)從上至下清理溶洞支洞2處落石，至K77+800處，清理支洞2K77+800以上洞頂危石，并掛網(wǎng)錨噴，使洞頂平順，保證下方施工安全，并逐級開鑿出施工平臺(tái)。

(3)從支洞YK77+800開始修筑M7.5漿砌片石，一直到支洞與主洞溶洞交界處頂部。

(4)隧道基底采用M7.5漿砌片石，溶洞段隧道襯砌參照S5-A襯砌類型，外露側(cè)施作偏壓墻，具體參數(shù)參照明洞偏壓耳墻，高度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況調(diào)整。

(5)溶洞隧道施工時(shí)先施做基礎(chǔ)回填，然后架立外側(cè)拱架，用鎖腳錨桿固定，并掛網(wǎng)錨噴，當(dāng)做內(nèi)模，施作耳墻，然后開挖暗洞側(cè)洞體。

(6)隧道沿路線方向右側(cè)預(yù)留排水溝道，引入支洞1。

(7)耳墻上方如遇空間狹小，可采用泵送混凝土填充密實(shí)。

溶洞回填施工注意事項(xiàng)有：

(1)確保隧道洞身上方危石清理干凈，避免對施工及后期運(yùn)營留有嚴(yán)重隱患。

(2)M7.5漿砌片石必須嵌入新鮮基巖1.5 m以上，保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

(3)洞頂不規(guī)則溶蝕區(qū)域須清表后掛網(wǎng)錨噴處理平整，以便與下部結(jié)構(gòu)連接。

(4)M7.5漿砌片石與洞頂連接處采用膨脹混凝土?xí)r，應(yīng)嚴(yán)格參照相應(yīng)施工規(guī)范，如遇錐型溶洞無法施做，可預(yù)留圓管，采用泵送方式填充，確保二者密貼共同受力。

(5)在施工過程中如發(fā)現(xiàn)有新的水流跡象，應(yīng)加以引流疏通處理。

4.2 橋梁跨越溶洞處治

以丘莫隧道為例，丘莫隧道右線K77+892出口端掌子面發(fā)現(xiàn)溶洞。溶洞斜線往下發(fā)展，開口處可見縱向長度約17 m，溶洞向隧道底部發(fā)展，溶洞底部距隧道上斷面開挖底約62 m高，往隧道掌子面方向約80 m，溶洞向隧道進(jìn)洞左側(cè)方向發(fā)展約70 m，往隧道進(jìn)洞右側(cè)方向發(fā)展約30 m，底部形成約8 000 m2的大型溶腔。往隧道上方發(fā)展可見5 m左右漏斗，成葫蘆狀往洞頂延伸，不見底，往左洞發(fā)展，初步推測最大寬度約10 m。溶洞底僅有幾塊大石塊(初步判斷為隧道揭示時(shí)掉塊)，未見堆積石渣或石塊，底部局部覆蓋薄層淤泥，鐘乳石分布，未見水。雨季時(shí)溶洞頂左上方有裂隙水流出，如圖3所示。

圖3 丘莫隧道溶洞平面圖

結(jié)合該處溶洞的地質(zhì)水文特點(diǎn)和處治原則，采用現(xiàn)澆箱梁跨越溶洞。上部結(jié)構(gòu)采用1×37 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁，橋梁起點(diǎn)樁號K77+858，橋梁終點(diǎn)樁號K77+896，橋梁全長38 m，橫坡為2%，縱斷面縱坡2.5%(見圖4)。

丘莫隧道右線K77+876溶洞現(xiàn)澆箱梁分為行車道梁和襯砌基礎(chǔ)梁，其橫斷面尺寸如下頁圖5所示。

圖4 丘莫隧道跨越溶洞橋梁平面圖(單位：cm)

圖5 丘莫隧道橫截面尺寸圖(單位：cm)

4.3 隧道整體進(jìn)入具有膨脹性質(zhì)填充物的大型溶腔的處治

以梁家隧道為例。通過對掌子面拱部、拱底、掌子面前方、左右側(cè)進(jìn)行地質(zhì)鉆探揭示：溶洞內(nèi)有土夾石或泥土(土體呈黃色，無水時(shí)呈干硬，有水時(shí)呈軟塑～流塑狀態(tài)，屬膨脹性土)填充物。溶腔縱向發(fā)育長度37 m為土，部分夾石，拱部約26 m、掌子面左右側(cè)約20 m為軟弱填充物，隧道拱底25 m深度范圍均為軟弱填充物，再向下為灰?guī)r分界面。

穿越該類地質(zhì)條件溶洞的處治方法如下：

4.3.1 超前支護(hù)

考慮到圍巖狀況極差，上部荷載大的情況，采用大管棚+超前高壓注漿預(yù)支護(hù)的超前支護(hù)方案。施工采用擴(kuò)挖工作室的方式進(jìn)行施作。由于黏土顆粒細(xì)密，常規(guī)超前小導(dǎo)管支護(hù)方案漿液難以擴(kuò)散，故采用超前高壓注漿預(yù)支護(hù)方案。管棚直徑108 mm，每環(huán)41根，環(huán)向間距40 cm，共3環(huán)，環(huán)向搭接長度為3 m。施工采用擴(kuò)挖工作室的方式進(jìn)行施作。超前前進(jìn)式注漿導(dǎo)管采用50 mm小導(dǎo)管，長度為600 cm，邊墻以上布設(shè)，角度45°，每環(huán)27根，環(huán)向間距1 m，縱向間距1 m。漿液為水泥漿，注漿壓力初壓為1～2 MPa，終壓為5～6 MPa(見圖6、圖7)。

圖6 梁家隧道超前大管棚支護(hù)縱斷面示意圖

圖7 梁家隧道超前前進(jìn)式注漿導(dǎo)管布置圖

4.3.2 開挖

為保證施工期安全，鋼拱架應(yīng)盡早成環(huán)，開挖采用三臺(tái)階+臨時(shí)仰拱方案，每級臺(tái)階均設(shè)置臨時(shí)仰拱。開挖應(yīng)盡量減少對圍巖的擾動(dòng)，每級臺(tái)階開挖后都應(yīng)盡早施作臨時(shí)仰拱，使初支成環(huán)，仰拱開挖每循環(huán)應(yīng)<3 m。隧道開挖按架立兩環(huán)鋼拱架間距為一循環(huán)進(jìn)尺，初期支護(hù)邊開挖邊支護(hù)，二次襯砌應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果綜合分析，適時(shí)施作，二次襯砌距主洞上臺(tái)階掌子面距離不超過9 m，如圖8所示。

圖8 梁家隧道施工工序示意圖

4.3.3 初期支護(hù)及二次襯砌

根據(jù)鉆孔資料顯示，隧道拱頂以上26 m為黃泥夾石，與右線隧道情況相似，且右洞開挖后出現(xiàn)了持續(xù)性大變形，不能穩(wěn)定，致使初支及二襯部分段落垮塌，情況嚴(yán)重，同時(shí)考慮到溶洞發(fā)育無規(guī)律可循，分界面可能起伏較大或巖體仍較為破碎，出于安全考慮，隧道結(jié)構(gòu)襯砌參數(shù)方案設(shè)計(jì)時(shí)按拱頂35 m荷載擬定。為保證施工期安全推薦采用雙層初支方案為實(shí)施方案。二襯厚度為85 cm，預(yù)留變形量21 cm，初支厚度為(24+31)cm(見圖9)。

圖9 梁家隧道襯砌斷面圖

4.3.4 基底處理

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料顯示，隧道仰拱底25 m深度范圍為軟基，下部為灰?guī)r分界面。由于上部荷載大，下部基礎(chǔ)軟，隧道沉降量過大，極易產(chǎn)生塌方事故。采用樹根樁方案為隧道地基處治方案。施工時(shí)應(yīng)注意施工工序：待第三級臺(tái)階開挖完畢后，盡快施作兩側(cè)邊墻部位鋼拱架，并使臨時(shí)仰拱成環(huán)，在第三級臺(tái)階底開始鉆孔施作樹根樁，具體工藝參看設(shè)計(jì)圖紙。樹根樁施作完畢開挖仰拱，完成仰拱初期支護(hù)措施(見圖10)。

圖10 梁家隧道樹根樁布孔立面及平面圖

5 結(jié)語

鑒于溶洞形狀、大小、地質(zhì)水文特點(diǎn)千變?nèi)f化，溶洞與隧道的位置關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，與之相適宜的方案也不盡相同，難以對隧道溶洞處治進(jìn)行全面系統(tǒng)的歸納總結(jié)，本文僅對少數(shù)隧道典型溶洞處治方法進(jìn)行簡要分析，希望對后續(xù)類似地質(zhì)情況下隧道溶洞處治施工具有一定的借鑒作用。