林高勃

云南省公路工程監(jiān)理咨詢有限公司

1 引言

在建設具有巖溶洞穴地質特征的公路隧道時，必須做好地質預報，觀測和測量工作，密切關注巖溶洞穴的穩(wěn)定性，洞穴形狀特征，并在整個施工過程中對隧道的測量要素進行觀測，以確保質量和安全性。建設單位要高度重視信息反饋和應急機制，在處理過程中要保持密切溝通和關注，以確保實施計劃的有效實施。

2 施工難點與施工現狀

2.1 穿越巖溶洞穴段的公路隧道施工的難點

我國穿越巖溶洞穴段的公路隧道施工的難點在于施工區(qū)巖溶洞穴的地質條件和水文地質環(huán)境復雜及溶洞的隱蔽性，特別是淺埋地段的溶洞，溶腔內時常填滿泥漿、碎石等充積物，在不同區(qū)域的巖溶洞穴地質環(huán)境又有不同的特征，因此給超前地質預制報的準確性也帶來了一些難度。為此，溶洞段隧道施工，在施工前必須采取更加謹慎，穩(wěn)妥的超前地質預報檢測。所以施工前必須認真做好超前地質預報，根據施工現場的具體地理環(huán)境和公路建設的工程要求，為穿越巖溶洞穴斷面的隧道制定科學合理的施工方案。穿越巖溶洞穴斷面的公路隧道的巖溶洞穴環(huán)境通常包含復雜的巖溶洞穴地質環(huán)境，巖溶洞穴大小不相同，分布不相同，不同的地質構造和填充度，不同的巖壁含水量，從而導致穿越巖溶洞穴的公路隧道施工技術難和施工風險高。所以工程施工技術人員需要觀察和測量隧道穿越段的巖溶洞穴大小和分布、巖溶洞穴的整體地理環(huán)境以及形成原因，并且需要對巖溶洞穴的內壁和隧道穿越地段進行特殊工程技術分析。為了更好地應對施工過程中的意外情況的發(fā)生，更好地完成巖溶洞穴隧道穿越段的施工任務。當隧道通過巖溶洞穴部位時，有必要借助先進的測量工具來觀察和分析巖溶洞穴部分的地質環(huán)境。這就要求在穿越喀斯特溶洞段的施工技術人員具有豐富的施工經驗及較強的技術能力。同樣，先進的處理技術在穿越巖溶洞隧道中的應用可以更好地使穿越巖溶洞段的隧道工程建設得以實施，并確保隧道建成通車后巖溶洞段的運營效率和安全性[1]。

2.2 穿越巖溶洞穴的公路隧道建設現狀

由于我國地理地廣，環(huán)境復雜，全國各地地質環(huán)境各不同，隨著我國道路交通的發(fā)展，高速公路隧道的建設隨時會遇到復雜的地質環(huán)境，施工困難。同時，我國的高速公路網正在全國范圍內建設。為了更好地解決施工過程中遇到的困難并積累在不同地質條件下的施工經驗，工程技術人員必須在建設過程中不斷地克服和解決問題，其中穿越巖溶段的公路隧道技術問題也是隧道施工過程中最為常見，也是最需要謹慎解決的問題。此外，我國廣闊的高速公路多半在山區(qū)修建，公路隧道往往又作為高速公路修建的控制性工程。而溶洞往往在隧道修建的過程中才具體發(fā)現，如發(fā)現熔巖洞穴后，因為熔巖洞穴的施工難度，想對隧道的穿越線路進行修改為時已晚，因此我們不得總結和分析隧道熔巖洞穴施工經驗。簡而言之，修建隧道，不得不做好穿越巖溶洞穴的難題的思想準備工作。由于某些地區(qū)經濟發(fā)展相對落后，建設項目的成本相對較低，不利于高端設備和高端的施工技術人員。先進的建筑設備的投資給穿越巖溶洞穴部分的公路隧道的施工帶來了經濟困難[2]。因此比較經濟及可行的方法是不斷總結及積累相關穿越溶洞段的隧道施工經驗。

3 高速公路隧道穿越溶洞段的處治技術

3.1 穿越巖溶洞穴斷面的公路隧道處理技術的應用

在特定的施工過程中，穿越巖溶洞穴斷面的公路隧道處理技術的應用，將直接影響穿過巖溶洞穴斷面隧道的施工質量。首先，由于施工區(qū)巖溶洞穴的地質環(huán)境復雜，施工人員需要對巖溶洞穴進行特殊處理才能滿足工程的施工要求，具體的處理方法包括對洞壁的改造，加固洞穴，洞窟底部基礎的改善等。另一方面，熔巖洞穴處理方法的得當實施，將為穿越巖溶洞穴段隧道施工提供安全保障和保證質量及節(jié)省經濟提供有力的幫助。

3.2 淺談較為常見公路隧道巖溶洞穴段的處置方法

處理穿越巖溶洞穴部分的隧道，溶洞位置處于隧道基礎及路面往下時，必須要考慮到巖溶洞穴部分會由于原填充物的存在的使隨到地基承載力不足，而引起隧道的不均勻沉降，從而起隧道結構層及路面的開裂，同時要考慮隧道渡過巖溶洞穴時對巖溶洞穴原有構造的影響，從而影響到經過原溶洞的水系、溶洞斷面等，因此必須建立科學合理的基礎支撐結構或防護結構，以更好地滿足隧道溶洞施工方案的實際需要[3]。從而避免隧道建成后出現滲水、隧道襯砌結構及路面開裂變形等情況。因此較為常見的熔巖洞穴一般處理情況分為以及幾種。

3.2.1 位于基礎及路面一下的熔巖洞穴

（1）先對溶洞進行詳細勘察，如溶洞為單一溶洞，規(guī)模不大（溶洞發(fā)育深度小于3m），無流動水，出水量較小時?？刹捎闷炷粱靥罘?，即對溶洞內雜物進行清理，清理完成后采用低強度等級片石混凝土進行回填，回填至結構層位置（回填厚度一般不小于1.5m，視溶洞的規(guī)模及地質結構而定）。同時做好防排水，根據溶洞出水情況，至少按每隔2m 布置一道透水管與側水溝相連，把水引進側水溝。溶洞處理完成后結構層按正常施工即可。

（2）如基礎及路面下有大型溶洞，且其中有大量松軟不穩(wěn)定的填充物，填充物又無法清理時，這種情況一般可采用跨越處理。當溶洞在某一方向寬度較窄時，可采取鋼筋混凝土梁跨越，同時做好堵排水措施。當溶洞發(fā)育相對較寬，隧道底部填充物無法采取換填處理時，可考慮樁基托梁跨越處理，樁長及樁位的置布設根據圍巖情況及溶洞位置具體而定。如溶洞范圍涉及隧道邊墻位置，樁基位置應設置在二次襯砌邊墻腳下，以承受二襯及圍巖荷載，避免因隧道沉降不均勻而引起結構性的破壞，同時做好防排水措施。

3.2.2 巖溶洞穴位于隧道拱腰以上的處理

在穿越巖溶洞段的公路隧道施工過程中，巖溶洞穴位于隧道上部時，其頂壁的處理質量將直接影響穿越巖溶洞段的隧道的總體質量和總體安全性。因此，在施工過程中，必須著重清理洞穴表面和墻壁上的危險巖石及填充物，如溶洞過大過高，可不必完全清除，只需清除高度2m 左右即可，但必須確保施工的安全，保證施工過程中原填充物不塌陷，避免造成人員傷亡。在溶洞填充物按預定方案清理完成后，可采用噴射混凝土的方法對溶洞進行初步處理，同時可根據溶洞的大小，適當增加錨桿、鋼筋網片及超前小導管進行封閉，以確保溶洞的穩(wěn)定性，同時做好溶腔的排水工作。如溶洞處于淺埋地段，溶洞發(fā)展的深度無法確定隨時，還需根據溶洞的走向，安排人員至隧道頂（山頂）進行排查，查看溶洞是否已貫穿至地表，如已貫穿至地表還需對地表溶洞進口處進行封閉處理，避免地表水灌入溶洞內，從而引起坍塌。如溶洞較高深又無填充物或即洞穴顯穹頂形，這時應先想考慮的是加強該部的防護，不能因溶洞在拱頂又無填充物，認為不影響到隧道的施工及受力而置之不理，而盲目的進行初支及二襯的施工，否則隧道在運營過程中可能會因溶洞的進一步發(fā)展而對二襯的受力結構有所破壞，或因溶洞的坍塌、掉塊而砸到此處二襯，該處二襯在受到坍塌、掉塊沖擊力作用可能會因此而遭到損壞。因此應對該處進行加固，一般情況可采用增加護拱形式進行加固，即采用泵送混凝土在開挖輪廓線外增加一道強度不少于C25（強度視溶洞跨度及巖石情況而定，一般情況與二襯強度相同即可）的混凝土護供，護拱最薄處應不少于50cm（以溶洞結構情況進行調整，可適當增加厚度）兩側要嵌入巖石不少于50cm（可根據圍巖情況增加調整入巖深度）。在施作護拱的同時要注意預留管道，即從溶腔內往隧道內預埋管道（管道直徑的大小只要能滿足通過設備能把細砂吹進溶腔即可）作為以后吹砂回填所用。護拱施作完成，且強度滿足要求后從預留管道往溶腔內吹填細砂，吹填厚度不宜少于1m。細砂主要起到緩沖作用，防止溶腔掉塊或坍塌而直接沖擊隧道的襯砌結構。護拱施作完成后再施作原有結構的噴射混凝土和鋼筋網片初期支護等，同時做好防排水措施。

3.2.3 巖溶溶洞在隧道側壁的處理

巖溶溶洞在隧道側壁時，在對溶洞的處理時，應考慮溶洞開挖面圍巖懸空對溶洞總體穩(wěn)定性的影響，并且在施工過程中溶洞懸空面會一直存，如若懸空時間過久，在空氣和水汽的作用下可能會引起坍塌。因此要考慮如何高效解決溶洞開挖面懸空的問題，保證隧道圍巖的穩(wěn)定，解決因溶洞的存在而造成隧道開挖面懸空可能會引起隧道局部坍塌的問題，從而保證施工的安全性，同時也要考慮懸空面處理完成后，能否解決隧道主體受力結構不受溶腔變化的影響。因此，較為簡單的處理方式一般采用支撐或回填法進行處理，如溶洞面積不大，深度較淺，可在清除溶腔內雜物后采取片石混凝土回填或素混凝土回填，填滿整個溶腔，同時做好防排水工作，一般采用增設DN110HDPE 透水管與側水溝相連，透水管的密度根據出水量的大小具體布置。透水管布設完成后即可按設計施工初期支護，進行鋼筋網片，錨桿等的施作，再噴射混凝土進行封閉，然后在進一步進行二襯施工。如溶洞過大，深度較深或溶腔內有填充物時，如溶腔的填充需要大量的混凝土或洞內有填充物無法對溶腔進行回填時，可在隧道開挖線輪廓范圍外增設混凝土擋墻進行支撐、封閉，施作混凝土擋墻時如溶腔內有填充物，需考慮填原填充物對擋墻的側推力，需對擋墻基礎的埋深及擋墻厚度進行驗算，再按驗算結果進行施工?；炷翐鯄κ┳魍瓿珊螅鶕鏊闆r時做好防水、排水措施，把排水管接進側邊溝。然后再根據設計要進行隧道初次支護及二襯的施工。

3.2.4 未填充的洞穴和部分填充的洞穴

如果該洞穴未填，或部分填充。對于這兩種類型的處理，處理情況相似，部分填充的溶洞，首先清理洞穴中無關的沉積物，然后在回填洞穴時對洞穴中的水進行處理[4]。未填充的溶洞，可對溶洞表層浮土、松散石塊進行清理然后再回填洞穴，回填完成后對洞穴中的水進行處理。處理方式參考以上處理方式即可。

4 案例分析

現就林口上隧道施工過程中遇到溶洞的處治方案進行分享。

宜畢高速公路林口上隧道位于云南省鎮(zhèn)雄縣大灣鎮(zhèn)境內左幅長615m，右幅長608m，（起止樁號ZK57+900~ZK58+515/YK57+907~ZK58+515）雙向四車道，隧道主洞內輪廓高727.5cm，寬1100cm。根據勘察設計資料顯示，隧道區(qū)屬于基巖破碎帶和裂隙帶及巖溶較為發(fā)育，溶蝕中低山地貌，山間沖溝較發(fā)育，存在溶洞及暗河情況較大。因此，在隧道開始施工就進行了超前預報的監(jiān)測工作，主要采用RIS-K2 型地質雷達進行檢測，每25m 一循環(huán)，每循環(huán)搭接長度不小于5m。同時為了確保超前預報的準確性，成了加超前探水孔進行探測，每探孔段長度30m，開挖25m，搭接5m。這個施工方案的制定提供了更充分的時間，同時又能提高施工安全及施工質量。該隧道在具體施工過程中共出現了大大小小溶洞9 處，現就有代表性2 處處置情況進行解析。

案例1、林上隧道在開挖過程中，根據超前地質預報顯示及超前鉆孔在鉆探過程中進尺進度和受力情況及渣樣明確表示，在大約YK58+465的位置及可能存在溶洞，溶洞內有一定的填充物，為了確保作業(yè)人員的安全，離可疑點10m 時每2m 具有針對性的增加一次超前鉆孔探測，并嚴格按三臺階、弱爆破、短進尺方法進行開挖，開挖至YK58+465.6時上臺階掌子面揭示為粉質黏土夾大量石塊，掌子面拱腰偏上拱頂位置左右兩側各存在一處溶洞（圖1），左側溶洞縱向長度約3.5m，橫向5.6m，高度6m，右側溶洞縱向長度約4m，橫向長度約6m，高約15m。此段原設計圍巖等級為Ⅳ級，中風化灰?guī)r夾薄層煤層，隱晶質結構，中厚層狀構造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，襯砌類型為SF4a 型，初期支護為I16工字鋼，間距0.8m。

出現溶洞后，結合設計要求及參建各方對溶洞處治專題會意見，對林口上隧道該處溶洞采用如下處理方案。

①該處溶洞空腔部位采用泵送C25 混凝土澆筑護拱，護拱厚度100cm，兩側嵌入巖石內50cm，并在護拱四周施作間距1.0×1.0mΦ22的砂漿錨桿，錨桿長L=300cm，錨桿深入巖體1.5m。

②護拱施作完成后，強度達到方案制定強度時往溶腔內吹砂回填，吹填厚度100cm（吹填厚度所需砂用量根據溶腔斷面積計算）作為保護層。同時對該處初期支護進行加強，原先初期支護采用I16 工字鋼間距0.8m，調整為I16 工字鋼間距0.4m；同時施作鎖腳錨桿，長度L=300cm 及相應的鋼筋網片。預埋DN110HDPE透水管，并以Ω型排水管引出。

按該方案處治后，到目前為止效果較好，未出現漏水，開裂等情況。

案例2、同是林口上隧道，施工至ZK58+257 時再次發(fā)現溶洞，位于掌子面左側仰拱底部，溶洞顯錐形，縱向長度7.5m，橫向長度4.1m，深11m。原設計為Ⅲ級圍巖，初支無工字鋼（圖2）。

出現溶洞后，匯聚參建各方對溶洞處治專題會意見，對林口上隧道該處溶洞采用如下處理方案。

由于該溶洞較深底部較小，溶洞內無水，同時幾乎無填充物，因此采用比較經濟簡單的處理方式即可。

①對該溶洞直接采用C15片石混凝土進行回填，每個2m設置一道DN110HDPE透水管與側水溝相通。

②考慮到溶洞附近熔巖的穩(wěn)定性的問題，加強了支護，在ZK58+235~ZK58+257(隧道開挖方向由大樁號往小樁號方向掘進)段每1.2m增加一榀I16的工字鋼。

圖1

圖2

林口上隧道在施工過程中遇到的溶洞數量多，溶洞特征多樣化，有的位置處于隧道底，有的位于隧道側壁，有的位于隧道拱腰以上至拱頂，有的位于拱頂，有的溶洞從隧道內貫穿至地表，有的填滿填充物。在施工處理過程中主要根據洞穴的實際情況按以上方法進行了處置，處置效果較好，處置完成至今未發(fā)現隧道變形、滲水、開裂等情況。

5 結語

總而言之，熔巖地貌在我國分布廣泛，特別是西南地區(qū)。貴州、云南相關地區(qū)的巖溶地質隧道又占我國高速公路熔巖隧道總數的很大一部分。這些地形特征嚴重影響了我國高速公路隧道的建設和建成后道路運營的安全性。因此，只有認真勘察，根據實際情況制定好合適的方案，嚴格按方案施工，才能保證隧道建成后的安全運行，同時又能減少施工成本。因此制定好穿越巖溶洞穴斷面公路隧道的方案，已成為制約公路建設的重要因素，處置不好會影響著后續(xù)工程的整體質量。為了做好穿越熔巖斷面隧道的建設，有必要對當地巖溶洞穴分布，類型，走向及巖石穩(wěn)定性和地下水流狀況進行詳細勘察，并在適應地理和地質環(huán)境的條件下進行道路建設，同時在施工過程中做好技術處理工作。熔巖洞穴形成的地質分析和監(jiān)控量測及以往處理的成功經驗是制定方案的關鍵，因此通過對熔巖洞穴的分析加以以往的處置經驗可以更經濟、更安全的處置好熔巖洞穴，確保穿越熔巖地段的隧道建成后的安全運行，同時也減少了運營期間維護。