摘要：文章以廣西大新縣境內(nèi)巖溶區(qū)某高速公路隧道穿越大型無填充溶洞的處治實例，闡述了隧道蓋挖法穿越大型無填充溶洞的具體施工工藝，應(yīng)用此工藝使施工安全與質(zhì)量均能得到有效保障，為解決隧道工程中類似不良地質(zhì)狀況提供了處治經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：無填充；溶洞；蓋挖法

中圖分類號：U455.4A160523

0引言

隨著廣西公路建設(shè)規(guī)模與數(shù)量的增長，在喀斯特地貌區(qū)修建隧道的工程越來越多。當隧道穿越復(fù)雜的巖溶地區(qū)時，揭露出大型無填充溶洞較為常見，且大型溶洞極易引發(fā)施工安全與質(zhì)量問題，而采用蓋挖法穿越大型無填充溶洞，工藝簡單、操作便捷、質(zhì)量可控、安全有較大的保障。

在巖溶區(qū)修建隧道的處治方法研究方面：李治國［1］主要提出了巖溶處理的原則，探討了隧道中不同類型巖溶的處理方法；有學(xué)者針對巖溶空腔處理措施開展了研究［2-3］。在溶洞處治與隧道施工的相互影響研究方面：史世雍等［4］結(jié)合實際隧道工程，采用數(shù)值模擬方法研究了隧道頂部不同大小、不同距離的溶洞分布對隧道圍巖穩(wěn)定性的影響；周雪銘等［5］采用數(shù)值模擬方法對巖溶隧道開挖對溶洞處治結(jié)構(gòu)的影響進行了研究。針對無填充溶洞的研究方面：楊毅［6］采用數(shù)值模擬方法針對隧道上方大型無填充型溶洞護拱厚度進行研究，表明護拱厚度至少為2 m時才能保證初期支護拱部的安全。在巖溶隧道地基處理方面：主要以樁基礎(chǔ)加固處理方法為主［7-9］；余波［10］以近10 km長的深埋隧洞中遇到的巖溶地基問題為例，介紹幾類典型巖溶地基的地質(zhì)概況、存在的工程地質(zhì)問題及其地基處理方法。

1工程概況

某隧道右洞YK218+890～YK218+940段巖質(zhì)為中-強風化白云質(zhì)灰?guī)r，原設(shè)計是Ⅳ級圍巖，采用XSD4a襯砌類型支護（間距1 m的14 cm×14 cm格柵拱架+噴射C25混凝土，二襯及仰拱40 cm厚素混凝土）。從小樁號往大樁號方向開挖至YK218+890時，在掌子面左側(cè)揭露出大型無充填物溶洞，溶洞輪廓參差不平，長度為45 m，溶腔最大寬度為38 m，最大高度為32 m。溶洞左側(cè)比洞室面干燥，溶洞右側(cè)雨季有少量點狀滴水，且洞壁多發(fā)育有白色鐘乳石，溶洞仍在緩慢發(fā)展中，溶腔形成時間較漫長，目前具備完全自穩(wěn)能力。由于溶洞輪廓參差不平，局部有危巖體發(fā)育，經(jīng)十多天的觀察、監(jiān)測，溶洞內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有線狀流水，平時有基巖裂隙水滴落，判斷揭露溶腔上部無串珠狀溶洞。洞內(nèi)平時一般并無坍塌、崩塌現(xiàn)象，具備完全自穩(wěn)能力。經(jīng)過鉆探揭露溶腔段左側(cè)沉積黏土厚約13 m，濕，可塑為主，局部硬塑；土質(zhì)不均，軟硬互層，局部含碎石、塊石，底部揭露有細砂。

2溶洞處治方案

為保證YK218+890～YK218+940溶洞段落處治過程及后期運營安全，綜合考慮現(xiàn)場情況，采用蓋挖法“先形成保護層再進行隧道開挖施工、排堵結(jié)合、分段治理、動態(tài)施工”的總體治理方案。為確保不暴露在溶洞中施工，先利用機械臂分層泵送C20混凝土至拱頂以上2 m，形成保護殼層。將該段襯砌形式由XSD4a調(diào)整為XSD5a形式（見圖1）：10 cm預(yù)留變形量、50 cm厚C25噴射混凝土、I20b型鋼拱架，間距50 cm、8 mm鋼筋網(wǎng)20 cm×20 cm（雙層）、土工布。針對K218+890～K218+940段掌子面左下拱腳為黏土溶腔填充物段落采取108 mm鋼管樁+樁頂C30鋼筋混凝土承臺的方式對仰拱襯砌底部進行處治，并進行防排水加強，全斷面防水板布設(shè)，出水較大段落要在出水點增設(shè)引水管，同時加密環(huán)向排水管及橫向?qū)埽ㄩg距2 m/道），接入隧道排水系統(tǒng)。

3施工工藝流程

隧道右洞K218+890～K218+940段采用CD法開挖，先開挖左上導(dǎo)洞加固圍巖后，逐步揭露溶洞，形成施工通道及平臺；揭露溶洞后對溶洞進行排險，排險后對軟土基礎(chǔ)的溶洞低洼處回填大石塊或石籠，使整個溶洞基礎(chǔ)形成透水面且不形成積水；待透水層填筑完成后先澆筑一層混凝土，形成大范圍平面后，再分層泵送混凝土至拱頂以上2 m，完成保護殼施工；保護殼形成后采用松動弱爆破的方法逐榀開挖并支護，施作防排水及二襯襯砌（見圖1）。

施工順序：從左側(cè)揭露溶洞→溶洞排險→透水層施工→保護殼施工（人造圍巖）→CD法開挖及初支→鎖腳鋼管→鋼管樁+樁頂承臺→隧底防排水施工→仰拱施工→拱圈防排水施工→二襯施工→溶洞處治完成。

4施工要點

4.1溶洞段排險施工

結(jié)合現(xiàn)場溶洞發(fā)育情況分析，溶洞頂高度為8～32 m，溶洞內(nèi)壁總體較穩(wěn)定，洞壁多發(fā)育有白色鐘乳石，由于溶洞輪廓參差不平，局部有危巖體發(fā)育，對施工不利，不宜采用人工排險；施工護拱前，采用可伸縮、自帶振動破碎錘的高空作業(yè)設(shè)備進行排險，將溶洞洞壁表面的松散巖體排除，排險過程安排專人指揮，確保排險施工安全。排險過程主要以清除松動圍巖為主，不宜對溶洞洞壁進行過大擾動，避免增加溶洞段排險施工風險。

4.2透水層施工

溶洞排險完成后，從揭露通道處利用小型設(shè)備將大塊石在軟土基礎(chǔ)上填出一條可供機械通行的便道，然后根據(jù)溶洞實際情況在溶洞低洼處回填大石塊或石籠，形成透水層，使整個溶洞基礎(chǔ)不形成積水?；靥钋靶枨謇淼撞侩s物或積水，保證回填質(zhì)量及密實度。溶洞揭露后加強監(jiān)測及安全巡視，在監(jiān)測數(shù)據(jù)和巡視無異常后才能進洞施工；在揭露通道處需設(shè)置應(yīng)急通道，并設(shè)置足夠的照明設(shè)施，保證出現(xiàn)異常時人員能按照應(yīng)急通道迅速撤離。

4.3混凝土保護殼施工

溶洞底部回填處理完成后，先泵送澆筑一層混凝土使溶洞整個基礎(chǔ)形成一個平面。泵送第一層混凝土?xí)r，根據(jù)設(shè)計圖紙，在第二層的回填邊界處預(yù)埋2.5 m高48 mm鋼管立柱，埋入混凝土層≥0.5 m，縱向間距為0.7 m，縱向1.4 m用鋼管支撐在立柱上部，形成三角撐形式，防止?jié)仓炷習(xí)r模板漲模、爆模；然后用15 mm厚木板作為擋板形成上層回填邊界，使用地泵泵送C20混凝土至第二層模板頂面，澆筑順序從距離揭露口最遠處開始往回澆筑；每一層混凝土初凝后再安排下一次泵送確保結(jié)構(gòu)安全，依次泵送至拱頂以上2 m，形成混凝土保護殼層。泵送前在試驗室做好混凝土配合比設(shè)計，保證混凝土的和易性、流動性等指標達到自密實的效果。預(yù)埋的排水管需提前安裝，地泵及泵管等準備工作做好之后才能進行混凝土施工，確保泵送混凝土的整體性，減少施工人員進入溶腔內(nèi)施工的時間，降低安全風險。施工過程加密監(jiān)控量測頻率，每天早、中、晚各監(jiān)測一次，通過監(jiān)控測量數(shù)據(jù)指導(dǎo)泵送混凝土施工。

施工過程做好各位置高程及平面位置測量的控制，回填邊界時上層與下層間隔1 m寬，保護殼每層高度為2 m，最后一層高度≤3 m。

混凝土填充保護殼時，在隧道初支外側(cè)用12 mm光圓鋼筋以間距20 cm×20 cm做成1.5 m寬的鋼筋網(wǎng)，按1 m一層沿隧道開挖輪廓放置。鋼筋網(wǎng)搭接應(yīng)≥30 cm，以加強混凝土保護殼的整體性。

4.4鋼管樁及樁頂承臺施工

溶洞左下角為黏土溶腔填充物，擬采取108 mm鋼管樁+樁頂C30混凝土承臺的方式進行處治。當右洞下臺階護拱初期支護及鎖腳錨管施作完成，監(jiān)控量測各項內(nèi)容穩(wěn)定無異常后才能進行鋼管樁施工。鋼管采用108 mm×6.0 mm熱軋無縫鋼管，橫向間距為60 cm，縱向排距為80 cm，矩形布設(shè)，樁底延伸至基巖面以下2 m。在鋼管上鉆注漿孔，孔徑為10 mm，孔間距為20 mm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段200 cm，焊接需滿足規(guī)范要求。鋼管內(nèi)放入由三根22 mm鋼筋制成的鋼筋籠，然后用M30水泥砂漿充填，以增強鋼管的強度和剛度。鋼管樁施工采用后壓漿成樁工藝：鋼花管外側(cè)填充碎石后注漿，注漿時應(yīng)控制注漿壓力，使?jié){液均勻上冒，直至泛出樁頭。注漿起始壓力≥1MPa，終壓為2～2.5MPa，注漿材料采用超細水泥漿及M30水泥砂漿。超細水泥漿水灰比為1∶0.5，水泥砂漿砂灰比為1∶0.1，水灰比為1∶0.5，加入0.25%的減水劑。施工時先采用超細水泥進行注漿加固樁周巖土，超細水泥漿應(yīng)具有良好的和易性，擴散半徑≥0.5 m，然后注入M30水泥砂漿填充鋼花管及碎石。實際注漿參數(shù)以現(xiàn)場試驗為準，并嚴格控制注漿質(zhì)量，留存好各項驗收資料。

鋼管樁頂部采用C30混凝土基礎(chǔ)承臺，基礎(chǔ)厚度≥50 cm，鋼管樁頂部深入混凝土承臺≥40 cm。承臺底部放置 ?16 mm、25 cm×25 cm間距的鋼筋網(wǎng)。承臺施工前使用水準儀測量好高程，保證承臺與仰拱底部有50 cm距離；同時根據(jù)現(xiàn)場底部巖層情況，承臺與巖層搭接長度應(yīng)≥1.0 m。承臺外側(cè)尺寸應(yīng)不小于護拱最外邊。

5監(jiān)控量測方案

針對溶洞處治段落，制定監(jiān)測項目，包括圍巖和支護結(jié)構(gòu)本身狀態(tài)、收斂變形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、地下水涌水量和水壓力等項目的觀察。在溶洞內(nèi)設(shè)立永久監(jiān)測和視頻觀測點，對溶洞的發(fā)展和變形進行長期監(jiān)測。監(jiān)控量測項目有：拱頂沉降和周邊位移觀測；圍巖與初期支護接觸壓力；鋼架內(nèi)力；噴射混凝土和二次襯砌內(nèi)力；初期支護與二次襯砌之間壓力；溶洞內(nèi)布置永久用監(jiān)控攝像頭；溶洞觀測等。

6施工效果

通過此方案對某隧道右洞YK218+890～YK218+940段大型無填充溶洞進行處治，取得了良好的效果，鋼管樁+承臺能簡單有效地解決隧道左側(cè)底部基礎(chǔ)軟弱問題，混凝土保護殼在隧道穿越溶洞的施工過程起到了有效的保護作用，隧道在開挖及初期支護過程中監(jiān)控量測數(shù)據(jù)正常，隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工完成后穩(wěn)定安全。

7結(jié)語

在本工程中采用蓋挖法施工技術(shù)在無填充巖溶隧道工程中取得了良好的效果，在施工過程中要重點注意以下幾點：

（1）及時跟進仰拱及二襯，保證安全步距。在整個處治過程中做好監(jiān)控量測工作，加密布設(shè)監(jiān)測點，增加監(jiān)測頻率。在右洞K218+871掌子面處采用地質(zhì)雷達+鉆孔的方式對掌子面前方圍巖進行探測，分段驗證后再進行開挖。

（2）施工過程中盡量避免作業(yè)人員無防護暴露在溶洞施工現(xiàn)場。

（3）右線溶洞段施工過程中，須避免左線隧道爆破施工。

（4）施工過程中，應(yīng)定期對初支進行安全檢查，加強洞內(nèi)及溶洞監(jiān)控量測，及時反饋圍巖和支護結(jié)構(gòu)的動態(tài)信息，采取動態(tài)設(shè)計、施工。

（5）進行鋼架施工時，應(yīng)確保鋼架接頭處螺栓緊固，鎖腳錨桿與鋼架焊接牢固有效，鋼架腹、背部嚴禁回填片石等雜物，支座鋼板應(yīng)位于穩(wěn)定地基上，嚴禁出現(xiàn)鋼架懸空的情況。

（6）提前制定各種施工事故的安全預(yù)案，防患于未然。施工前應(yīng)對施工緊急預(yù)案進行研究、完善、細化，確保預(yù)案能夠及時實施，最大限度保障施工人員安全。

參考文獻

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作者簡介：唐振華（1991—），工程師，主要從事巖土與隧道工程技術(shù)研究、施工管理工作。