1 引言

喀斯特是一種在我國西南部廣泛存在的地形。 溶洞、天坑等地質(zhì)現(xiàn)象是喀斯特地貌的重要特點(diǎn)。 溶洞滲漏強(qiáng)烈，成土速度緩慢，侵蝕力強(qiáng)，植被易受損害，形成強(qiáng)烈的溶洞地區(qū)生態(tài)脆弱特性，因此，巖溶地貌對(duì)高速公路的建設(shè)提出了巨大挑戰(zhàn)。

2 項(xiàng)目地質(zhì)概況

曲靖至百色高速公路羅平至八大河段，全長約35 km，沿線多以橋梁、隧道跨越溝谷及斜坡凹地、巖溶洼地地段，地形呈波浪形起伏，一般溝谷內(nèi)發(fā)育褐黃、灰黃色硬塑狀粉質(zhì)黏土、碎石等，路線處于碳酸鹽巖區(qū)，對(duì)橋梁基礎(chǔ)及隧道圍巖的穩(wěn)定性不利。 綜合鉆探結(jié)果、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料可知，路線現(xiàn)狀下不良地質(zhì)以巖溶、滑坡為主，巖溶發(fā)育，絕大部分集中分布在K56+700～K63+700 段，表現(xiàn)為溶溝、溶槽、巖溶洼地、溶洞等，這些不良地質(zhì)均不利于工程建設(shè)的順利進(jìn)行，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮巖溶地區(qū)地質(zhì)條件的特殊性，深化設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。

3 工程建設(shè)條件

3.1 地震

根據(jù)相關(guān)區(qū)域地質(zhì)資料顯示： 擬建路線通過區(qū)域處于多構(gòu)造體系的復(fù)合部位， 斷裂構(gòu)造復(fù)雜， 且有強(qiáng)烈的繼承性活動(dòng)，形成了區(qū)內(nèi)較為頻繁的地震活動(dòng)，但震級(jí)不高。

3.2 地形、地貌

3.2.1 峰叢洼地地貌

羅平盆地以東均發(fā)育有峰林谷地地形，峰體的形態(tài)、規(guī)模與峰叢的峰體相似，洼地相通或形成溶蝕谷地，其間為紅色黏土層覆蓋，溶斗和溶井、地下暗河發(fā)育良好，地下水位一般不深，地下水的運(yùn)動(dòng)形式以水平方向徑流為主。

3.2.2 侵蝕深切山地地貌

主要分布在南盤江兩側(cè)，出露巖性以碎屑巖為主，塑造山地的主要作用為水流侵蝕和搬運(yùn)。 地表河流、溝谷高度發(fā)育，切割密度很大，地形支離破碎。 侵蝕方向以下切為主，水流一般都很大，谷地橫剖面層。

3.3 巖溶

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、物探、鉆探資料揭示，本項(xiàng)目路線范圍內(nèi)巖溶極發(fā)育，表現(xiàn)為溶溝、溶槽、石芽、巖溶洼地、巖溶漏斗、溶洞、地下暗河等。 特別是C2 線K57+400～K63+500 段溶洞、地下暗河極發(fā)育，對(duì)路線影響極大。

4 項(xiàng)目總體設(shè)計(jì)思路

4.1 路線設(shè)計(jì)

項(xiàng)目大水井至芭蕉菁路段位于山區(qū)、溝谷區(qū)，屬峰叢洼地地貌，地形較復(fù)雜，沿線分布有萬峰山風(fēng)景保護(hù)區(qū)、800 kV 高壓輸電線路等控制因素，總體設(shè)計(jì)以橋隧為主。 路線布設(shè)充分考慮工程規(guī)模、地質(zhì)條件、隧道進(jìn)出口地形、橋位布設(shè)條件及萬峰山風(fēng)景區(qū)范圍等因素，共對(duì)C1～C8 共8 個(gè)路線方案進(jìn)行了研究，如圖1 所示。

圖1 大水井至芭蕉菁段路線方案比較平面圖

在對(duì)C1～C8 方案研究后，放棄了受巖溶漏斗洪水位影響隧道縱坡大于3%的C3 方案、 侵入萬峰山風(fēng)景保護(hù)區(qū)核心區(qū)的C4 方案， 終點(diǎn)標(biāo)高與兩省接線協(xié)議不符的C5、C6、C7、C8方案。 選擇路線偏工程可行性研究推薦方案西側(cè)，以長隧道形式通過該路段的C1 線方案與總體設(shè)計(jì)以長隧道為主以及在工程可行性研究推薦方案基礎(chǔ)上優(yōu)化后形成C2 線方案進(jìn)行分析比較[1-3]。

C1 線方案：路線起點(diǎn)位于新溝村東側(cè)，于K56+179 設(shè)大水井互通，路線穿越牛角山鞍部后設(shè)折白隧道（長度4 924 m）穿過山脊至大坡山東側(cè)，路線沿山坡一路降坡，設(shè)多依河大橋跨越Z046 縣道、053 鄉(xiāng)道及山坳至芭蕉箐。C1 線長8.381 km。C2 線方案：路線起點(diǎn)同C1 線，于C2K56+603 處設(shè)置大水井互通，路線一路向南設(shè)花房隧道（長度378 m）、大白巖隧道（長度278 m）穿過山體，設(shè)栗樹坡大橋、板臺(tái)口大橋跨越山谷及山間溶洞區(qū)域；路線轉(zhuǎn)向南偏西方向設(shè)歇場(chǎng)隧道（長度2 557 m）穿越山體至大坡山東側(cè)后與C1 線共線至芭蕉箐。C2 線長9.0 km。

1）建設(shè)條件。 兩方案所經(jīng)區(qū)域除大水井互通段為巖溶平原，其余地段均為峰叢洼地地貌，地形較復(fù)雜。 路線范圍內(nèi)地形起伏較大，局部山高坡陡。 兩方案相距不遠(yuǎn)，工程地質(zhì)條件基本一致，路線區(qū)域內(nèi)不良地質(zhì)主要為巖溶漏斗。 路線內(nèi)上覆主要為第四系粉質(zhì)黏土，下伏多為灰?guī)r，總體而言，區(qū)域工程地質(zhì)條件一般，二者相當(dāng)。 C1 線局部隧道從巖溶漏斗邊緣下方穿過， 施工期受降雨影響較大，C2 線局部區(qū)域穿過巖溶漏斗區(qū)，路線設(shè)計(jì)標(biāo)高受淹沒區(qū)洪水位標(biāo)高影響較大。 沿線均有地方道路，施工進(jìn)場(chǎng)條件稍好。

2）與原有公路、農(nóng)田水利等干擾情況。 兩線位穿越楚穗800 kV 高壓輸電線路段均滿足相關(guān)電力要求。C2 線需兩次上跨水電站輸水隧道，路線設(shè)計(jì)標(biāo)高受隧洞標(biāo)高控制。

3）與風(fēng)景區(qū)范圍等已有規(guī)劃的關(guān)系。 C1 線采用長隧道方案通過萬峰山景區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)， 路線完全避開景區(qū)緩沖區(qū)和核心區(qū)，滿足風(fēng)景保護(hù)區(qū)相關(guān)要求。 C2 線部分路段采用橋梁方式穿過萬峰山景區(qū)緩沖區(qū)，無法滿足《曲靖市林業(yè)局關(guān)于準(zhǔn)予在羅平萬峰山市級(jí)自然保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū)建設(shè)高速公路的行政許可決定》（曲市林[2016]156 號(hào)）中相關(guān)規(guī)定。

4）工程規(guī)模。 C1 線橋梁長度2 540 m，隧道長度4 924 m，其中，隧道最大長度4 924 m；C2 線橋梁長度4 550 m，隧道長度3 213 m，其中隧道最大長度2 557 m。 從主要工程數(shù)量看，C1 線比C2 線橋梁減少2 010 m，隧道增加1 711 m，特別是隧道最大長度4 924 m，建造成本和營運(yùn)成本均比C2 線高。

綜上所述， 本路段兩個(gè)方案建設(shè)條件和地質(zhì)情況相差無幾，C2 方案主要以橋梁+ 短隧道方式通過，C1 方案主要以橋梁+ 長隧道方案通過，C2 方案建造成本和運(yùn)營維護(hù)成本較C1 方案略微節(jié)省，但路線穿過萬峰山景區(qū)緩沖區(qū)，縱坡限制條件較多，C1 方案隧道長度4 924 m，施工工期長，建造成本及運(yùn)營成本略高，但完全避開萬峰山風(fēng)景區(qū)緩沖區(qū)，符合相關(guān)部門要求。 綜合考慮，選擇C1 線方案為推薦方案。

4.2 縱面設(shè)計(jì)

項(xiàng)目路線全長約35 km， 起點(diǎn)馬鞍山樞紐處設(shè)計(jì)高程1 491.73 m，終點(diǎn)設(shè)計(jì)高程848.38 m，高差643.35 m，平均縱坡約1.8%，最大縱坡4.0%/3 處，最短坡長400 m/1 處，豎曲線半徑均大于80 km/h 計(jì)算行車速度所對(duì)應(yīng)的視覺所需的最小豎曲線半徑。

本項(xiàng)目起點(diǎn)至K44+800 段縱坡較為平緩，K44+800～K56+700 段平均縱坡為2.217%，坡長11.9km。 縱面指標(biāo)滿足JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》和設(shè)計(jì)細(xì)則的要求。本項(xiàng)目K56+150～K70+000 段一路降坡， 平均縱坡為-2.67%，坡長13.85 km，高差369.95 m，縱面指標(biāo)滿足JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中有關(guān)連續(xù)長、陡下坡的平均坡度與連續(xù)坡長的規(guī)定。

4.3 巖溶路基設(shè)計(jì)

1）填方路堤。 （1）基底基巖缺乏平整性，可見局部存在溶槽、石林等，直接于該處建設(shè)時(shí)可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不平整、不密實(shí)等問題，為此以爆破整平的方法處理基底，要求處理后的殘留高差不大于50 cm。 （2）基底存在土洞，分兩種情況考慮，覆土小于3 m 時(shí)安排開挖回填，覆土超過3 m 時(shí)進(jìn)行鋼花管注漿，利用漿液將土洞填充至密實(shí)的狀態(tài)。 （3）基底存在溶洞時(shí)，首先確定溶洞頂板厚度與路基跨越長度的比值， 再根據(jù)比值采取相應(yīng)的處理措施。

2）挖方路塹。 （1）挖方邊坡存在露出的溶洞，為維持邊坡的穩(wěn)定性，采取漿砌片石封堵的處理方法。 （2）對(duì)于基底產(chǎn)生的開口溶洞，分小于2 m 和大于2 m 兩種情況考慮，前者用鋼筋混凝土蓋板封蓋嚴(yán)密，后者填充片石同時(shí)用漿砌片石封口。

3）開挖后基底存在溶洞時(shí)，首先確定溶洞頂板厚度與路基跨越長度的比值，再根據(jù)比值采取相應(yīng)的處理措施[4]。

5 巖溶隧道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）隧道開挖面外發(fā)育深度＜2.0 m 的溶洞及僅存在少量地下水的施工段，或是發(fā)育溶洞但分布在邊墻處，針對(duì)此類地質(zhì)路段的處治宜采取回填的方法。 （1）溶洞在邊墻發(fā)育：回填厚度不少于1.5 m 的漿砌片石，按2 m 的間距依次設(shè)置HDPE透水管，連通至側(cè)水溝。 （2）溶洞在拱腰上發(fā)育：回填施工采用泵送C15 混凝土的方法，根據(jù)溶洞的尺寸，四周設(shè)錨桿，間距取1.2 m×1.2 m，錨桿入巖深度至少為1.0 m，以免二襯在泵送混凝土?xí)r受到過強(qiáng)的壓力作用。 回填后，完成鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)及其他的防護(hù)工作。 （3）溶洞在基礎(chǔ)及路面下發(fā)育：回填M7.5號(hào)砂漿片石，按2 m 的間距依次設(shè)置HDPE 透水管。

2）拱腰以上開挖面外發(fā)育深度超過2.0 m、寬度小于隧道開挖面的溶洞，按如下方法處理：（1）溶洞存在填充物但能夠被有效清除， 或溶洞無填充物： 泵送厚度不少于100 cm 的C25 混凝土，按1.2 m×1.2 m 的間距、入巖深度不少于1.5 m 的要求打設(shè)錨桿。 隨后，組織噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)初期支護(hù)等工作。 （2）溶洞內(nèi)有填充物：以30 cm 的環(huán)向間距布設(shè)φ42 mm×4 mm 超前小導(dǎo)管，開挖預(yù)裂爆破，按50 cm 的間距設(shè)工字鋼；鋼架基腳部位適當(dāng)擴(kuò)挖，目的在于擴(kuò)大基礎(chǔ)，維持基礎(chǔ)的穩(wěn)定性；施作鎖腳錨桿、鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，必要時(shí)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（主要視溶洞發(fā)育情況而定）；為加強(qiáng)排水，預(yù)埋φ100 mmHDPE透水管。

3）基礎(chǔ)及路面下方分布大型溶洞時(shí)，以跨越的方法加以處理。 （1）溶洞發(fā)育相對(duì)較寬：設(shè)樁基或擴(kuò)大基礎(chǔ)，以鋼筋混凝土梁的形式進(jìn)行跨越，為減小水對(duì)工程的影響，部分地段的水流量較大時(shí)，為促進(jìn)排水而設(shè)置涵管或其他的過水通道。 （2）溶洞在某方向?qū)挾容^窄： 設(shè)置高度為50～100 cm 的鋼筋混凝土梁，實(shí)現(xiàn)跨越。 排水方面，采取預(yù)埋φ100 mmHDPE 透水管的方法，部分地段的水流量較大，為促進(jìn)排水而設(shè)置涵管或其他的過水通道。

4）橋梁設(shè)計(jì)。 （1）主梁設(shè)計(jì)。 鋼箱組合梁采用單箱雙室斷面，主梁40 m、梁高200 cm，主梁30 m、梁高160 cm，其中，橋面板厚32 cm。鋼箱頂?shù)装鍣M向平行，腹板高度相同，橫坡由柱高及墊石調(diào)整。 鋼主梁采用Q345D 槽形直腹板鋼梁，混凝土橋面板和鋼主梁通過剪力釘連接。 主梁之間采用橫隔板加強(qiáng)橫向聯(lián)系， 中間每隔3 m 設(shè)置一道橫隔板， 支點(diǎn)附近適當(dāng)加密，支點(diǎn)設(shè)置支點(diǎn)隔板。 主梁下翼緣厚度變化，墩中支點(diǎn)范圍采用20 mm 鋼板，其余采用14 mm 鋼板。上翼緣厚度變化，墩中支點(diǎn)范圍采用28 mm 鋼板，其余采用20 mm 鋼板。 腹板厚度均采用14 mm 鋼板。 （2）橋面板設(shè)計(jì)。 橋面板主梁范圍采用等厚度形式，總厚度32 cm，其中預(yù)制板厚度8 cm，翼緣懸臂采用變厚度，翼緣端部厚18 cm，翼緣根部厚32 cm，梁端伸縮縫處采用等厚度。 橋面板混凝土采用C50 混凝土。

6 結(jié)語