摘要 某高速公路隧道出口處，峭壁高達149 m，坡度高達90°，洞口位置上方經(jīng)常有石頭掉落，危險系數(shù)極高。距離隧道出口處5 m的洞身范圍，有一大型溶洞，洞穴里有很多淤泥?；诖藞鰠^(qū)的這些特殊工況，對隧道洞口處溶洞處理技術進行研究，并結合實例項目對溶洞處理方案比選及實施進行分析，提出了掌子面封閉、溶腔回填、洞內(nèi)套拱、施作大管棚和沉降觀測等綜合治理技術的應用要點，旨在為同行提供技術借鑒。

關鍵詞 公路隧道工程；隧道洞口處溶洞；溶洞處理技術

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）05-0111-03

0 引言

隧道工程在施工作業(yè)中，出現(xiàn)溶洞較為常見。隧道穿越溶洞施工，風險大、不確定因素多，溶洞類型復雜多樣，給施工帶來極大的困難[1]。該文以某隧道項目的實踐為依托，分析了隧道洞口處溶洞的處理技術。

1 工程概況

某高速公路隧道出口為149 m高的巖體，距洞口5 m處洞身范圍內(nèi)有一大型溶洞。洞口原設計施工方案主要包括：采用36根25 m長的大管棚進行加固。由洞外側向洞內(nèi)施工，采用C25混凝土澆筑的套拱方案。隧道襯砌的內(nèi)部外形設計為直徑5.55 m的單心圓，其內(nèi)部斷面凈高7.05 m，凈寬11.1 m。

該施工范圍內(nèi)圍巖深度為0～1.0 m厚的第四系碎石土層，以三疊系下統(tǒng)羅樓組T11泥灰?guī)r為主，節(jié)理裂縫發(fā)育，頁巖破碎。強到中度風化作用下，巖體的完整性指標Kv=0.20，巖層為軟質(zhì)巖層，單軸抗壓強度Rc=10.0～25.0 MPa，其自穩(wěn)性不高，在沒有支撐的情況下，容易發(fā)生大面積崩塌。因此隧道處于高低不平的地貌環(huán)境中，多為中山侵蝕和剝蝕地貌，隧道入口在斜坡上。

喀斯特是該地區(qū)的一種主要不良地質(zhì)條件[2]，是降雨后形成的滲透水溶蝕孔隙和基巖風化裂隙，且水量與氣候條件有很大關系。當挖掘到K3+374的時候，再次出現(xiàn)溶洞，大量的淤泥從洞中涌出。從溶洞發(fā)育特征來看，溶洞沿通道軸線的左邊分布，呈垂直于直線的趨勢，整個巖溶空間整體發(fā)展，并形成溶腔。隧道發(fā)掘中，于K3+374位置發(fā)現(xiàn)溶洞。洞體與隧道呈現(xiàn)垂直交叉。溶洞在K3+3390處停止延伸。巖體面和暗洞距離為5 m。溶洞泥沙滑落問題嚴峻，洞內(nèi)可見度較差。用地質(zhì)探測法結合激光測距，得出溶洞腔體范圍：高35 m、縱向16 m、橫向8 m、埋深最大距離149 m。洞體巖石呈現(xiàn)強風化特征，含有渾濁灰黃色泥水，呈中厚層幾何狀。巖體碎裂情況嚴重，質(zhì)地偏軟，厚度為2～5 m。

對洞口情況分析后發(fā)現(xiàn)，隧道出口和巖面成90°角，風化嚴重，落石情況時有發(fā)生。洞外施工采用大管棚作業(yè)，施工極易引發(fā)石塊掉落，故采用洞內(nèi)向洞外施工。溶洞暗洞和隧道面距離為5 m，在洞內(nèi)局部可以進行管棚支撐，有大部分區(qū)域無法做到充分支撐加固。如溶洞填埋施工不當，易造成隧道坍塌風險。施工需考慮洞體巖石穩(wěn)定性，施工人員安全性[3]，考慮用回填溶洞方法，實現(xiàn)溶洞、大管棚和山體三者連接一體。

2 溶洞處理方案比選

采用專題研討會方式，召集建設單位、監(jiān)理單位和設計單位進行集體商討，并結合相關專家建議，對溶洞處理方案進行最后審核，從經(jīng)濟性和實現(xiàn)性角度進行考慮，得出施工備選方案。

2.1 方案一

采用從外層巖體進行逐層爆破作業(yè)的方式，對碎石進行及時清運，暗洞逐漸變明洞，周邊進行防護網(wǎng)的構建，進行遞進式爆破施工。費用見表1。

2.2 方案二

采用石渣回填埋搭配混凝土噴射的方式，對掌子面實現(xiàn)全封閉，混凝土選擇C20型號。用地泵泵送混凝土、砂漿逐漸填充洞體[4]，結合大管棚洞內(nèi)向洞外施工作業(yè)，并對溶洞、巖體和山體進行三者連接施工，降低洞口到巖體5 m距離出現(xiàn)坍塌的概率，最終實現(xiàn)暗洞充分填埋。費用見表2。

方案一的施工周期時間長，且機械、人工和物料成本高。結合現(xiàn)場分析數(shù)據(jù)，對溶洞采用穩(wěn)妥性高的施工方案二，即采用混凝土和砂漿對掌子面進行填埋的方式，從洞內(nèi)進行大管棚作業(yè)，確保對溶洞、巖體和山體進行整體施工，確保施工安全性，加入吊具人工方法，針對落石情況，及時建立支護、二次襯砌等配屬工程[5]。

3 溶洞處理方案的實施

3.1 封閉掌子面

隧道掌子面加固采用石渣回填和注漿補強，回填時將4根泵送管插入到結構面，然后用角鋼將泵送管道固定，再布設鋼筋網(wǎng)后噴30.0 cm厚度的C20混凝土進行保護。為降低粉塵，采取濕噴工藝，即在噴射工序施工前，進行噴頭噴水和通風操作，清除管線中的雜物，再打樁拉線，以控制噴出的混凝土厚度達標[6]。

混凝土需提前在攪拌站完成配比，結合實驗室對現(xiàn)場測定數(shù)據(jù)進行配比實驗，滿足施工技術要求。用噴射作業(yè)方式，下層向上層施工，厚度需要達到10 cm，結合混凝土灑水養(yǎng)護方法，實現(xiàn)混凝土強度滿足石渣內(nèi)注漿工序的標準[7]，并進行注漿施工。

3.2 溶腔回填

溶洞回填埋需要采用預留地泵輸送混凝土的方式，進行C20混凝土的注入，厚度為3 m。充分停歇24 h后，開始注入型號為M10的砂漿，結合實驗室數(shù)據(jù)進行相應配比試驗，在地泵作業(yè)開始前需泵送1 m3清水，確保混凝土、砂漿和水配比符合施工要求，隨后開始進行混凝土泵送施工。采用緩慢方式進行泵送，隨時觀察油壓表數(shù)值在可控范圍，當實現(xiàn)正常速率后，進行穩(wěn)定持續(xù)泵送混凝土。收料斗時刻保持混凝土充分，避免料體不足，收料口到上沿需控制在10 cm。在施工完成后，及時進行清水清洗，避免污水對周邊環(huán)境的污染。

3.3 施作洞內(nèi)套拱

3.3.1 施工放樣

測量人員對測量儀器進行檢驗，準確計算出平縱定點坐標，利用全站儀測量設置套拱的左右和中點軸線位置與標高基準線，并測量各鋼拱架和導向管軸定位線[8]。安裝完套拱模板、鋼拱架、導向管后，需對模板和導向管的軸線和高度進行復測，加強導向管的縱坡控制，使導向管的導向性得到有效保證，以保障管座的位置準確。

3.3.2 立鋼拱架、安裝導向管

套拱結構內(nèi)需埋置3榀I18鋼拱架。I18鋼拱架縱向連接為φ25 mm型鋼鋼管，環(huán)距0.5 m。I18型鋼拱架在加工前，先要經(jīng)過技術人員的精確計算，得出下料長度和彎頭半徑，再進行精確下料，用彎頭機進行試彎，再用模具對其進行校對，校對合格后，再用石筆在弧形上畫出彎頭的位置，用于對這種鋼拱進行機械加工的旋轉軸定位標記[9]。

每次加工1個鋼拱架，均用模具逐個檢查，以確保其外形和結構尺寸達到設計的要求。鋼拱架與連接鋼板通過電弧焊接，以保證鋼梁與構件連接后的整體強度和穩(wěn)定性，同時也需保證鋼梁的各個部分在同一平面上。在安裝拱架之前，先測設定位安裝鋼架的位置，將鋼板墊片放置在底座上，再進行分段安裝，用螺栓固定。所有的導向管都是由Φ127 mm×6 mm的熱軋無縫管組成，并與鋼拱架牢固地聯(lián)接在一起。

3.3.3 內(nèi)模安裝

鋼拱套內(nèi)鋼拱架、導向管施作完畢，按套拱結構尺寸、鋼拱架的設計標準，搭設4級I14鋼拱架，間距0.7 m，套拱示意圖見圖1、圖2：

3.3.4 混凝土澆筑

混凝土由混凝土輸送泵澆筑?；炷翉姸葹镃25。木制的模板、鋼制的支撐可以承受混凝土、工人和機械的重力以及其他施工階段的負荷。拱圈混凝土要按左右對稱澆筑，兩邊澆筑高差不超過1 m，連續(xù)澆筑振搗致密，一次澆筑成形。

3.3.5 養(yǎng)護

在拱圈混凝土澆筑工序施作完畢，應視天氣狀況，用土工布、塑料薄膜覆蓋，灑水養(yǎng)護，保障養(yǎng)護期7 d以上。

3.4 施作大管棚

3.4.1 管棚設計參數(shù)

該管棚鋼管是壁厚6 mm，長度25 m、直徑φ108 mm的熱軋無縫鋼管。管棚在現(xiàn)場進行分段制造，每節(jié)分段的長度為12 m或13 m，兩個相鄰的鋼管接頭需相互錯開達間隔1 m，隧道橫向同一斷面處，搭接接頭數(shù)量不得超過50%。管棚處于隧道橫向面環(huán)距中心到管棚中心的距離為40 cm，鋼管的外插角為1～3°，鋼管的安裝偏差不超過15 cm。鋼制的管棚花管示意圖見圖3：

3.4.2 管棚施工

鉆機軸線位置準確，固定可靠，鉆孔時要從下到上隔孔鉆，為了便于插管，鉆孔直徑小于20 mm，鉆進施工環(huán)節(jié)，要經(jīng)常使用測量儀來測量鉆頭的傾斜度，如有偏差，應立即改正。管棚內(nèi)的鋼管偶數(shù)孔為無縫鋼管，而奇數(shù)孔為鋼花管。每處奇數(shù)孔成孔、清孔和驗孔合格后，用挖掘機和鉆孔機及時安裝鋼花管，并壓注水泥漿，在滿足設計指標后再施工偶數(shù)孔，每成型一孔就需及時施作鋼管以防塌孔。偶數(shù)孔同樣灌注水泥漿，以改善鋼管的強度。偶數(shù)孔施工環(huán)節(jié)，一方面能檢驗出單孔的灌漿充填情況，另一方面，如果注漿量不夠，還可以進行補注，從而提升注漿法對圍巖的加固作用。

3.4.3 管棚注漿

安裝奇數(shù)鋼花管管棚后，及時清孔灌漿，然后打設偶數(shù)管棚，漿液為P.O42.5水泥單液漿，注漿設備為液壓式注漿機。灌漿前進行水壓測試，測量圍巖吸水率和圍巖滲透性，供選用泵壓比和注漿液配合比的參考。注漿壓力為1.0～2.0 MPa，水灰比為0.5∶11∶1，壓漿由專業(yè)操作人負責，時刻注意壓漿壓力、漿液流動性和周邊環(huán)境，以保證壓漿的質(zhì)量。

3.5 沉降觀測

該項目施工階段，在套拱拱頂、拱腰和拱腳處設置了多處沉降觀測站，并在每5 m處增設沉降觀測點，使沉降基準的測量精度達到±1 mm，讀數(shù)微調(diào)至0.1 mm。每日進行觀測，對觀測數(shù)據(jù)進行細致記錄，繪制沉降時態(tài)曲線，并對數(shù)據(jù)進行整理，利用現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)進行指導，對異常狀況進行加密監(jiān)測。

3.6 洞口危落石清理

在山頂?shù)刭|(zhì)穩(wěn)定部位插入錨固安全樁，檢驗其安全性。每次施工之前，對安全樁進行檢查，如果出現(xiàn)松動，應立即進行加固，或再插入安全樁[10]。安全樁應可靠地與吊籃相連，并請專業(yè)人員進行安裝，以保證其工作可靠。清理操作工人應戴好安全帽，系好安全帶，在吊籃中緩慢下墜，使用鑿石機、撬桿等工具，由上而下逐步推進清理工序。

3.7 初期支護及二次襯砌施工

洞口危落石清除完成，洞口套拱施工完畢，采取“管超前、嚴注漿、短開挖”“強支護、早封閉、勤量測”的“十八字方針”，在全程進行基坑變形監(jiān)測的前提下，并在初期支護穩(wěn)定后，及時模筑二次襯砌鋼楔混凝土，以保障順利、安全地通過隧道洞口。

4 結語

綜上所述，該公路隧道出口處施工段，采取了封閉掌面、回填溶洞和由內(nèi)向外的綜合施工方案，使溶洞處進洞施工難題安全地解決了，并使隧道得以順利貫通。穿越溶洞施工是隧道施工中的重點和難點，通過對該隧道洞口處溶洞進行了合理處理，處理效果明顯。實踐證明了采取以上施工技術對溶洞的處理是行之有效的。在巖溶隧洞開挖過程中，如遇相似工況，可根據(jù)工程地質(zhì)條件、溶洞發(fā)育大小、巖溶水發(fā)展趨勢等情況，采用綜合防治措施。

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