公路隧道穿越溶蝕極發(fā)育段施工方案

馮國衛(wèi) 蔣 亮

1 工程概況

貴州省崇溪河—遵義高速公路第八合同段涼風(fēng)埡隧道位于貴州省桐梓縣境內(nèi)，左右分別長 4 085m，為上下行分離式雙線四車道公路隧道，隧道凈寬 10.2m，凈高 7.0m，是整個(gè)貴州省最長的公路隧道。由于構(gòu)造影響，本隧道有溶蝕發(fā)育帶、暗河、大型斷層破碎帶、瓦斯、涌水、原鐵路由于施工困難被迫改線后廢棄的坑道等不良地質(zhì)帶及結(jié)構(gòu)物，施工環(huán)境極為艱險(xiǎn)。

在喀斯特發(fā)育帶施工，不可避免地會(huì)遇到不同程度的溶蝕發(fā)育現(xiàn)象，從不同程度填充的小型溶洞、溶槽、漏斗，直到大型的溶洞、暗河，均會(huì)對(duì)工程造成不同程度的影響，要對(duì)上述不同情況的溶蝕現(xiàn)象進(jìn)行處理，必須根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行恰當(dāng)?shù)姆诸?，然后再根?jù)不同的情況，分別采用不同的方式處理。

2 小型溶蝕發(fā)育帶情況調(diào)查與判定

根據(jù)溶蝕發(fā)育帶中溶洞的空徑(溶槽的寬窄)、內(nèi)部填充物類別及填充程度、有無水出露、覆蓋層厚度、與隧道的相對(duì)位置，可以將溶蝕發(fā)育帶分為不同的類別。

2.1 溶蝕發(fā)育帶的調(diào)查分類與鑒定

涼風(fēng)埡隧道自進(jìn)洞以來，在 170m內(nèi)段始終位于二疊系棲霞組灰?guī)r區(qū)，期間溶蝕現(xiàn)象十分發(fā)育，整個(gè)隧道的圍巖有 300余米，屬于溶蝕洼地填充軟質(zhì)黃色粘土夾碎石段，各種大小不等的溶洞群、溶槽帶接連不斷，溶洞中填充黃色軟粘土及碎石，部分溶洞還存在不同程度的滲水現(xiàn)象。其中，許多溶洞與地面相連通(在施工中，曾發(fā)生局部小溶洞冒頂現(xiàn)象)。究其根本，整個(gè)隧道進(jìn)洞段均位于小型溶蝕洼地上多年沉積的填充物上。

2.2 溶蝕發(fā)育帶小溶洞、溶槽類型的判別

隧道溶蝕發(fā)育帶小溶洞、溶槽類型判別見表 1。

2.3 溶蝕發(fā)育帶的處理

1)溶洞出露后，首先清除松動(dòng)的填充物，如填充物數(shù)量大無法清除時(shí)，也可采用注漿加固等措施，阻止溶洞內(nèi)的填充物進(jìn)入隧道。

2)在溶洞靠近隧道部分洞壁，按原設(shè)計(jì)溶洞處理方案打設(shè)φ22藥卷錨桿，長度 3.5m，并及時(shí)掛網(wǎng)噴射 C20號(hào)混凝土加固。為防止坍塌體從高處掉落，沖擊損壞初期支護(hù)及二次襯砌，在施工初期支護(hù)時(shí)，在拱頂及拱腰部各預(yù)留兩根 φ125mm長鋼管，待上導(dǎo)坑初期支護(hù)通過溶洞后，通過預(yù)留的鋼管，采用混凝土輸送泵將C 20號(hào)混凝土壓入溶洞的部分空腔中，確保溶洞段頂部護(hù)拱有一定的厚度，對(duì)于隧道起拱線以下部分，一律采用干砌、漿砌片石回填。局部空腔較大地段，采用隧道碴、干砌、漿砌分層回填到隧道外輪廓線位置。

表1 隧道溶蝕發(fā)育帶小溶洞、溶槽類型判別表

對(duì)于溶洞內(nèi)填充物為軟塑狀土質(zhì)材料，由于其側(cè)壓力較大，極易擠垮整個(gè)初期支護(hù)，故根據(jù)原設(shè)計(jì)圖中“CRD法”施工原理，在上半斷面工字鋼架底部縱向鋪設(shè)工字鋼托梁，托梁與工字鋼架之間滿焊，同時(shí)，增設(shè)橫向卡口梁臨時(shí)支撐，開挖下半斷面時(shí)，一次只能開挖一榀，并及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土封閉。該溶洞段初期支護(hù)采用工字鋼架封閉成環(huán)，待工字鋼架封閉后，方可逐榀拆除橫向卡口梁。

在施工過程中，上半斷面掘進(jìn)后，必然造成拱腳工字鋼架基礎(chǔ)懸空，因此，采用在工字鋼架底部設(shè)置軌束梁的方法處理。不同處理方案見表 2。

在冒頂溶洞或冒頂可能的地表處，設(shè)立觀測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行地表下沉觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)采用封閉地表、回填溶洞空腔、地表注漿等方法處理。

3 地下暗河

隧道右線施工至 K 48+626處灰?guī)r與泥巖的接觸帶，發(fā)現(xiàn)有溶洞從隧道的正、側(cè)面出露，且隧道中有新鮮空氣涌入。經(jīng)勘察，該溶洞發(fā)育十分復(fù)雜，位于隧道頂部的大型溶洞空腔有兩處，總?cè)芏纯涨幻娣e近 10 000m2，溶洞空腔高 2m～16m，空腔下方為溶洞頂板多年逐步剝落的層狀灰?guī)r與流水夾帶入的黃色粘性土、碎石的混合堆積、沉積物，整個(gè)堆積層距隧道開挖后拱頂?shù)母叨葹?2m～28m。其中，第二處空腔右側(cè)有一長 ×寬為 55m×27m的大型蓄水坑，平均水深約為4.7m。該蓄水坑橫跨左右兩線，水面標(biāo)高距右線洞頂高程約為24m。

表2 隧道溶蝕發(fā)育帶小溶洞、溶槽不同類型處理方案表

由于隧道左、右線中線之間的間距僅為 33 m(開挖后最小隔離寬度為 20.5m)，根據(jù)溶洞的延伸情況，溶洞已連通左右兩線。掌子面圍巖屬于溶洞頂多年剝落的堆積物，再加上水的影響，受到施工擾動(dòng)后，發(fā)生不同程度的坍塌，給施工造成極大的困難。

整個(gè)溶洞為一位于隧道拱頂上沿灰?guī)r與泥巖分界層發(fā)育的季節(jié)性暗河的一段，其主排水方向背離隧道走向，施工中揭穿的僅是該暗河的一段。

鑒于整個(gè)溶洞影響段隧道絕大部分地段掌子面圍巖屬于松散堆積體，只有小部分地段屬于原狀泥質(zhì)頁巖。因此必須對(duì)隧道進(jìn)行超前預(yù)注漿加固，相對(duì)而言，小導(dǎo)管注雙液漿操作方便、速度快捷成為首選。為增大圍巖加固帶的厚度，盡量發(fā)揮圍巖自身的承載力，應(yīng)采用徑向注漿，即將超前小導(dǎo)管預(yù)注漿的加固帶作為下止?jié){墻，對(duì)圍巖進(jìn)行徑向注漿加固。由于松散堆積體容易坍孔，宜采用集鉆進(jìn)與注漿于一體的大直徑自進(jìn)式中空錨桿來注漿，比徑向小導(dǎo)管效果更好。同時(shí)，采用工字鋼架勁性支護(hù)，并加設(shè)縱向連接鋼筋，以增大工字鋼架之間的整體性?？紤]到隧道二次襯砌在今后運(yùn)營過程中可能產(chǎn)生的其他外力，在二次襯砌中布設(shè)鋼筋，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力效果，防止結(jié)構(gòu)開裂。

4 結(jié)語

在涼風(fēng)埡隧道出現(xiàn)溶蝕發(fā)育帶及大型溶洞(季節(jié)性暗河)后，經(jīng)過詳細(xì)分析評(píng)估后，整個(gè)溶洞的性質(zhì)變得清晰明顯，僅僅采用常規(guī)方法組織施工，已順利地越過溶蝕發(fā)育段及特大溶洞(暗河)影響段，沒有發(fā)生任何意外，不僅節(jié)約了投資，更節(jié)約了極其寶貴的時(shí)間，充分說明進(jìn)行詳實(shí)的工程調(diào)查評(píng)估的重要性。由于施工現(xiàn)場(chǎng)人員、設(shè)備儀器等條件極為有限，所做的一些調(diào)查也僅僅局限于一些小的側(cè)面，但對(duì)于常規(guī)工程，在時(shí)間緊、任務(wù)重的時(shí)候，也有一定的實(shí)用參考價(jià)值。

[1] JTJ 026-90，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTJ 042-94，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 鐵路隧道與地下工程信息科技中心.隧道和地下工程第十屆科技動(dòng)態(tài)報(bào)告文集[R].成都:西南交通大學(xué)出版社，2000.

[4] 李瑾亮.地質(zhì)與土質(zhì)[M].北京:人民交通出版社，1995.