隧道溶洞段施工處理方法

高洪英

（中鐵十八局集團(tuán)三公司 河北涿州）

一、工程概況

牛角坪左線隧道地處陜西省漢中市巴山鄉(xiāng)，位于毛壩至陜川界高速公路ZK310＋772～ZK312＋560里程區(qū)段，全長1788 m，設(shè)計(jì)為分離式雙洞隧道。主要技術(shù)指標(biāo)：隧道凈寬10.25 m；凈高5 m；設(shè)計(jì)行車速度80 km/h；縱坡為2.5%。左線最大埋深290 m，最小埋深4.5 m。

隧道區(qū)位于秦嶺復(fù)合造山帶南部大巴山褶皺區(qū)與揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)結(jié)合部位，區(qū)域內(nèi)褶皺為二級(jí)構(gòu)造單元龍門～大巴山緣隆褶帶，巖性主要為弱風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r、微風(fēng)化灰?guī)r、弱風(fēng)化泥質(zhì)板巖、頁巖等，節(jié)理、裂隙較發(fā)育。區(qū)域內(nèi)地表水系發(fā)育，洞身灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r地段受巖體結(jié)構(gòu)面影響，具較強(qiáng)的透水性，使得隧道區(qū)地下水發(fā)育。

二、溶洞產(chǎn)生原因分析

溶洞位于牛角坪隧道左線ZK311＋965.5～ZK311＋976地段，縱向長度10.5 m，橫貫主洞洞身且在左、右邊墻以外仍有向下垂直的落水洞。該地段圍巖為微風(fēng)化灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，緊臨F16斷層。經(jīng)認(rèn)真分析研究，認(rèn)為產(chǎn)生溶洞的主要原因有2個(gè)。

（1）本地區(qū)地表水極為豐富，且該地段圍巖節(jié)理裂隙較為發(fā)育，又緊臨F16斷層，地表水沿灰?guī)r的節(jié)理面或裂隙面向下滲流，對(duì)巖層起到溶蝕及沖刷作用。

（2）本區(qū)段巖性為微風(fēng)化灰?guī)r，石灰?guī)r的主要成分是碳酸鈣（CaCO3），在有水和二氧化碳時(shí)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成碳酸氫鈣[Ca（HCO3）2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步擴(kuò)大而形成溶洞。

三、溶洞施工處理方案

根據(jù)溶洞形成的原因和形成溶洞的地質(zhì)特性，認(rèn)為巖石強(qiáng)度較高且整體性較好，圍巖自身處于安全、穩(wěn)定狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上確定處理方案，見圖1。

（1）采用洞內(nèi)碴石對(duì)溶洞處于仰拱以下部分進(jìn)行回填，回填高度至邊墻縱梁底部以下2 m。

圖1 溶洞處理方案示意圖

（2）由于溶洞橫貫洞身部分上寬下窄，邊墻縱梁底部以下2 m采用片石砼回填，待下一步擬施工的邊墻縱梁、橫梁施工完畢后對(duì)洞身襯砌及路面行車車輛起到輔助承力作用，同時(shí)保證掘進(jìn)臺(tái)車可以跨越溶洞繼續(xù)進(jìn)行主洞掘進(jìn)施工。

（3）設(shè)邊墻縱梁及縱梁間橫梁，形成主要承力結(jié)構(gòu)，見圖2。

圖2 溶洞梁板平面布置圖

（4）采用漿砌片石封堵兩側(cè)溶洞，防止地下水沖刷洞身襯砌并便于襯砌背后砼回填施工。

（5）施工初期支護(hù)鋼拱架、模筑砼，完成成洞后第二層受力結(jié)構(gòu)并形成洞身二次襯砌外輪廓線。

（6）回填初期支護(hù)背后空腔，形成成洞后第一層受力結(jié)構(gòu)。

（7）施工填充砼、二次襯砌等。

四、溶洞處理方案的實(shí)施

1.溶洞回填

溶洞位于縱梁以下部分首先采用碴石回填，為節(jié)約成本，右線洞身開挖后碴石直接汽運(yùn)至溶洞傾倒回填，碴石需潔凈，便于滲水通暢。

2.片石砼施工

邊墻縱梁以下2 m區(qū)域回填C15片石砼，分層澆筑，分層振搗，層厚30 cm，片石含量不得超過25%。砼采用砼泵車運(yùn)至澆筑地點(diǎn)，片石人工擺放均勻，插入式振搗器振搗密實(shí)。

3.鋼筋砼邊墻縱梁、橫梁、鋼筋砼板施工

鋼筋砼邊墻縱梁為主要受力結(jié)構(gòu)，橫梁為輔助受力結(jié)構(gòu)。邊墻縱梁總長度16.5 m，截面積1×1.2 m，兩端頭分別置于溶洞前后堅(jiān)實(shí)的基巖上做為支點(diǎn)。橫梁截面積0.4×0.72 m，鋼筋砼板厚度48 cm。受力結(jié)構(gòu)均為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，砼標(biāo)號(hào)為C25。

邊墻縱梁、橫梁鋼筋砼均現(xiàn)場施作并一次澆筑成形，形成總體承力結(jié)構(gòu)，待邊墻縱梁、橫梁施工完畢后再現(xiàn)場澆筑鋼筋砼板。

4.擋土墻施工

擋土墻主要為便于初期支護(hù)背后砼回填施工及減少砼回填數(shù)量而設(shè)，擋土墻基礎(chǔ)尺寸為3×2.5 m，墻身寬度2 m，采用M7.5＃漿砌片石砌筑。

5.初期支護(hù)施工

初期支護(hù)鋼拱架采用I20a型鋼制作而成，縱向間距0.5 m，拱架間采用Φ22 mm螺紋鋼連接，環(huán)向間距1 m將拱架連成整體。采用掛模澆筑砼施工方法，C25砼自下而上澆筑，厚度50 cm，隨澆筑砼隨掛模板，內(nèi)模采用100×30×5 cm組合鋼模，外模采用木模板，砼一次澆筑成型。拱頂預(yù)留人孔便于拆除外模及施工初期支護(hù)背后回填砼。

6.砼回填施工

砼回填采用泵送砼施工，回填高度為初期支護(hù)外緣以上1.5 m。泵送砼時(shí)兩側(cè)邊墻部位需交替回填施工，避免由于回填砼兩側(cè)壓力不平衡造成初期支護(hù)開裂或變形。

7.砼填充、二次襯砌施工

以上工序施工完畢后按正常操作程序施工砼填充及二次襯砌。

五、施工注意事項(xiàng)

（1）邊墻縱梁兩端頭受力支點(diǎn)由于直接置于開挖后的巖石頂面，按縱梁截面開挖后必須對(duì)受力巖體整體性進(jìn)行觀測，對(duì)巖石強(qiáng)度進(jìn)行檢測，確保能夠滿足受力要求，否則需設(shè)枕梁。

（2）初期支護(hù)鋼拱架節(jié)與節(jié)間及拱架與拱架間的連接必須牢固，掛模澆筑砼時(shí)兩側(cè)必須同時(shí)由下而上澆筑，必免在施工過程中拱架變形。

（3）由于泵送砼回填高度較高，兩側(cè)邊墻需交替施工且泵送速度不宜太快，避免造成初期支護(hù)開裂、變形。