那丘隧道廊道廳堂式溶洞處治方案比選

黃胤超，王少輝，楊鳳華

(1.湖南省高管局永吉高速公路建設開發(fā)有限公司， 湖南 吉首　416000； 2.中交一公局第一工程有限公司， 北京　102205；

3.重慶中宇工程咨詢監(jiān)理有限責任公司， 重慶　400067)

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那丘隧道廊道廳堂式溶洞處治方案比選

黃胤超1，王少輝2，楊鳳華3

(1.湖南省高管局永吉高速公路建設開發(fā)有限公司， 湖南 吉首416000； 2.中交一公局第一工程有限公司， 北京102205；

3.重慶中宇工程咨詢監(jiān)理有限責任公司， 重慶400067)

摘要：巖溶地質(zhì)給隧道施工和運營安全帶來較大安全隱患，必須妥善處治，而大型溶洞的處治尤其復雜，需要全方位考慮。以湖南省永吉高速公路那丘隧道廊道廳堂式溶洞處治為例，介紹大型溶洞處治方案的選擇方法，為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：溶洞；處治；方案；比選

1工程概況

那丘隧道位于湖南省永吉高速公路第4合同段，其左線長2 875 m，起訖樁號K12+060～K14+935；右線長2 860 m，起訖樁號K12+060～YK14+920。該隧道近東西走向，所處地貌屬于巖溶中低山地貌，沿線地形起伏較大，地面高程在427.06～640.27 m之間，隧道最大埋深約185 m。

2 廊道廳堂式溶洞及其補充勘測結(jié)果

2014年6月29日，那丘隧道吉首端左線主洞掌子面施工至K14+513處時，發(fā)現(xiàn)K14+350～520段有一大型溶洞?，F(xiàn)場調(diào)查和勘測表明，該溶洞為廊道廳堂式溶洞。

2.1平面

那丘隧道廊道廳堂式溶洞長170 m，位于那丘隧道左洞K14+350～520處。該溶洞平面走向正好與隧道走向基本重合，如圖1所示。

圖1　廊道廳堂式溶洞平面位置示意

2.2縱斷面

在K14+350～370段，溶洞底板在隧道設計高程以下約32 m處，頂板在隧道設計高程以下約10～28 m處，洞底基本呈水平狀。在K14+370～420段，溶洞底板以約35°的坡度上升，頂板也以近50°的坡度上升，頂板最高處在隧道頂以上6 m。在K14+420～520段，溶洞底板在隧道設計高程以下6 m，洞底基本呈水平狀；溶洞頂板形狀不規(guī)則，大部分位于隧道中部，小部分較高，位于隧道頂以上10 m。隧道中線處溶洞縱斷面如圖2所示。

圖2　廊道廳堂式溶洞縱斷面示意

2.3溶洞水文地質(zhì)

2.3.1水文

隧址區(qū)巖溶主要沿豎向裂隙發(fā)育，形態(tài)主要表現(xiàn)為巖溶漏斗、落水洞、豎向溶洞和豎向溶蝕裂隙等。場區(qū)地下徑流途徑為：大氣降水匯集到地表低洼處的巖溶塌陷坑后，在地下繼續(xù)沿豎向巖溶通道往深部排泄，至標高200 m附近處再沿水平向巖溶通道排入猛洞河內(nèi)。隧址區(qū)地下水位遠低于隧道設計標高。從發(fā)現(xiàn)溶洞后幾個降雨周期的觀測來判斷，該溶洞洞內(nèi)排水通暢，不會出現(xiàn)淤積現(xiàn)象。

該溶洞內(nèi)匯集的地下水被K14+500附近的洞內(nèi)分水嶺分成2股流向，一股向西流，在地勢最低的K14+360處匯入通往深部巖溶通道的小溶洞內(nèi)，洞內(nèi)大部分地下水流向該處；另一股向東流，在K14+520左40 m處流向通往深部巖溶通道的溶洞口，該處水量相對較小，排水較為暢通，對隧道影響較小。

2.3.2地質(zhì)

由實地調(diào)查和物探、鉆探結(jié)果可知，溶洞內(nèi)地層主要為第4系巖溶堆積物、第4系之前形成的膠結(jié)層和奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r。隧道K13+500～K14+260段地表巖溶洼地和巖溶塌陷坑極其發(fā)育，表明該路段地下溶洞、暗河發(fā)育。

溶洞側(cè)壁及洞頂受巖溶差異化溶蝕影響，表面很不完整，發(fā)育有裂隙，沿裂隙局部風化，存在不穩(wěn)定塊體，且洞頂還發(fā)育有鐘乳石。受隧道開挖放炮影響，這些不穩(wěn)定塊體和鐘乳石可能會墜落，給施工安全帶來隱患。因此，施工過程中應采取必要防護措施。溶洞底板為完整的灰?guī)r，其屬微風化，強度高，致密堅硬，溶蝕不明顯，僅局部淺層有小的溶蝕。由探地雷達勘測和鉆孔結(jié)果可知，溶洞底板巖體完整性好，底板厚度和強度滿足溶洞處治設計要求。

3處治方案比選

經(jīng)多方討論論證，針對那丘隧道廊道廳堂式溶洞處治提出了3種方案，即橋梁方案、改線方案和回填方案。

3.1橋梁方案

橋梁方案采用2×25 m預應力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，樁號范圍為 ZK14+368~418。為使整個結(jié)構(gòu)受力明確，橋梁上部結(jié)構(gòu)分別采用托梁和箱梁，其中托梁設置在兩側(cè)拱腳下，箱梁設置在中間路面下，分別承受隧道襯砌自重荷載和路面行車荷載[1]。同時，隧道采用離壁式襯砌結(jié)構(gòu)，使襯砌結(jié)構(gòu)與圍巖分離。橋型布置如圖3所示，典型橫斷面如圖4所示。

圖3　橋梁方案橋型布置示意

圖4　橋梁方案典型橫斷面示意

3.2改線方案

改線方案以安全繞避溶洞且規(guī)模最小為原則，擬定了A方案(左線右偏)及B方案(左線左偏)共2種處治方案，如圖5所示。

圖5　改線方案平面示意

2種改線方案均需廢棄已完成的K14+510~K14+935段隧道，計425 m。A方案采用左線右偏來繞避溶洞，改線范圍K12+760~K15+141，計2 381 m；B方案采用左線左偏來繞避溶洞，改線范圍K13+830~K15+055，計1 225 m。A方案因受溶洞限制，線型指標較差，部分段落緊貼溶洞壁，且需在左右洞中夾巖柱內(nèi)施工，存在800 m長的小凈距段，與原左洞出口已開挖段干擾嚴重，施工難度較大；B方案可以完全繞避溶洞，線型指標較好，隧道側(cè)墻距溶洞壁最小距離為7 m，相當于重新開挖左洞，施工難度較小。

A方案造價約為4 700萬元，B方案造價約為1 200萬元，但這僅是在改線范圍內(nèi)地質(zhì)條件較好的前提下預估的金額，存在很大的不確定性。如果改線范圍內(nèi)還存在大溶洞，則金額將大大提高。

3.3回填方案

由于該溶洞己停止發(fā)育，僅降雨時洞內(nèi)存在地下水；且洞底地質(zhì)情況較好，地基承載力較大，僅K14+360~380段存在承載力較差的新近粘土層。因此，基于以上因素，擬定了回填方案，即先在溶洞底全縱向設置鋼筋混凝土拱涵，以保持排水順暢；然后對隧道底部進行回填，自下而上分別回填干砌片石、洞渣、級配碎石和片石混凝土；局部不規(guī)則段采用漿砌片石和泵送C20混凝土填充密實?；靥罘桨缚v斷面示意如圖6所示。

圖6　回填方案縱斷面示意

該方案設計與施工技術(shù)要點如下。

1) 洞渣回填質(zhì)量控制。

洞渣回填按填石路堤相關(guān)技術(shù)要求進行施工。施工前，應通過鋪筑試驗路段確定合適的填筑層厚、粒徑、壓實工藝以及質(zhì)量控制標準等[2]，嚴格清除表面軟弱層后方可進行填石路基施工。填石路基的石料強度不應小于15 MPa，需水平分層填筑，先低后高，個別不平處應配合人工用細石塊找平。攤鋪層厚不大于600 mm，最大粒徑小于層厚的2/3，且孔隙率不大于25%，需分層壓實，建議選用20 t以上的重型振動壓路機壓實。填石路基的壓實質(zhì)量采用施工參數(shù)(壓實功率、碾壓速度、碾壓遍數(shù)、鋪筑層厚度)與壓實質(zhì)量檢測聯(lián)合控制，建議采用壓實沉降差或空隙率進行檢測。采用壓實沉降差作為質(zhì)量控制指標時，沉降差平均值應不大于5 mm，標準差不大于3 mm[3]；填石路堤最后1層的鋪筑層厚度應不大于400 mm，石料粒徑應小于150 mm，其中小于0.05 mm的細料含量不應小于30%[4]；路堤施工完畢后應進行沉降監(jiān)測，如果沉降過大，則對填筑的洞渣進行注漿，以確保工程質(zhì)量。

2) 排水設置。

溶洞底全縱向設C30鋼筋混凝土拱涵，其壁厚為25 cm，凈空面積為4.8 m2。拱涵洞壁打孔，外鋪土工布反濾層，以匯集路堤內(nèi)的地下水，將其排入K14+360右側(cè)原溶洞泄水通道?？v向每間隔6 m設置1道豎向排水波紋管，管壁打孔，外鋪土工布反濾層，用于排出洞身側(cè)溶洞空腔內(nèi)積水和路堤內(nèi)地下水；路堤表層采用150 cm厚C20片石混凝土封閉，確保路堤表面的水不滲入路堤內(nèi)部，保證路堤的穩(wěn)定性。

3) 不均勻沉降處治。

K14+385~415段由于溶洞規(guī)模較大，且隧道圍巖存在偏壓，故襯砌兩側(cè)設置了帶樁基礎的C30鋼筋混凝土偏壓擋墻，以對溶洞頂板進行支撐。隧道地基存在縱橫向不均勻沉降，故襯砌底板下設置C30鋼筋混凝土縱橫梁及樁基礎結(jié)構(gòu)，以對襯砌結(jié)構(gòu)進行支撐。橫梁底面與隧道底板底面之間采用C20片石混凝土填充密實。為了避免路堤工后沉降導致樁基出現(xiàn)負摩阻現(xiàn)象，同時為滿足先回填路基后澆筑樁基的施工需要，在樁周設計了鋼筋混凝土護壁。

4) 不良地質(zhì)處理。

溶洞底的不良地質(zhì)主要為K14+360~380段的新近粘土層，體積約2 600 m3，采用清除粘土層并換填干砌片石的方法進行處治。

5) 襯砌結(jié)構(gòu)設置。

在設置縱橫梁的段落，2次襯砌斷面采用平底結(jié)構(gòu)；其他段落2次襯砌仍采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造價較低的曲仰拱襯砌。在單側(cè)樁基地段，承臺板嵌入另一側(cè)穩(wěn)定巖壁的深度不宜小于2.5 m。隧道拱部脫空較高或圍巖點帶式接觸地段，宜設置獨立護拱及緩沖層[5]。為消除不均勻沉降造成的影響，隧道襯砌結(jié)構(gòu)縱向每隔10 m設置1道沉降縫[6]。

3.4方案比選

3種方案的技術(shù)經(jīng)濟比較如表1所示。

表1　3種方案技術(shù)經(jīng)濟對比

由表1可以看出，橋梁方案施工及運營期間風險較高，改線方案地質(zhì)不可控風險高，而回填方案技術(shù)可行、風險較小，故最終確定選擇回填方案進行處治。

4結(jié)束語

巖溶處治所遵循的基本原則是“方案合理、結(jié)構(gòu)安全、保持水環(huán)境、施工易操作、工程成本低”[8]。但對于具體溶洞的處治，則必須在查明其分布狀況、發(fā)育形態(tài)、填充狀況、地下水運動規(guī)律等的基礎上，根據(jù)實際情況綜合確定。本文針對那丘隧道大型廊道廳堂式溶洞的處治進行了方案比選介紹，希望能給類似工程溶洞處治提供參考。

參 考 文 獻

[1]中交公路規(guī)劃設計院.JTG D62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中交第一公路工程局有限公司.JTG F10—2006公路路基施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]艾尼瓦爾·艾力. 高等級公路填石路堤的施工與質(zhì)量控制初探[J].民營科技，2009(4)：156.

[4]中交第二公路勘察設計研究院.JTG D30—2004公路路基設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]重慶交通科研設計院.JTG D70—2004公路隧道設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[6]中交第一公路工程局有限公司.JTG F60—2009公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[7]中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[8]黃鈞鈺.隧道巖溶處治技術(shù)探討[J].建材與裝飾，2010(8)：364-366.

Comparison and Selection of Treatment Schemes for Hall Type Caves in Corridor of Naqiu Tunnel

HUANG Yinchao1, WANG Shaohui2, YANG Fenghua3

Abstract:Karst geology brings large safety hidden trouble to construction and operation safety of tunnels and must be properly treated, while treatment of large caves is particularly complicated and shall be considered comprehensively. With the treatment for hall type caves in corridor of Naqiu Tunnel on Yongshun-Jishou Expressway, this paper introduces the methods to select treatment schemes for large caves to provide a reference for similar projects.

Keywords:cave; treatment; scheme; comparison and selection

文章編號：1009-6477(2016)01-0109-04

中圖分類號：U459.2

文獻標識碼：B

作者簡介：黃胤超(1980-)，男，湖南省汨羅市人，本科，工程師。

收稿日期：2015-05-11

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.024