巖溶地貌隧道不穩(wěn)定溶洞處治措施

李 軍，蘇煥全，湯興文

(廣西長(zhǎng)長(zhǎng)路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530001)

巖溶地貌隧道不穩(wěn)定溶洞處治措施

李 軍，蘇煥全，湯興文

(廣西長(zhǎng)長(zhǎng)路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530001)

我國(guó)西南地區(qū)多為喀斯特地形地貌，受此地貌特點(diǎn)的影響，在高速公路隧道施工中常遇到巖溶等地質(zhì)構(gòu)造，其中部分溶洞處治存在較大的施工風(fēng)險(xiǎn)及眾多不確定因素，需針對(duì)該地貌特點(diǎn)，合理制定溶洞的處治方案，并在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化工藝，進(jìn)一步提高喀斯特地貌山區(qū)高速公路施工技術(shù)水平。

溶洞處治；高風(fēng)險(xiǎn)；埋置式；強(qiáng)支護(hù)

0 引言

廣西某高速公路地處喀斯特地貌區(qū)，主要地貌類型有巖溶峰叢地貌、侵蝕堆積河流階地地貌、剝蝕殘丘地貌，路線址區(qū)多發(fā)育有溶洞、落水洞、溶蝕裂隙、地下暗河等，當(dāng)隧道穿過(guò)不良地址段施工時(shí)，溶洞、溶腔是最不容忽視的，尤其是對(duì)于不穩(wěn)定的、規(guī)模較大的溶洞施工，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)和較高的施工難度，現(xiàn)結(jié)合某高速公路隧道實(shí)際情況對(duì)此類溶洞的處治措施進(jìn)行闡述。

1 工程概況

謝家峒隧道為分離式隧道，進(jìn)洞口位于橫財(cái)峒村西側(cè)，出洞口位于悶水蔸

水庫(kù)一側(cè)。左線起止樁號(hào)為ZK27+735～ZK29+002，右線起止樁號(hào)為YK27+735～YK29+057。隧道采用從出口端向進(jìn)口端掘進(jìn)施工，2011年3月27日正式進(jìn)洞，施工過(guò)程中遇到了大量的溶洞，溶洞規(guī)模時(shí)大時(shí)小，部分溶洞甚至連通地下河，且根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的隧道底板的物探資料顯示，底部也存在大量的、大小不一的溶洞，足以說(shuō)明該隧道是從溶洞群里通過(guò)。隧道掘進(jìn)至2011年6月2日，揭露ZK28+817溶洞，該溶洞從隧道路面起算高約36 m，隧道路面至溶洞底部約13 m，向隧道右線方向延伸，延伸長(zhǎng)度無(wú)法探明，而后于2011年7月1日隧道右線揭露YK28+878溶洞(以下簡(jiǎn)稱“大溶洞”)，與左線的ZK28+817相連通，溶洞長(zhǎng)度約70 m，沿隧道走向縱向跨度52 m，高約48 m，溶洞底部有水，根據(jù)設(shè)計(jì)單位提供的隧道底板的物探資料顯示，底部有地下河貫穿，該溶洞揭露后曾發(fā)生大規(guī)模坍塌，塌方量達(dá)3萬(wàn)m3，且大規(guī)模坍塌后仍不時(shí)有掉塊現(xiàn)象，溶腔壁圍巖表面唧泥，頂板圍巖水平層狀明顯，洞壁坍塌后仍有明顯裂縫，雨季洞內(nèi)滲水嚴(yán)重，溶腔壁的圍巖是否穩(wěn)定還缺乏可靠的依據(jù)，存在繼續(xù)浸水滲透失穩(wěn)坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，若按正常工藝施工將危及施工人員的生命安全。大溶洞方位示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 大溶洞方位示意圖

2 方案比選

通常的隧道溶洞處治多采用加強(qiáng)超前支護(hù)的方式來(lái)保證溶洞施工過(guò)程的安全，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，此種工藝方案僅適用于規(guī)模較小、有填充物或溶腔壁較穩(wěn)定僅發(fā)生填充物塌落或小掉塊的溶洞，此類溶洞溶腔壁的圍巖穩(wěn)定情況有可靠的依據(jù)，施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)具有較大的可預(yù)見(jiàn)性，施工安全具有較可靠的保障。而謝家峒隧道大溶洞規(guī)模大，無(wú)填充物，溶腔壁的圍巖是否穩(wěn)定缺乏可靠的依據(jù)，溶腔邊界條件不明了，施工風(fēng)險(xiǎn)不可預(yù)見(jiàn)，一般的超前支護(hù)方案無(wú)法實(shí)施，施工保護(hù)性措施無(wú)法落實(shí)，存在極大的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)性措施需采取新工藝進(jìn)行施工。經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)方案的安全、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的比選、論證，確定了“先回填后通過(guò)”的埋置式施工方案。

3 施工方案及工序

大溶洞總體的處治措施是在溶洞內(nèi)澆筑混凝土外殼，使之形成穩(wěn)定圍巖體系，足以抗擊施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中石塊掉落對(duì)隧道的影響，然后采取短進(jìn)尺、分臺(tái)階開(kāi)挖掘進(jìn)的方法，加強(qiáng)初期支護(hù)，完成后進(jìn)行隧道基地處理，最后施工隧道襯砌結(jié)構(gòu)。隧道埋置于穩(wěn)定的圍巖，和溶洞形成有效隔離，以確保施工及運(yùn)營(yíng)安全。其總體施工工序流程見(jiàn)圖2。

圖2 總體施工工序流程圖

4 實(shí)施過(guò)程

4.1 大溶洞周邊加固

對(duì)大溶洞進(jìn)行施工前，先對(duì)隧道路線上與大溶洞兩端相接部分各10 m長(zhǎng)度范圍進(jìn)行拓寬、加強(qiáng)支護(hù)，并完成二次襯砌的施工，以確保溶洞腔壁穩(wěn)定及為施工人員提供安全掩體。由于該部分之前已按原設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，所以必須擴(kuò)挖才能達(dá)到加強(qiáng)的目的。施工時(shí)采取弱爆破工藝，且爆破后立即進(jìn)行初噴處理，對(duì)部分欠挖位置初噴后用機(jī)械炮錘或風(fēng)鎬進(jìn)行處理，通過(guò)初噴能有效防止小掉塊，可為施工人員爭(zhēng)取撤離時(shí)間。

4.2 對(duì)溶洞內(nèi)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

大溶洞施工過(guò)程中需加強(qiáng)圍巖的觀測(cè)，安排有經(jīng)驗(yàn)的施工人員24 h值班跟蹤施工情況，詳細(xì)記錄施工情況及溶腔壁圍巖落石變化情況，溶腔內(nèi)布置4～6盞探照燈，并在溶洞與隧道兩端交接處各安裝一臺(tái)攝像頭對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)及溶洞腔壁進(jìn)行觀測(cè)，隨時(shí)了解和記錄溶腔壁及施工中的具體情況。

4.3 大溶洞回填

先對(duì)溶洞口大樁號(hào)一側(cè)的場(chǎng)地進(jìn)行平整和適當(dāng)?shù)膲簩?shí)，對(duì)隧道軸線范圍內(nèi)的溶腔采用碎石回填，從溶腔兩側(cè)進(jìn)行施工，然后進(jìn)行泵送混凝土回填施工。

謝家峒隧道大溶洞混凝土回填施工情況如圖3所示。

圖3 謝家峒隧道大溶洞混凝土回填施工示意圖

碎石和混凝土回填情況見(jiàn)圖4。

圖4 碎石和混凝土回填示意圖

如圖4所示，為碎石和混凝土回填的最佳狀態(tài)，與溶腔壁圍巖成一斜角相交，可以抵御因偏壓引起的圍巖壓力對(duì)隧道主體造成的危害，由于下部為碎石松散體，在反開(kāi)挖的過(guò)程中可以采用機(jī)械開(kāi)挖，以減少爆破施工對(duì)溶腔的擾動(dòng)。

4.4 主洞反開(kāi)挖、初期支護(hù)

開(kāi)挖工作采用機(jī)械炮錘、風(fēng)鎬開(kāi)挖與人工開(kāi)挖配合，嚴(yán)禁采取爆破作業(yè)，避免溶洞范圍巖層失穩(wěn)掉落。開(kāi)挖嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺，分三臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖，每循環(huán)≤50 cm。開(kāi)挖完成后立即進(jìn)行型鋼支護(hù)及噴錨施工，嚴(yán)格控制初期支護(hù)噴射混凝土的厚度及拱架安裝的間距、垂直度。對(duì)初支需采用噴射混凝土填充密實(shí)，隧道左側(cè)與圍巖接觸部位設(shè)置6 m長(zhǎng)的中空錨桿加固措施，保證此部分圍巖的穩(wěn)定性。對(duì)已經(jīng)施工好初支的段落加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)的工作，認(rèn)真分析量測(cè)數(shù)據(jù)，使監(jiān)控量測(cè)在開(kāi)挖施工中起到指導(dǎo)性的作用，為施工過(guò)程提供安全保障。

4.5 地基處理

謝家峒隧道大溶洞地基采用復(fù)合式加固措施，對(duì)隧道底部軸線范圍內(nèi)溶洞懸空面施打鋼管樁，采用φ127×8mm無(wú)縫鋼管，間距100×100cm梅花形布置，帶自進(jìn)式鉆頭的方法施工。施工過(guò)程需控制好管樁的垂直度，若發(fā)生斷樁或塌孔等導(dǎo)致樁長(zhǎng)不足的現(xiàn)象，需在原管位附近重新施工新的管樁。鋼管樁施工完成后，采用M30水泥砂漿充填。地基處理完畢后需進(jìn)行沉降觀測(cè)，待沉降收斂達(dá)到要求后方可施工襯砌結(jié)構(gòu)。

4.6 襯砌施工

二襯施工緊跟初支施工，每完成6～8m初支需完善二次襯砌混凝土施工后，才繼續(xù)向前掘進(jìn)。

圖5 襯砌施工示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

謝家峒隧道大溶洞成功采用回填保護(hù)殼將隧道填埋的工藝，其工藝在廣西尚屬首次，該項(xiàng)施工工藝在廣西隧道溶洞處理中是首件成功工程典范。廣西西部、西北部及貴州、云南省等大部分地區(qū)由于受喀斯特地形地貌的影響，在隧道施工中會(huì)出現(xiàn)不同規(guī)模、不同特點(diǎn)的溶洞，因此，此次成功的施工經(jīng)驗(yàn)極具經(jīng)濟(jì)性，有推廣價(jià)值。

在巖溶發(fā)育地區(qū)進(jìn)行隧道施工時(shí)，合理確定溶洞的處理方案，遵循溶洞處理原則，對(duì)控制工程量、控制投資、降低施工風(fēng)險(xiǎn)、確保工程質(zhì)量是必不可少的?？λ固氐孛矃^(qū)的公路隧道由于開(kāi)挖斷面大，巖溶影響區(qū)域大，設(shè)計(jì)溶洞施工方案時(shí)一定要保證溶洞處理的合理性，并在實(shí)踐中進(jìn)一步優(yōu)化喀斯特地貌區(qū)隧道溶洞處治工藝，提高隧道溶洞施工技術(shù)水平。

[1]王夢(mèng)恕.中國(guó)隧道及地下工程修建技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2]洪開(kāi)榮.山區(qū)高速公路隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]JTG F60-2009，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范[S].

Treatment of Unstable Karst Cave in Karst Topography Tunnel

LI Jun，SU Huan-quan，TANG Xing-wen

(Guangxi Changchang Road & Bridge Construction Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi，530001)

The southwest of China is mostly karst topography，thus being influenced by such geomorphic features，the karst and other geological structures are often encountered in the construction of expressway tunnels，the treatment of some caverns has large construction risk and many uncertainties，which requires reasonably formulating the cave treatment plan in view of the characteristics of such geomorphology，as well as summing up experiences and optimizing the technology during practices，thus further improving the expressway construction technology level in karst mountainous area.

Cave treatment；High risk；Embedded type；Strong support

李 軍(1980—)，高級(jí)工程師，碩士，主要從事工程管理工作；

蘇煥全(1981—)，高級(jí)工程師，主要從事工程管理工作；

湯興文(1987—)，助理工程師，主要從事工程管理工作。

U456.3

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.11.011

1673-4874(2016)11-0057-03

2016-10-25