淺析畢都高速公路巖溶區(qū)隧道溶洞處理技術(shù)

唐發(fā)明

（廣東核力工程勘察院，廣東廣州510800）

巖溶溶洞主要是因?yàn)橛锌扇苄詭r石受到溶蝕地表水以及地下水甚至是機(jī)械作用下，形成地下溶蝕，出現(xiàn)溶洞結(jié)構(gòu)主要是溝槽和裂縫以及暗河。在施工路段，巖體溶蝕裂縫發(fā)育較為頻繁，同時很容易出現(xiàn)斷層和破碎帶，甚至是出現(xiàn)溶蝕空洞。對施工會造成嚴(yán)重危害的有洞害、水害、溶腔、坍塌等等。現(xiàn)在主要分析針對這些問題的處理措施。

1 工程概況

杭州至瑞麗公路貴州境畢節(jié)至都格（黔滇界）段第1合同段，位于貴州省西北部山區(qū)，總體走向?yàn)槟媳毕颍瘘c(diǎn)為畢節(jié)市鴨池鎮(zhèn)龍?zhí)哆吷紭鋸澮粠?，路線由鴨池、朱昌、花廠進(jìn)入納雍縣境內(nèi)，經(jīng)東關(guān)、維新、董地、化作至該工程終點(diǎn)納雍縣龍場鎮(zhèn)。全長47.123km（右線貫通）。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為四車道高速公路，路面寬度24.50m，設(shè)計(jì)車速80km/h。

2 溶洞處理不適會造成的災(zāi)害

對溶洞處理過程中，處置不合理經(jīng)常會造成施工和運(yùn)營災(zāi)害，在施工中主要會出現(xiàn)的危害是：第一，隧道內(nèi)支護(hù)、圍巖出現(xiàn)斷裂和變形一直到失穩(wěn)，坍塌。第二，影響工程進(jìn)度，這種會危害施工人員或者機(jī)械設(shè)備安全，出現(xiàn)工程要持續(xù)增加投資的問題。同時因?yàn)槭┕げ划?dāng)也會造成水文地質(zhì)中地下徑流改變，古巖溶被激活。出現(xiàn)新的出水點(diǎn)，各種在發(fā)育中的巖溶會加速成長。整個場區(qū)內(nèi)的水文條件受到惡化，由于環(huán)境惡化和水位下降，植被減少地表砂土有流失問題。在某隧道施工中，在運(yùn)行后期因?yàn)殚L期涌水，使得隧道頂部有48處泉水干枯，甚至出現(xiàn)塌陷，居民和牲畜飲水都受到惡化，嚴(yán)重影響社會效益。

3 隧道熔巖治理措施

在隧道工程中的溶巖治理上主要使用加固洞穴以及跨越、引排截堵、清除填充物等多種技術(shù)對熔巖水進(jìn)行綜合治理。針對各種溶洞形態(tài)，結(jié)合會出現(xiàn)的危害，主要分析下列危害。

（1）為了適應(yīng)隧道內(nèi)保護(hù)環(huán)境的要求，對于溶巖水可以使用堵為主的施工方式，同時依據(jù)水量和襯砌條件，使用超前帷幕堵水和抗水壓襯砌等多種方式。要處理的重要問題是保證溶洞穩(wěn)定，從而使得支護(hù)結(jié)構(gòu)更加安全，在施工和運(yùn)行時不會因?yàn)槿芏刺：φ麄€工程的安全。

（2）處理好巖溶水，隧道在修筑過程中會切斷原有的水道，改變地下徑流。假如此部分巖溶水施工不當(dāng)，在修筑過程中會因?yàn)橛克斐墒┕l件惡化，危害人員以及設(shè)備安全、破壞初期襯砌，出現(xiàn)工程延期的問題。在運(yùn)行中出現(xiàn)漏水問題也會造成附近區(qū)域水井干涸，植被枯萎，從而影響群眾的生存。熔巖水處理在隧道運(yùn)行安全、生態(tài)良好這些方面都有重要作用。

（3）巖溶塌陷處理。隧道在施工中，會有穿越巖溶塌陷地段的狀況，塌陷物中有碎石和軟塑粘土，這些堆積物通常為松散狀，容易造成塌陷，穩(wěn)定性極差。這些問題不僅增加了隧道支護(hù)開挖難度，同時也為以后整體下沉造成隱患。

3.1 小型溶洞處理方式

此種主要是斷面發(fā)育不大，在掘進(jìn)過程中較為常見。隧道和溶洞之間的關(guān)系和處置方式以及范圍有重要關(guān)系。

拱腰之上的小溶洞。這種溶洞在隧道開挖前較為常見，經(jīng)常會發(fā)育在拱腰之上，發(fā)育深度在2m之下，洞內(nèi)沒有積水，或者水量極小。溶腔小，同時對隧道穩(wěn)定性影響不大。此類溶洞主要使用回填的方式進(jìn)行處理，可以使用混凝土回填。為了消除混凝土和洞壁間的粘連而產(chǎn)生的壓力，在回填之前使用高壓水沖洗洞壁中的殘留，這種方式減少出現(xiàn)洞壁和混凝土分離的問題。依據(jù)溶洞自身大小，在洞壁四周使用錨桿固定，每個錨桿之間的距離為1～1.5m，形狀為梅花型，長度可以依據(jù)實(shí)際情況使用2.5m的，同時要保證深入圍巖在1m之上，初期支護(hù)可以注入漿管，等到完全填滿之后依據(jù)要求進(jìn)行襯砌。

邊墻溶洞。此種溶洞，對于隧道整體穩(wěn)定性影響小，可以依照溶洞大小使用回填處理。此種溶洞可以使用片石回填，深度在2m之上的要回填滿；發(fā)育中的溶洞，回填厚度要在2m之下。要想排除溶洞內(nèi)的地下水，通過側(cè)水溝和透水管相互連接，同時直徑依據(jù)確定好的水量進(jìn)行分析。

底部發(fā)育溶洞。底部出現(xiàn)的小型溶洞處理較為簡單，原則上要全部回填。有軟弱填充物時一定要全部清除，這種方式防止出現(xiàn)整體下沉。發(fā)育長度比隧道寬同時會出現(xiàn)水流的，在基地設(shè)置好透水管，管徑依據(jù)水量確定。

3.2 大型溶洞處理

大型溶洞主要是面積大，發(fā)育深的溶洞，在回填中工程量大，此種都不使用回填。溶洞壁中經(jīng)常會因?yàn)楫a(chǎn)生坍塌，因此有較多危巖石，也有溶洞被軟陷物填充。一般使用加固和填筑漿這些進(jìn)行處理。

拱腰之上的大溶洞。在拱腰之上的溶洞，一般深度在2m之上，同時溶洞寬度也會小于開挖面，溶洞內(nèi)部沒有填充物或者只有小部分填充物的要及時處理。距離襯砌較近的可以使用混凝土澆筑，最薄也要大于50cm，兩側(cè)可以嵌入巖石，深度要在50cm；對于重要部位可以使用鋼筋，同時要在兩頭做錨桿，錨桿在巖石內(nèi)的深入一定要在1.5m之上，在施工中我們可以使用模板進(jìn)行澆筑，之后對原設(shè)計(jì)支護(hù)噴射混凝土以及鋼筋網(wǎng)，同時也可以在施工之前先進(jìn)行襯砌。為了防止洞壁出現(xiàn)塌陷，對初期支護(hù)造成嚴(yán)重沖擊，在混凝土板上可以堆填沙袋。施工前對會產(chǎn)生影響的危巖全部清除，同時可以對洞壁的錨桿以及噴射混凝土實(shí)施支護(hù)。溶洞內(nèi)部有水時，施作中預(yù)埋好排水管，隧道邊墻引入溝中。見圖1。

在發(fā)育中在拱腰之上的溶洞，因?yàn)槭┕ぶ杏兴缮⒌目逅铮砸陂_挖之前超前支護(hù)。在施工前先使用超前小導(dǎo)管，長度可以依據(jù)溶洞確定。在開挖中可以使用預(yù)裂爆破，在施工初期進(jìn)行加強(qiáng)，也可以使用工字鋼架拱，同時要保證密度適合，通常會在50cm，在鋼架基腳位置可以擴(kuò)挖，使用這種方式保證基礎(chǔ)牢固，同時使用鎖腳錨桿，鋪好鋼筋網(wǎng)。對于二次襯砌可以依據(jù)發(fā)育實(shí)際狀況，使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。要想排出溶洞內(nèi)的積水，要埋入透水管。

基礎(chǔ)和路面之下的溶洞，和隧道相交同時規(guī)模較大的溶洞，在溶洞內(nèi)部有大量填充物同時有不穩(wěn)定坍塌物時，因?yàn)樘畛湮飶?qiáng)度低，穩(wěn)定性差，在開挖過程中經(jīng)常會發(fā)生突水和突泥等危險(xiǎn)，危害施工安全。要想保證施工順利進(jìn)行，可以使用超前長管棚對內(nèi)部填充物進(jìn)行高壓注漿，使用這種方式保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，隧道安全。隧道填充物也可以依據(jù)實(shí)際狀況，使用換填進(jìn)行處理。對于軟層深的，使用樁基托梁處理。在樁基處理中設(shè)置在二次襯墻腳下，端部嵌入穩(wěn)定巖體，主要是承受襯砌以及圍巖中的垂直載荷，避免因?yàn)樗淼啦痪鶆虺霈F(xiàn)沉降。要想保證施工安全，要在長管棚保護(hù)中進(jìn)行基樁軟弱位置的施工，一直到支護(hù)施工完成之后，重新進(jìn)行人工挖孔樁和橫梁?？v梁、橫梁等都要達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度才可以進(jìn)行全面施工，進(jìn)行仰拱鋪設(shè)和二次襯砌?？v橫梁要同時澆筑，在橫梁中要預(yù)留出仰拱鋼筋。要想抱枕施工安全，在開挖后的基礎(chǔ)部分使用貧砼整平。見圖2。

圖2 溶洞充填物換填處理圖

洞內(nèi)沒有出現(xiàn)填充物，依據(jù)實(shí)際使用鋼筋混凝土梁跨繞。溶洞某個方向上的寬度變窄時，使用鋼筋跨越，梁體高度在50～100cm，下部使用漿體片石回填，同時在施工中預(yù)留出透水管。溶洞內(nèi)發(fā)育較寬，使用擴(kuò)大樁基，同時設(shè)置混凝土梁進(jìn)行跨越。

隧道下發(fā)育中有大規(guī)模溶洞，溶蝕溶洞頂部到隧道巖層厚度對隧道安全出現(xiàn)威脅時，可以對溶洞進(jìn)行加固，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，使用漿砌片石作為擋墻，同時要做好過水涵洞，堵好原有的過水通道。

4 強(qiáng)化施工勘探和安全監(jiān)控

巖溶有隱蔽性的特征，工程勘探過程中，要對巖溶的發(fā)育和特征以及規(guī)模這些都要有深刻認(rèn)識。在設(shè)計(jì)中，地質(zhì)勘查一定要深入細(xì)致施工的重要前提，同時也是不可缺失安全保證。在施工開挖后，巖溶發(fā)育特征以及規(guī)模等都會更加清晰，這時一定要依據(jù)巖溶地質(zhì)動態(tài)追蹤進(jìn)行設(shè)計(jì)。在切方路，一定要挖到設(shè)計(jì)要求之后才可以進(jìn)行物探、鉆探以及驗(yàn)槽等這些工作。在對橋梁基礎(chǔ)使用巖溶巖體，為以后的開挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或者選樁基作為端承柱時，首先要保證橋梁基礎(chǔ)可以到標(biāo)高，同時依據(jù)變化中的地質(zhì)進(jìn)行物探、驗(yàn)槽和鉆探。在隧道施工中主要使用TSP和TGP等這些物探技術(shù)，以及超前鉆孔，探明前方熔巖的發(fā)育狀況，特別是要使用超前鉆孔查清有沒有會發(fā)生突涌。

5 小結(jié)

使用這種施工方式，在對杭州至瑞麗公路貴州境畢節(jié)至都格段的施工中的溶洞都進(jìn)行處理，從實(shí)際運(yùn)行效果可以看出，施工速度快，同時工程成本較低，安全穩(wěn)定。因此每個溶洞都會因?yàn)槎囱ù笮『吞畛淝鍥r等各種問題產(chǎn)生不確定性，但是只要技術(shù)人員使用基本原則，結(jié)合現(xiàn)場施工條件，綜合處理一定可以得到良好效果。