那丘隧道大型廊道廳堂式溶洞處治技術(shù)研究

宋 立 顏佳林

（中交一公局集團華北分公司，北京 100020）

我國是世界上巖溶分布最為廣泛的國家之一，尤其在我國的中部和西南地區(qū)巖溶地貌十分常見。隨著我國中部崛起和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的推進，大量的基礎(chǔ)設(shè)施開始在中西部地區(qū)興建。因此，在上述地區(qū)修建隧道時，經(jīng)常會碰到巖溶地形。由于前期勘察中難以準確確定溶洞的位置，導(dǎo)致在隧道施工過程中易發(fā)生塌方、涌水和突泥等工程事故，給隧道的施工安全造成嚴重威脅[1]。針對巖溶地區(qū)隧道施工過程中遇到的各種問題，許多工程師提出了有效的處理方案。采用地質(zhì)雷達探測技術(shù)對霍永高速某隧道的周邊溶洞進行了探測，利用雷達波在不同介質(zhì)中波形振幅的差異特性，通過分析波形圖來預(yù)測溶洞位置，驗證了雷達技術(shù)在溶洞預(yù)測中的準確性與可靠性[2]；采用樁板結(jié)構(gòu)和在基巖中置剛性樁的方法對云桂鐵路富寧隧道中遭遇大型半充填溶洞進行處治[3]。王對于隧道施工中遇到小型溶洞的回填處理的方式進行了總結(jié)。針對謝家峒隧道的大型廳堂式溶洞采用了架設(shè)保護架、加固復(fù)合地基，設(shè)置隧道緩沖層的處治方案。通過對巖溶隧道施工中的重點參數(shù)進行分析，提出了可以應(yīng)用于巖溶隧道的溶洞、暗河處理技術(shù)。通過對拉之洞隧道溶洞涌泥概況及處理措施進行分析，得出了可以用于防治巖溶隧道施工過程中發(fā)生突水突泥災(zāi)害的方案。采用預(yù)先處理或者溶腔揭示后的施工處理技術(shù)，對云霧山隧道在施工過程中遇到的溶洞群進行了相應(yīng)的處理，取得了良好的效果。

上述巖溶隧道施工方案和溶洞處治技術(shù)大多是針對普通巖溶隧道提出的，而對于巖溶地區(qū)比較罕見的廊道廳堂式溶洞，目前相應(yīng)的處治技術(shù)還不夠成熟。針對這一現(xiàn)狀，本文以湖南那丘隧道修建過程中所遇到的廊道廳堂式溶洞為研究對象，通過對在該隧道成功應(yīng)用的處治方案進行總結(jié)分析，提出一套可以廣泛用于處理廊道廳堂式溶洞的處治技術(shù)，為類似巖溶隧道施工提供了有效參考。

1 工程概況

1.1 工程簡介

那丘隧道位于湖南省永順縣芙蓉鎮(zhèn)，為雙洞單向交通隧道，左右洞測設(shè)線間距2.98～29.8 m，永順端屬于連拱隧道 （共計37 m），采用8 m長削竹式連拱洞門，吉首端屬于分離式隧道，采用l0 m長削竹式洞門及5 m長明洞。主洞凈寬10.25 m，凈高5 m。

隧道穿越的山地海拔高程在450～650 m之間，地表水系主要為隧道永順端洞口附近的猛洞河，隧道范圍內(nèi)巖溶塌陷坑共計26個，受大氣降水補給及地形的影響，單個坍陷坑匯水面積均較小，隧道場地在200～650 m的高程范圍內(nèi)，巖溶發(fā)育有巖溶漏斗、落水洞、豎向巖溶和豎向溶蝕裂隙等。巖溶發(fā)育導(dǎo)致隧道遭受滲水、涌水等災(zāi)害，圍巖的穩(wěn)定性也大大降低。

1.2 廊道廳堂式溶洞發(fā)育情況

隧道左洞開挖至樁號為 （K14+350～520） 段時，遇一廊道廳堂式溶洞，溶洞沿隧道走向方向長170 m，基本在左洞左側(cè)發(fā)育，溶洞東西兩端各發(fā)育有過水通道，雨季時水流各自流向兩端。溶洞底板前后端基本呈水平狀，中部以35度左右坡度上升。溶洞頂板大部分位于隧道中部，小部分位于隧道頂以上10 m且形狀不規(guī)則。溶洞第一段主要為第四系的巖溶塌陷物和第四系之前形成的膠結(jié)層，第二段主要為膠結(jié)層，第三段主要為巖溶塌陷物。溶洞底板為完整的奧陶系下新統(tǒng)灰?guī)r，微風(fēng)化，巖石強度高，致密堅硬，溶蝕不明顯。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，沿裂隙局部有風(fēng)化，存在不穩(wěn)定塊體，洞頂發(fā)育有鐘乳石。溶洞平面位置圖如圖1所示。

圖1 溶洞平面位置圖

2 隧道穿越溶洞的技術(shù)難點

隧道在穿越樁號為 （K14+350～520） 的廊道廳堂式溶洞時會給設(shè)計和施工帶來很大風(fēng)險，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1） 溶洞內(nèi)拱涵要根據(jù)溶洞內(nèi)地形設(shè)置，縱坡設(shè)置較大且所處坡面較陡，不利于大型機械展開施工，施工難度大；

（2） 地質(zhì)情況復(fù)雜導(dǎo)致路基回填方案多，施工工藝復(fù)雜且存在交叉施工，施工設(shè)計難度高；

（3） 樁基需設(shè)立于溶洞內(nèi)陡坡上且無工作面；

（4） 溶洞與隧道距離近，需考慮圍巖爆破開挖對溶洞穩(wěn)定性的影響，因此爆破控制難度大，爆破設(shè)計是重點。

3 溶洞處治方案

根據(jù)設(shè)計圖紙意圖，決定采用路基回填、設(shè)置拱涵、樁基與框架梁、爆破開挖隧道，安全快速地通過溶洞地段。

3.1 拱涵施工

拱涵豎井部分必須與路基回填配合施工，豎井施工模板需有一套內(nèi)模和外模，施工方法可參考樁身護壁，分節(jié)施工。豎井砼強度應(yīng)達到設(shè)計要求后才能進行洞渣回填施工，豎井周圍洞渣不可采用機械壓實，應(yīng)人工采用小型夯機壓實，壓實度應(yīng)符合設(shè)計要求。拱涵施工圖如圖2所示。

圖2 拱涵施工圖

3.2 路基回填

溶洞內(nèi)路基回填采用干砌片石、漿砌片石、洞渣回填、砼填充、級配碎石、片石砼?？紤]到回填部位溶洞不規(guī)則，機械壓實有局限，洞渣回填后可能產(chǎn)生沉降，需進行注漿加固處理，干砌片石表面應(yīng)采用砂漿抹縫，并做一層薄砂漿封層。在洞渣回填過程中先預(yù)埋Φ42×3.5 mm鋼花管，路基回填完畢，進行沉降觀測，發(fā)現(xiàn)沉降過大立即對其注漿加固。漿砌片石、洞渣回填、砼填充存在交叉施工，施工過程中應(yīng)進行合理安排，防止不同工班組之間出現(xiàn)相互干擾。

3.3 樁基、框架梁施工

3.3.1 樁基施工方案

溶洞內(nèi)共設(shè)置9根樁基支撐上部結(jié)構(gòu)，其中1至3號樁基設(shè)置于鋼筋砼擋墻基礎(chǔ)底部，樁身底部采用擴大基礎(chǔ)；9號樁基設(shè)置于鋼筋砼基礎(chǔ)底部，4至8號樁基設(shè)置于縱橫框架梁底部，樁身底部采用嵌巖樁基礎(chǔ)。樁基斷面尺寸為1.2 m×1.5 m矩形結(jié)構(gòu)，樁基護壁采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，4至8號樁身設(shè)置鋼筋砼縱橫系梁，系梁端部嵌入基巖，斷面尺寸為1.0 m×1.2 m矩形結(jié)構(gòu)。

1至3號樁基為擴大基礎(chǔ)樁，在路基回填施工過程中，可同步施工擴大基礎(chǔ)。考慮1、2、3樁基的設(shè)計標高逐漸增高，可依次由下部向上部施工，即1號、2號、3號的順序施工。4至8號樁基分別位于縱橫框架梁下部，考慮縱橫框架梁的施工難度較大，且進度較慢，優(yōu)先考慮4至8號嵌巖樁基的施工，待達到縱橫框架梁的設(shè)計標高后，再次施工框架梁。9號樁基位于鋼筋砼底部，屬于嵌巖樁基，樁身較長，應(yīng)與路基回填同步施工。

3.3.2 框架梁施工方案

縱橫框架梁設(shè)置范圍為K14+381～419段，共38 m?？v橫框架梁采用鋼筋砼結(jié)構(gòu)，縱橫梁斷面尺寸為1.5 m×1.5 m。縱橫梁頂部設(shè)置30 cm厚鋼筋砼面板。

4至8號樁基設(shè)置縱橫框架梁，其中4號樁基較長，施工難度大，在優(yōu)先施工4至8樁基過程中，可盡早施工縱橫框架梁，以不影響下道工序的施工?？蚣芰翰贾脠D如圖3所示。

圖3 框架梁布置圖

3.4 隧道通過巖溶地帶施工方案

K14+350～520段溶洞內(nèi)隧道開挖一般情況可采用短臺階法開挖，隧道與溶洞壁交叉時只能局部修整一次成型，這對圍巖開挖的爆破控制要求非常高，爆破設(shè)計是重點，但不同情況爆破參數(shù)不一樣，需根據(jù)圍巖情況隨時進行調(diào)整。

隧道與溶洞壁交叉段必須先進行砼擋墻施工，以抵抗圍巖對初期支護形成的偏壓，初期支護完成后，應(yīng)加緊施工鋼筋砼護拱、泵送砼施作。在施工鋼筋砼護拱、泵送砼過程中應(yīng)控制砼澆筑速度和一次澆筑的數(shù)量，防止因砼自重和砼對初期支護沖擊力過大，使其產(chǎn)生變形。

4 結(jié)語

廊道廳堂式溶洞由于空洞體積大、分布范圍廣、填充物復(fù)雜等諸多難點，成為巖溶隧道施工中最難處理的一種溶洞類型。通過對那丘隧道開挖過程中遇到的廊道廳堂式溶洞的位置、體積、填充狀況、發(fā)育情況進行深入勘察，針對溶洞的不同部位，采用了拱涵、回填、樁基和框架式橋梁等不同處置方法，取得了良好的施工效果。相關(guān)的處理經(jīng)驗和方案可以為今后類似工程的施工提供參考。