貴州六枝至安龍高速公路華竹山隧道大溶洞治理

田聽(tīng)雨

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽(yáng)市 110166)

1 工程概況

六枝至安龍高速公路按照設(shè)計(jì)時(shí)速為80km/h的雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，隧道建筑限界凈寬為(0.75+0.5+2×3.75+0.75+0.75)m=10.25m，建筑限界凈高5.0m[1]，隧道折合整幅長(zhǎng)為864m。

2 地質(zhì)概況

隧道區(qū)屬中山構(gòu)造溶蝕、剝蝕、峰叢地貌，地表植被主要為灌木雜草，局部基巖裸露，項(xiàng)目區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)溫暖濕潤(rùn)氣候，降雨的年內(nèi)分配也極不均勻，大部分集中在5～9月，其多年平均降雨量為1198.6mm，占全年年均降雨量的77.6%，一年中6月份最多317.7mm。降雨的年際變化也較大，最高達(dá)2341.7mm(1983年六枝站)。

區(qū)域地層為三疊系中統(tǒng)法郎組(T2f)：巖性上部為灰、灰黃色中厚層砂質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖間夾細(xì)砂巖和頁(yè)巖，厚177m；下部為深灰色，中厚層隱晶灰?guī)r，時(shí)含泥質(zhì)或呈泥灰?guī)r夾層，灰?guī)r中縫合線發(fā)育。三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第三組(T2g3)灰色，中厚層白云巖夾白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶角礫巖較發(fā)育。

根據(jù)野外調(diào)查及鉆探，隧道區(qū)出露地層為三疊系中統(tǒng)法郎組(T2f)灰?guī)r, 巖石產(chǎn)狀為30°∠72°；三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第三組(T2g3)白云巖，巖石產(chǎn)狀為40°∠73°；第四系坡積粉質(zhì)黏土(Q4dl)。隧道圍巖以中風(fēng)化灰?guī)r、中風(fēng)化白云巖，地質(zhì)條件較好。

3 溶洞發(fā)育狀況

華竹山隧道從安龍端進(jìn)洞，即從大樁號(hào)向小樁號(hào)單向施工。掌子面施工至YK19+103.5時(shí)，出現(xiàn)一處大型溶洞，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步核查，該溶洞底有少量填充物，溶洞洞壁濕潤(rùn)，局部有滴水現(xiàn)象，原地面未發(fā)現(xiàn)裂隙及裂縫現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)專業(yè)測(cè)量，該溶洞平面長(zhǎng)度約430m，沿隧道方向的長(zhǎng)度最大值約90m(起訖樁號(hào)YK19+103.5～YK19+013.5)；溶洞寬度最大值約34m，位于YK19+048.5附近；溶洞高度(頂板與底板的距離)最大值約38m，位于YK19+083.5附近；隧道底部距溶洞底部最大埋深約20m，位于YK19+058.5附近。該溶洞邊緣與左洞最小距離約為13.6m，位于YK19+068.5附近，該溶洞對(duì)左洞基本無(wú)影響。

溶洞內(nèi)存在較多破碎巖體，存在大量石筍、鐘乳、石柱、石爆等沉積物，洞底分布大量落石，最高石柱超過(guò)15m。溶洞與隧道的平面、縱斷位置關(guān)系如圖1所示。

4 溶洞補(bǔ)充勘察結(jié)論

(1)巖溶區(qū)附近地層為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組第三段(T2g3)白云巖，灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，結(jié)構(gòu)面較發(fā)育，結(jié)合一般，巖層產(chǎn)狀為40°∠73°，因產(chǎn)狀陡傾，在隧道開(kāi)挖過(guò)程中容易產(chǎn)生局部掉塊或塌落。

(2)該巖溶區(qū)水源主要為大氣降水及基巖裂隙水，溶洞為季節(jié)性水洞，但水流量較少，在洞道內(nèi)，泥沙堆積層較薄，不超過(guò)0.5m，推測(cè)為豐水期帶入，隨水位降低沉積而成，經(jīng)調(diào)查無(wú)地下暗河連通，近期水位無(wú)變化，溶洞為早期海蝕情況下形成，不排除極端天氣下(強(qiáng)降雨、持續(xù)降雨等)有涌水突泥影響。

圖1 隧道溶洞位置關(guān)系示意圖

(3)溶洞發(fā)育方向近似巖層走向，周圍存在溶洞、溶槽，已在隧道溶洞范圍內(nèi)補(bǔ)充勘探鉆孔查明隧道范圍內(nèi)存在小型溶洞；拱頂上方不存在整體坍塌風(fēng)險(xiǎn)，開(kāi)挖時(shí)容易產(chǎn)生落石。

(4)溶洞基本發(fā)育情況呈北西-南東向發(fā)育，基本走向與巖層走向相近；左側(cè)層理走向與溶洞走向基本一致，且傾角較大(73°)，對(duì)溶洞的拱頂左側(cè)及左側(cè)拱肩位置存在不利影響，施工過(guò)程中易受爆破等擾動(dòng)因素出現(xiàn)局部掉塊或局部沿層理面滑塌現(xiàn)象。

5 溶洞特征分類

根據(jù)溶洞規(guī)模以及其與新建隧道的位置關(guān)系，結(jié)合溶洞補(bǔ)充勘察結(jié)論，擬定采用6種工況分別對(duì)溶洞采取不同的處理措施，各工況分類樁號(hào)詳見(jiàn)表1、各工況示意圖詳見(jiàn)圖2所示。

表1 華竹山隧道溶洞特征分類一覽表

圖2 工況1～工況6典型斷面圖

6 溶洞處治方案比選論證

針對(duì)該大型溶洞的特點(diǎn)，根據(jù)六種工況進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，主要對(duì)以下幾個(gè)方案進(jìn)行比選論證[2]：

6.1 改線方案

隧道右線進(jìn)行改線，向左洞進(jìn)行偏移，按照小凈距隧道施工。雖然該方案能夠避開(kāi)大部分溶洞，但是受限于征地、臨近構(gòu)筑物施工進(jìn)度的限制，可行性較差，且已經(jīng)施工的隧道需要報(bào)廢處理，報(bào)廢工程量較大，成本高，經(jīng)研究決定不采用本方案。

6.2 橋梁跨越方案

工況4(YK19+063.5～YK19+033.5段)，隧道下方存在較大懸空的大型溶洞。該段從隧道下方懸空深度看，可以考慮橋梁跨越方案，經(jīng)論證比選橋梁方案存在以下不足：圍巖開(kāi)挖后產(chǎn)生的荷載疊加隧道結(jié)構(gòu)的自重力難以準(zhǔn)確計(jì)算，導(dǎo)致橋板厚度無(wú)法確定；橋梁施工要求較高，洞內(nèi)模板搭設(shè)困難，周期較長(zhǎng)導(dǎo)致過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)加大。故不采用橋梁跨越方案。

6.3 回填方案

采用回填的方式跨越溶洞，便于施工，安全可行。工況1～工況3、工況5、工況6溶洞處理規(guī)模較小，不需要進(jìn)行方案比選，但是工況4溶洞處理規(guī)模較大，需要進(jìn)行方案比選。

6.4 工況4方案比選

方案(一)：隧道底部溶洞采用C20片石混凝土進(jìn)行分層回填，坡度采用1∶0.3；為確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止不均勻沉降，隧道底部設(shè)置2m厚鋼筋混凝土基礎(chǔ)；隧道襯砌類型加強(qiáng)。

方案(二)：采用洞渣分層回填，同時(shí)，預(yù)埋鋼管樁(Φ108×6鋼花管，帶勁性骨架，間距1.0m，梅花型布置)；洞渣回填至距離隧道底部4m時(shí)，對(duì)預(yù)埋鋼花管進(jìn)行注漿；距離隧道底部4m至2m范圍內(nèi)回填C20片石混凝土；距離隧道底部2m至隧道墻角范圍內(nèi)設(shè)置C30鋼筋混凝土板；隧道襯砌類型加強(qiáng)。

方案(一)、方案(二)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性比選如表2所示：

表2 工況4方案(一)、方案(二)技術(shù)比選表

綜合以上兩種方案的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性比選可知，方案(一)相比于方案(二)雖然造價(jià)有所增加，但是施工質(zhì)量容易控制，運(yùn)營(yíng)階段出現(xiàn)病害的概率較低。

因此，為確保隧道整體工程質(zhì)量、保證隧道運(yùn)營(yíng)階段的可靠性、安全性，選取方案(一)作為跨越Y(jié)K19+063.5～YK19+033.5段溶洞的方案。

7 推薦溶洞處治方案

7.1 工況1(YK19+103.5～YK19+093.5)溶洞處治方案

采用“洞渣回填+梁板跨越”組合方案：對(duì)隧底溶洞回填洞渣至設(shè)計(jì)高度，之后施作C30鋼筋混凝土板，隧道襯砌在混凝土板及洞渣的共同支撐下，跨越溶洞；襯砌類型加強(qiáng)。

7.2 工況2(YK19+093.5～YK19+078.5)溶洞處治方案

(1)隧道底部溶洞采用C20片石混凝土進(jìn)行回填。

(2)隧道底部以上7m采用C20片石混凝土進(jìn)行回填。

(3)取消原有襯砌的初期支護(hù)，增設(shè)80cm厚護(hù)拱，襯砌底部與護(hù)拱的間隙采用C25模注混凝土回填。

(4)二次襯砌加強(qiáng)。

(5)上方回填5m厚砂礫以及2m厚吹砂緩沖層。

1919年“五四”新文化運(yùn)動(dòng)，以民主、科學(xué)為旗幟，向中國(guó)傳統(tǒng)文化中的封建、保守的思想觀念層面發(fā)動(dòng)了最后的沖擊。這場(chǎng)文化領(lǐng)域的斗爭(zhēng)一直持續(xù)到1940年1月毛澤東發(fā)表著名的《新民主主義論》。毛澤東在《新民主主義論》中第一次提出并詳細(xì)闡述了中國(guó)的新民主主義綱領(lǐng)，其中就包括建設(shè)新民主主義文化體系。他指出：“這種新民主主義文化是民族的?！保?］706——主張中華民族的尊嚴(yán)和獨(dú)立，反對(duì)帝國(guó)主義壓迫和奴役文化；主張帶有民族特性的文化：民族的形式，新民主主義的內(nèi)容；主張革命的民族文化，與世界上一切民族的社會(huì)主義和新民主主義文化相聯(lián)合，共同形成世界新文化，消化和吸收外國(guó)的進(jìn)步文化，吸收其精華，排除其糟粕。

(6)在YK19+073.5處的護(hù)拱襯砌上預(yù)留施工通道，便于YK19+093.5～YK19+063.5段護(hù)拱襯砌外片石混凝土、砂礫回填的施工。

溶洞工況2典型斷面見(jiàn)圖3。

圖3 溶洞工況2典型斷面圖

7.3 工況3(YK19+078.5～YK19+063.5)溶洞處治方案

該段落處理措施與工況2基本相同，僅在開(kāi)挖圍巖側(cè)保留初期支護(hù)。

7.4 工況4(YK19+063.5～YK19+033.5)溶洞處治方案

(1)隧道底部溶洞采用C20片石混凝土進(jìn)行分層回填，坡度采用1∶0.3。

(2)為確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止不均勻沉降，隧道底部設(shè)置鋼筋混凝土基礎(chǔ)。

(3)支護(hù)襯砌類型加強(qiáng)。

(4)YK19+033.5斷面為溶洞回填段落施工的起點(diǎn)，施工應(yīng)從該斷面開(kāi)始向洞外進(jìn)行分層回填，由于采用片石混凝土進(jìn)行回填，本身具有足夠的自穩(wěn)及成型能力，故不需要在邊界位置設(shè)置擋墻。

7.5 工況5(YK19+033.5～YK19+023.5)溶洞處治方案

在隧道左側(cè)邊墻腳設(shè)置“樁基+托梁”，以此跨越溶洞；支護(hù)襯砌類型加強(qiáng)[3]。

溶洞工況5典型斷面圖見(jiàn)圖4。

圖4 溶洞工況5典型斷面圖

7.6 工況6(YK19+023.5～YK19+013.5)溶洞處治方案

由于溶洞位于隧道側(cè)面，故不對(duì)溶洞進(jìn)行處理，僅將支護(hù)襯砌進(jìn)行加強(qiáng)。

7.7 其他處理措施

(1)對(duì)底板揭示的小型溶洞采取注漿回填方案。

(2)為了確保隧道能夠?qū)O端降雨引起的涌水及時(shí)排走，將華竹山隧道右線中心排水溝的斷面尺寸由60cm×65cm加寬至120cm×65cm；環(huán)向排水管加密至每道3m。

(3)對(duì)YK19+081.3～YK19+085.7段溶洞頂板距離地表較薄弱的地方，雖然經(jīng)勘查認(rèn)為溶洞頂板穩(wěn)定，但為了后期運(yùn)營(yíng)的安全，在該段落沿隧道縱向布置3根C30鋼筋混凝土柱，對(duì)厚度小于8m的溶洞頂板起到預(yù)支撐作用，嵌巖部分采用水磨鉆成孔，混凝土柱直徑1.2m，縱向中心間距2.2m，詳見(jiàn)圖5所示。

圖5 溶洞頂板支撐梁設(shè)計(jì)圖

8 溶洞區(qū)施工危險(xiǎn)源辨識(shí)及防控措施

8.1 極端降雨導(dǎo)致的涌水突泥防控措施

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測(cè)涌突水的可能性。根據(jù)地勘報(bào)告提供的可能發(fā)生涌突水、突泥的段落，超前50～80m，采用TSP對(duì)前方的地質(zhì)情況進(jìn)行初查，當(dāng)預(yù)報(bào)前方有異?？赡馨l(fā)生涌突水(泥)時(shí)，在隧道開(kāi)挖接近懷疑地點(diǎn)15～30m，采用瞬變電磁儀法詳查前方含水情況，開(kāi)挖接近懷疑地點(diǎn)10～20m時(shí)，采用超前鉆孔精查，鉆孔5～6個(gè)，探明前方地質(zhì)情況和涌水量的大小，以便采取相應(yīng)處治措施。具體措施可依據(jù)不同情況采用：全斷面深孔預(yù)注漿、深孔周邊預(yù)注漿、開(kāi)挖后周邊注漿、排水施工等措施。

8.2 溶洞頂部掉塊防控措施

經(jīng)對(duì)YK19+073.5～YK19+088.5段巖體Kv、Jc值進(jìn)行分析，溶洞頂部不存在整體塌落風(fēng)險(xiǎn)，僅存在局部掉塊風(fēng)險(xiǎn)。因此，隧道施工應(yīng)做好防掉塊措施。具體措施如下：

(1)施工單位應(yīng)在地表設(shè)立安全警示區(qū)防止無(wú)關(guān)人員進(jìn)入。

(2)排除洞內(nèi)危巖。

(3)采用C20噴混凝土進(jìn)行封閉。

(4)設(shè)置防護(hù)棚架。

(5)施工現(xiàn)場(chǎng)須配備專職安全員，負(fù)責(zé)對(duì)溶洞壁進(jìn)行實(shí)施監(jiān)控，若發(fā)出異常情況，應(yīng)及時(shí)撤出人員及設(shè)備，確保施工安全。

9 結(jié)語(yǔ)

(1)在后續(xù)的溶洞治理施工過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)隧道監(jiān)控量測(cè)，制定永久、臨時(shí)結(jié)合的監(jiān)測(cè)方案，確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)的安全。

(2)由于該溶洞規(guī)模大，溶洞頂距離地表部分段落巖層厚度小，在施工前施工單位應(yīng)在地表設(shè)立安全警示區(qū)，預(yù)防地表塌陷或人員誤入造成安全事故或財(cái)產(chǎn)損失。支撐柱未施工或強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，嚴(yán)格控制地表荷載，避免對(duì)溶洞頂板施加外力，破壞頂板穩(wěn)定性。

(3)施工期間應(yīng)做好臨時(shí)排水措施，做好涌突水預(yù)警措施，保證施工期的安全。

(4)經(jīng)過(guò)對(duì)該大溶洞的治理，總結(jié)如下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

①在項(xiàng)目選線階段，應(yīng)重視地勘的作用，深入落實(shí)地勘選線和路線選線的理念，加強(qiáng)地勘工作，特別應(yīng)加強(qiáng)物探工作，在設(shè)計(jì)階段規(guī)避重大的不良地質(zhì)災(zāi)害。

②設(shè)計(jì)階段根據(jù)不同的圍巖及不良地質(zhì)信息，應(yīng)做到積極響應(yīng)，針對(duì)性設(shè)計(jì)。

③施工階段遇到溶洞，應(yīng)進(jìn)一步補(bǔ)充勘查，做好水文地質(zhì)調(diào)查，明確溶洞的頂?shù)装宸€(wěn)定性、突泥涌水風(fēng)險(xiǎn)，給出定性結(jié)論，設(shè)計(jì)人員才能給出較為客觀合理的處置措施。

④設(shè)計(jì)人員應(yīng)對(duì)溶洞有全面的深入的了解，掌握現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)，綜合考慮安全、造價(jià)、工期、環(huán)保等因素，給出合理的設(shè)計(jì)方案。