高速公路隧道穿越溶洞段處治技術及對策

柳兵

中國水利水電第四工程局西南分局 新疆 昌吉 831100

1 高速公路隧道穿越溶洞段處治的重要性和處置難點

大多數時候，溶洞內的地質環(huán)境都會存在較大的不確定性和未知性。因此，如果想要嚴格的按照相關施工要求展開施工作業(yè)，就必須要采取一定的工程技術手段對溶洞進行針對性的處理。目前，我國在高速公路隧道工程建設的過程中，針對于溶洞段的處理主要采用以下三大方法。第一種方法，通過工程措施對溶洞的洞壁進行修正處理。第二，對溶洞的頂部采取加固措施。第三，對溶洞的底部基底采取改良措施，同時輔助采用相應的防護措施。以上這三種處理方法，如果能夠科學有效的進行應用，能夠幫助高速公路隧道工程順利的穿越溶洞地段，同時還可以為施工人員的生命安全提供有效的保障，降低溶洞環(huán)境對高速公路隧道施工的不良影響，改良溶洞內部的施工環(huán)境，防止后續(xù)的自然災害對高速公路隧道工程產生損傷。

在進行高速公路施工的過程中，針對于隧道穿越溶洞段的問題處置，施工單位會面臨著十分復雜且未知的地質條件和水文條件。這就導致很多施工作業(yè)難以在這樣的環(huán)境下開展。這主要是因為無法確定相關的施工參數，同時施工安全隱患也相對較多。如果安全保護措施不到位，很容易發(fā)生人員受傷甚至更加危急的事故，因此在開展施工作業(yè)的過程中，對溶洞內的地理環(huán)境條件進行一個全方位的了解是施工單位必須要做的一項重要大事。因此，在前期施工方應組織相關專家展開全面且詳細的地質勘察工作，充分了解溶洞地區(qū)的規(guī)模，溶洞段水文特征以及隧道穩(wěn)定情況，然后在此基礎之上制定出一套科學合理的隧道穿越溶洞施工方案。在開展施工作業(yè)時，所有施工部門和施工人員必須要嚴格按照這一施工方案開展相關作業(yè)。另外，在推進工程進度時，要時刻注意溶洞內環(huán)境的改變。受到外界自然環(huán)境的影響，溶洞內部的環(huán)境也會不斷地發(fā)生著改變。而且在水平和垂直方向上，溶洞內的環(huán)境都不是一成不變的，有的溶洞隨著工程推進其大小會發(fā)生改變，有的溶洞在分布的集中程度上存在較大的差異性，有的溶洞壁含水率差異較大。簡單來說，溶洞地質環(huán)境的復雜性會大大提高高速公路隧道穿越溶洞段施工的風險和施工難度。因此施工人員在開展施工作業(yè)的過程之中，必須要對溶洞的相關指標進行細致的測量與監(jiān)控[1]。

2 高速公路的施工現狀和現有的處置技術

我國幅員遼闊，地理環(huán)境組成復雜，因此在全國不同地區(qū)都存在著具有特色的地質環(huán)境，而在我國開展道路交通工程建設的過程中，公路隧道更容易出現復雜的地質環(huán)境以及施工難題。近年來，我國在城市化建設層面正在不斷的加快步伐，為了積極響應國家號召，構建功能更加完備的道路交通網絡，同時也是為了更好地應對施工過程中出現的難題，必須要積累不同地質條件下的施工經驗。技術人員必須要在施工過程中對出現的所有工程難題進行技術攻克，而在高速公路建設的過程中，以高速公路隧道穿越溶洞段的技術難題最為突出，影響范圍也最為廣大。

我國地域廣闊，山地較多，因此在高速公路建設的過程中，經常會出現大型的溶洞，持續(xù)導致高速公路隧道穿越溶洞段的施工難度較大。這些因素的存在都給高速公路隧道穿越溶洞段的施工添加了更大的施工難度和施工壓力，如果在施工時采取的技術手段或管理手段不到位，不僅無法順利完成施工作業(yè)，甚至還會對施工人員的生命安全產生不良影響。簡單來說，我國在高速公路隧道穿越溶洞段施工層面仍然存在著較大的技術難題，很多地區(qū)由于經濟發(fā)展滯后，發(fā)達地區(qū)所以在施工工程的成本上相對有限，這也給高速公路隧道穿越溶洞段的施工帶來了一定的困難。

在高速公路隧道穿越溶洞段的處置基礎應用過程中，技術的先進性是決定整個高速公路隧道穿越溶洞段施工的質量的核心因素。主要是因為施工區(qū)域內部環(huán)境復雜，地質環(huán)境特殊，施工人員必須要對溶洞進行特殊處理，保證施工環(huán)境能夠滿足工程施工的基本要求。大部分時候具體的處理方法包括洞頂的加固處理，洞底部的地基改良和防護，以及洞內周圍巖壁的修正處理。采用這些處理手段，主要是為了更好的開展高速公路隧道穿越溶洞段的施工作業(yè)。同時為進入溶洞內的施工人員提供一定的安全保障和可依靠的施工基礎。除此之外，溶洞環(huán)境會對隧道工程產生一定程度的不良影響，因此在正式開展施工作業(yè)之前，還必須要對溶洞內的環(huán)境進行治理和改良，防止后續(xù)自然災害可能會對隧道施工產生的危害。簡單來說，高速公路隧道穿越溶洞段施工環(huán)境是復雜多變的，施工人員必須要根據實際情況的不同，合理的采取相應的處置技術。開展溶洞的處理，尤其是前期環(huán)境勘察工作的落實，能夠為后續(xù)開展科學的溶洞斷處理技術的應用提供堅實可靠的基礎。針對不同類型的溶洞，包括溶洞的不同部位，其處理技術都是存在差異性的。因此如何合理的選擇處理技術，就成為影響隧道穿越溶洞處理合理性的重要指標。

3 高速公路隧道穿越溶洞處治技術的主要應用

3.1 溶洞段頂部和側面的處理

在施工的過程中，對溶洞頂部以及溶洞的側壁進行處理，必須要嚴格關注三個方面的問題。首先，施工單位應加強對溶洞頂部以及溶洞側壁危石的關注度。同時，可以采用加錨的方式對溶洞的周圍巖壁進行處理，通過這樣的方式能夠顯著提高施工過程中周圍環(huán)境的穩(wěn)定性與安全性。如果施工方所遭遇的溶洞在面積表現上比較大，可以先采用機械手的方式進行混凝土噴射，而后再對溶洞周圍巖壁采取加固措施[2]。在這過程中，需要分外注意，進行巖洞周圍巖壁的加固工作時，必須要合理的對錨桿技術進行應用，通過這樣的措施來保證隧道工程的施工安全以及施工質量。除此之外，針對于溶洞段洞身的處理，應重點關注溶洞的開挖面，防止開挖面過大對溶洞的穩(wěn)定性產生不良影響。在施工的過程中如果發(fā)現洞身的穩(wěn)定性出現降低的情況，必須要在最短的時間內采取針對性的解決措施保證洞身的承載能力能夠得到有效的保障。最后在處理洞身的時候，通過內承臺和混凝土結構的有效應用，加強洞身的穩(wěn)固性。因此，在實際的施工過程中可以將內承臺分為三段，其厚度控制在兩米左右。為了將內承臺的承載作用充分發(fā)揮，還需要再到的左側、外側及內側合理的設置內承臺，并利用泡沫板對其進行隔離處置。

3.2 溶洞段基底的處理

如果要對溶洞段基底進行處理，必須要嚴格關注以下三個問題。第一，在前期應保證溶洞段基底的地質條件以及水文條件的工程勘察工作落實。在工程勘察的過程中，要格外注意是否存在隱性的溶洞。第二，基于第一階段的工程勘察結果，制定出一套最適合當前溶洞環(huán)境的施工方案。最后，合理的采用回填技術對溶洞段的基底進行處理。在支撐結構模型的選擇方面，要根據實際情況的不同合理的使用樁基礎承臺。為了防止空間條件對現場產生不良影響，還要做好相應的模擬分析工作。最后，必須要對地下水的流動通道進行分析，根據技術人員的監(jiān)控測量數據，完善現有的施工參數，通過這樣的措施為施工的進度提供有效的保障。

3.3 公路隧道穿越溶洞側壁加固處理

在施工過程中，因地制宜的開展溶洞側壁加固處理是一項必不可少的重要工作內容。因此，在進行加固處理的過程中，施工單位必須要根據實際情況的不同，充分考慮溶洞在開挖面加大之后施工作業(yè)對整個溶洞結構的穩(wěn)定性產生的不良影響。在具體工程施工的過程中，應針對溶洞自身結構產生的不穩(wěn)定性影響因素進行全面的判斷和深入的分析，同時還要有效地做好溶洞側壁開挖過程中的支護處理工作，必須要確保溶洞在施工作業(yè)的過程中能夠得到良好的支撐和防護。不會因為施工作業(yè)而出現坍塌或者是結構破壞等問題。在針對動身結構的處理工作中，可以通過承臺和混凝土施工對溶洞結構的穩(wěn)定性進行進一步的提高。

4 不同類型溶洞的處治方式

如果在施工的過程中遇到的溶洞類型是填充型溶洞或者是部分填充型溶洞，在對其正式進行處理之前，應先將溶洞內部無用的堆積物進行徹底的清除，而后再加溶洞表面的浮土進行深層次的清理，保證溶洞表面的光滑與整潔。在順利完成清潔工作之后，可以正式開始溶洞回填作業(yè)。在此期間，需要格外注意回填過程中的環(huán)境問題。如果在回填時發(fā)現溶洞內存在部分積水，則必須要先將積水進行處理，保證內部的干燥。如果你溶洞內部可能會存在未知的填充物，如果對其處理不當有可能會對施工人員的生命安全產生不良影響。因此，為了進一步確保施工方面的安全性，必須要在可疑填充物十米距離處開展一次超前鉆孔探測，確認無誤之后在正式開展隧道開挖作業(yè)。在開展開挖施工的過程中，施工單位必須要根據實際情況的不同，合理的采用三階段施工方法，弱爆破施工方法或者是短進尺施工方法等等。當開挖工作進行到距離溶洞處較近的位置時，上臺階掌子面就會出現大量的粉質粘土，而且粘土中還會摻雜部分石塊，此時施工單位必須要做好初期的支護強化處理。

如果遇到的溶洞類型是高速公路隧道邊墻位置的溶洞，對該種類型的溶洞進行處理。第一步要先對溶洞周圍自然環(huán)境，地質條件以及水質條件進行詳細的工程勘察和工程分析。并通過分析排除后續(xù)施工過程中可能會出現的較大過水現象，大多數時候堆砌片時是最佳的處理方式。除此之外，針對該種類型溶洞的處理和加固，必須要在進行加固工作的同時完成回填洞穴的施工，將回填的厚度控制在三米以上，六米以下。

如果是隧道拱腰或者是拱形出溶洞的處置，必須要先采取加固措施對溶洞進行加固處理。也就是通過錨噴混凝土的方式提高隧道內周圍巖壁的穩(wěn)定性。如果拱頂的溶洞相對較大開展回填工作相對困難，則需要在拱頂處回填沙礫等緩沖層。防止由于溶洞調會或者是巖石掉落，對隧道的整體性產生破壞。如果溶洞的面積相對較小，在開展回填作業(yè)時，應優(yōu)先使用混凝土，或者是將棄片等作為回填材料，這樣一來就能夠顯著提高高速公路隧道施工的質量和后續(xù)工程項目的安全性。

如果在高速公路隧道施工初期階段未發(fā)現溶洞，但是在施工進行一段時間后在隧道的基底出現了溶洞。那么針對于這類溶洞類型的處理，必須要做好溶洞洞穴的回填處理，而回填材料的選擇方面要盡量選擇片石作為主要的回填材料。當施工人員使用專業(yè)化的工具對溶洞進行檢測之后，發(fā)現溶洞的探身在六米以下，可以使用c25混凝土作為洞穴回填的主要填充材料。如果溶洞的深度在六米以上，則需要通過施工過程中產生的廢渣作為主要的回填材料，這樣不僅能夠為后續(xù)的施工作業(yè)奠定堅實可靠的基礎，同時還可以減少原料成本的投入，提高整個項目的經濟效益。

5 案例分析

圖1 高速公路隧道穿越溶洞段施工圖

本文所參考研究的高速公路隧道工程位于我國某縣城內部，該工程項目所遇到的溶洞，其左右幅度分別為615米以及608米。在施工場地，根據施工計劃制定的車道為雙向四車道。而隧道的內部，溶洞內輪廓的高度約為727.5米，寬度約為11米。在前期工程勘察的過程中，不難發(fā)現該隧道區(qū)域在特性上屬于基巖破碎帶，裂隙帶和巖溶發(fā)育地區(qū)，因此山間溝壑發(fā)育成熟，存在大面積溶洞和暗河。針對于這樣的情況，施工單位在進行隧道工程施工時展開了超前預測分析，首先使用RIS－K2型地質雷達進行檢測分析，每隔25米的間隔距離設置一個循環(huán)，每個循環(huán)的搭接長度控制在五米左右。在這個過程之中，為了保證超前預測的準確性和可靠性，施工單位在開展超前探水孔的探測分析之前。確保每探孔段長度為30米，開挖深度為25米，搭接長度為5米[3]。

在整個隧道工程的建設過程中，一共遇到了九個溶洞。選擇，其中兩個進行深層次的剖析。針對于存在的溶洞發(fā)現內部有可疑填充物，為了保證施工人員的安全，施工單位在每隔兩米的地方增加了一次超前鉆孔探測。同時，按照三臺階、弱爆破、短進的方法開展了開挖施工。而開挖作業(yè)的深入發(fā)現掌子面拱腰上拱頂的位置存在溶洞，經過專家的詳細調研和分析之后，對這個溶洞采取了以下處理方法。首先，使用C2型號混凝土開展?jié)仓o拱處理，護拱的厚度控制在100厘米，兩邊嵌入巖石內50厘米，同時在間隔一米的時設置砂漿錨桿。順利完成護拱施工之后，為了進一步確保強度能夠達到相關的標準規(guī)范，之后便在內部吹沙回填，并將回填的厚度控制在100厘米左右。在林口上隧道施工到指定溶洞位置上的時候，容易出現錐形溶洞，溶洞的縱橫長度分別為7.5米，4.1米。對待出現的溶洞，施工人員先組織調研并制定施工的方案。首先，使用c15型號的片石混凝土進行回填操作，同時在每間隔兩米的位置上設置透水管，對周圍的熔巖進行過濾，進一步對溶洞進行強化支護，每間隔1.2米的位置上增加了工字鋼。

6 結束語

溶洞地貌特征的特殊性會對高速公路建設過程中隧道施工的安全性以及后續(xù)隧道道路運營工作產生一定程度的影響。因此在高速公路隧道穿越溶洞段做好處置技術的合理應用以及質量監(jiān)管，不僅能夠有效降低工程施工的難度，同時還可以最大程度上提高工程施工的效率和安全性，也有利于監(jiān)控隧道溶洞的科學施工工作能夠準確進行。最大程度上保證高速公路工程能夠實現預期的建設目標，帶動地區(qū)經濟的進步和發(fā)展，獲得最大的社會效益和經濟效益。