隧道穿越大型溶洞處治技術(shù)研究

文章以某高速公路達(dá)記1號(hào)隧道為例，根據(jù)超前地質(zhì)鉆探和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，對(duì)隧道穿越大溶洞施工處治方案進(jìn)行了闡述。溶洞底部采取回填處治，溶腔段施作波形鋼護(hù)拱，通過(guò)布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)回填區(qū)的沉降后可知，該技術(shù)減少了工人在溶洞內(nèi)的作業(yè)時(shí)間，提高了施工安全性，縮短了施工工期。

隧道工程；大型溶洞；隧道回填；波紋鋼護(hù)拱；處理技術(shù)

U457+.2A471493

作者簡(jiǎn)介：

甘" 強(qiáng)（1987—），工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

0" 引言

在我國(guó)西南地區(qū)，地表和地下巖溶發(fā)育特征比較明顯。隨著西南地區(qū)高速公路的建設(shè)，隧道施工常遇到溶洞、突泥和突水等地質(zhì)災(zāi)害。而遇到發(fā)育復(fù)雜大型溶洞對(duì)于隧道設(shè)計(jì)和施工都是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)［1］。由于隧道處于地下各種復(fù)雜的水文地質(zhì)巖體中，穿越大型巖溶的施工難度更大。對(duì)這些溶洞的處治是否合理，直接影響到隧道的施工與運(yùn)營(yíng)期間的安全。

本文以某高速公路達(dá)記1號(hào)隧洞施工過(guò)程中穿越大溶洞處治為例，探究隧道穿越大溶洞采用隧道回填［2-3］和波紋鋼護(hù)拱施工技術(shù)應(yīng)用，為隧道穿越大型溶洞提供借鑒和參考。

1" 工程概述

某高速公路達(dá)記1號(hào)隧道為雙洞分離式中隧道，隧道走向約為315°，呈直線狀展布。隧道設(shè)計(jì)長(zhǎng)度約為900 m。隧道區(qū)屬于巖溶峰叢地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，山脈走向多呈北西-南東向，與隧道走向大致平行。隧址區(qū)地面高程為850～1 150 m，落差較大，山體幾乎無(wú)覆蓋層，基巖大面積出露，并且穿越巖溶洼地，地下常出現(xiàn)巖溶空腔，存在較大的突水涌泥風(fēng)險(xiǎn)。

2" 溶洞規(guī)模

該隧道左線望謨端掌子面揭露溶廳，溶洞覆蓋整個(gè)左線洞身，隧道從溶洞中間穿過(guò)，溶洞縱向長(zhǎng)68 m，起止樁號(hào)為ZK41+492～ZK41+560。溶洞底板低于隧道仰拱約20～30 m，溶洞頂板高出隧道拱頂約15 m。溶洞寬約55 m，溶洞左側(cè)側(cè)壁位于初期支護(hù)外側(cè)約14 m，溶洞右側(cè)側(cè)壁位于初期支護(hù)外側(cè)約20 m（詳見(jiàn)圖1）。

3" 綜合調(diào)查結(jié)果

3.1" 超前地質(zhì)鉆探結(jié)果

根據(jù)鉆探揭露成果，施工掌子面（ZK41+579）前方0～50 m段圍巖巖性主要為灰?guī)r，青灰、灰白色，中風(fēng)化，中-厚層狀，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，

巖體以較破碎為主，局部呈土夾石狀，巖溶發(fā)育，在9～10 m、14～15 m、38～50 m揭露有空腔型溶洞，其中38～50 m段溶洞未揭穿，溶洞縱向深度＞12 m。圍巖總體穩(wěn)定性差，自穩(wěn)能力差。

3.2" 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)樁號(hào)ZK41+579～ZK41+549地質(zhì)雷達(dá)信號(hào)分析可知，掌子面前方0～5 m的深度，電磁波反射信號(hào)中等偏低頻，振幅較強(qiáng)，同相軸連續(xù)，波形均一；5～30 m的深度，電磁波反射信號(hào)以低頻為主，振幅強(qiáng)，同相軸連續(xù)性較差，局部錯(cuò)段，波形雜亂。初步推測(cè)，掌子面前方0～5 m段圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，局部破碎，泥質(zhì)軟弱夾層較發(fā)育，巖溶發(fā)育，發(fā)育有小型溶洞；5～30 m段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎-較破碎，泥質(zhì)軟弱夾層發(fā)育，巖溶發(fā)育，圍巖中發(fā)育有充填型溶洞、溶槽或空腔型溶洞、軟弱夾層等不良地質(zhì)體。其中5～15 m段巖溶較發(fā)育，圍巖中可能發(fā)育有充填型溶洞、溶槽或泥質(zhì)軟弱夾層；17～30 m段巖溶發(fā)育，圍巖中可能發(fā)育有空腔型溶洞、溶槽或泥質(zhì)軟弱夾層。

4" 溶洞處理方案

4.1" 溶洞底部回填處治

（1）根據(jù)三維激光掃描采集隧道溶洞的信息，繪制隧道溶洞的相應(yīng)立面圖，確定溶洞底部回填處理方案，即從小樁號(hào)往大樁號(hào)方向由低到高順序逐層回填洞渣及混凝土，回填分層進(jìn)行。由于隧道溶洞底部不平整，首層采用塊石混合碎石回填1.5 m，并按照填石路基要求進(jìn)行碾壓密實(shí)，在塊石頂部采用1 mC15混凝土回填；混凝土澆筑后，采用物探和鉆探手段探查溶洞底部，了解溶洞底部是否存在，為后續(xù)填筑提供依據(jù)；探查清楚溶洞底部沒(méi)有隱伏溶洞和軟弱地基后，按填石路基填筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行逐層回填，每層厚約50 cm，片石回填厚度達(dá)到4 m，在片石頂部采用50 cmC15混凝土回填。依次施工2～8層，直至回填到設(shè)計(jì)輪廓線（詳見(jiàn)圖2）。

（2）充分考慮布置溶洞回填區(qū)域的地下水通道，完善隧洞的防排水系統(tǒng)，盡量避免破壞原溶洞的地下水通道。沿溶洞底部原有過(guò)水通道埋設(shè)50 cm鋼波紋管，溶洞底部50 cm鋼波紋管連接到在ZK41+510隧道線路外兩側(cè)設(shè)置的集水坑中。

隧道穿越大型溶洞處治技術(shù)研究/甘" 強(qiáng)

4.2" 溶腔段波形鋼護(hù)拱施工步驟

4.2.1" 首榀組裝

波紋鋼板采用Q345B熱軋鋼板加工成型，表面為熱浸鍍鋅（見(jiàn)圖3）。在平整的場(chǎng)地上擺放6塊波紋鋼板，通過(guò)M24高強(qiáng)螺栓將其連接，接縫處使用耐久密封膠封堵（見(jiàn)圖4），拼裝成鋼護(hù)拱（跨徑為1 310 cm，矢高為655 cm）。拼裝完成后檢查長(zhǎng)度、拱高、圓弧半徑是否與方案一致，搭接是否緊密，在驗(yàn)收合格后進(jìn)行吊裝作業(yè)。

4.2.2" 首榀波紋鋼護(hù)拱吊裝

清理已施工的波紋鋼護(hù)拱基礎(chǔ)表面，復(fù)核預(yù)埋地腳螺栓的位置、間距，安裝連接角鋼，然后使用吊車吊裝第一榀波紋鋼護(hù)拱。采用四點(diǎn)吊裝的方式，鋼絲繩穿過(guò)螺栓孔由起重機(jī)緩緩吊起并移動(dòng)至安裝位置，人工輔助調(diào)整位置，然后緩緩下落至鋼護(hù)拱基礎(chǔ)，保證鋼護(hù)拱、連接角鋼間的預(yù)留孔全部對(duì)齊，然后將M24高強(qiáng)螺栓擰緊。

4.2.3" 鋼護(hù)拱分塊對(duì)稱吊裝

（1）在首榀波紋鋼護(hù)拱安裝完成后，開始分塊安裝剩余鋼護(hù)拱。安裝順序從下而上，左右對(duì)稱，錯(cuò)縫搭接進(jìn)行。鋼護(hù)拱安裝采用48 mm鋼管作為臨時(shí)支撐，支撐點(diǎn)設(shè)置于每塊鋼護(hù)拱環(huán)向接縫處。支撐采用立桿+斜撐的形式，在調(diào)平層預(yù)埋防滑支撐（詳見(jiàn)圖5）。

（2）波紋鋼拱采用6塊波紋鋼板錯(cuò)縫搭接而成，板片有效寬度為4個(gè)波距。波紋鋼板用M24高強(qiáng)螺栓緊固，波紋板錯(cuò)縫搭接處采用耐久密封膠進(jìn)行密封。吊裝順序依次從大樁號(hào)側(cè)向小樁號(hào)側(cè)推進(jìn)，每一個(gè)環(huán)拼裝完畢，再進(jìn)行下一環(huán)拼裝，拼裝完畢及時(shí)進(jìn)行防水施工。依次施工每一環(huán)，直至波紋鋼護(hù)拱拼裝完成（見(jiàn)圖6）。

4.3" 溶腔段仰拱及二襯施工

溶洞底部采用片石和混凝土回填。為減小沉降影響襯砌開裂，施工二次襯砌時(shí)，應(yīng)在溶洞襯砌與暗洞襯砌中間設(shè)置變形縫，溶洞內(nèi)襯砌需注意仰拱與二襯每6 m設(shè)置一道沉降縫，仰拱與二襯沉降縫需在同一斷面。二襯施工前，在波紋鋼護(hù)拱內(nèi)側(cè)鋪設(shè)與波紋鋼護(hù)拱一樣的波紋的泡沫板（厚度為15 cm），使用膠水把泡沫板嚴(yán)實(shí)合縫貼在波紋鋼護(hù)拱內(nèi)側(cè)，再施工隧洞的防水板、鋼筋和模板等。在二襯澆筑施工中，必須左右對(duì)稱分層連續(xù)澆筑，兩側(cè)高差應(yīng)≤50 cm，保證波紋鋼護(hù)拱受力平衡，避免產(chǎn)生不規(guī)則變形，影響波紋鋼護(hù)拱的穩(wěn)定。為了方便運(yùn)營(yíng)期檢查維護(hù)，在溶洞ZK41+504右側(cè)設(shè)置維護(hù)通道。

4.4" 波紋鋼護(hù)拱緩沖層設(shè)置

為了防止隧道溶洞中落石對(duì)鋼護(hù)拱的破壞，在波紋鋼護(hù)拱上設(shè)置緩沖層以緩沖落石的沖擊，耗散沖擊能量，達(dá)到保護(hù)波紋鋼護(hù)拱的作用。本方案在鋼護(hù)拱頂部回填兩層廢舊輪胎當(dāng)做緩沖層，厚度約為40～50 cm，以有效緩沖落石對(duì)鋼護(hù)拱的沖擊。波形鋼護(hù)拱安裝完成后，由人工搬運(yùn)至護(hù)拱上方進(jìn)行安裝，使用鐵絲將輪胎與護(hù)拱連接螺栓進(jìn)行固定。

5" 隧道溶洞段處治后效果

受施工場(chǎng)地限制，回填區(qū)域的密實(shí)度及填料的填筑要求受到一定影響，回填結(jié)束后可能發(fā)生一定的沉降。當(dāng)溶洞內(nèi)回填至襯砌底標(biāo)高位置時(shí)，需要布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，觀測(cè)回填區(qū)的沉降情況。按照每10 m為一個(gè)斷面，每個(gè)斷面不規(guī)則布置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，每天早晚各觀測(cè)一次，連續(xù)觀測(cè)一個(gè)月。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，采用片石和混凝土回填，沉降均在可控范圍內(nèi)。目前隧道已貫通，溶洞段的二襯混凝土已澆筑，隧道未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，表明隧道溶洞綜合處治效果良好。

6" 結(jié)語(yǔ)

由于溶洞內(nèi)地勢(shì)受限，隧洞穿越溶洞采取隧道回填和鋼護(hù)拱形式進(jìn)行處理。回填施工方便，分層回填灰?guī)r洞渣和C15素混凝土，后期沉降小；波紋鋼護(hù)拱施工便捷，洞外預(yù)制，洞內(nèi)拼裝，能減少工人在溶洞內(nèi)的作業(yè)時(shí)間，提高施工安全性，縮短施工工期。經(jīng)實(shí)踐證明，處理形式是安全有效、合理經(jīng)濟(jì)的，此種形式可以在同類型溶洞處理中推廣應(yīng)用。

［1］楊楚兵，范國(guó)宇.巖溶地區(qū)公路隧道穿越大型溶洞處治技術(shù)研究［J］.西部交通科技，2023（1）：109-111，205.

［2］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］段" 錚，趙" 宇，薛" 偉.隧道巖溶施工處理方案簡(jiǎn)述［J］.山西建筑，2008，34（2）：303-304.

20240407