宿迁市建达市政养护有限公司 江苏宿迁 223800
摘要：溶洞为岩溶洞穴，是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，大大降低隧道使用的可靠度；季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此，制定合理、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段极为重要。根据百靖高速公路多金隧道溶洞分布的具体情况，介绍了此溶洞处理方法，以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。
关键词：公路隧道；溶洞概况；坍塌；处理方案；施工技术
前言
多金隧道为广西省百色至靖西新建高速公路隧道，全长321m，设计行车速度为100km/h。该隧址区位于广西壮族自治区西北部山区，地处云贵高原东南边缘，区内以低山丘陵为主，喜马拉雅山运动以来，差异性抬升为主。地处峰丛谷地区，隧道轴线大致呈南北走向，穿越近东西向山岭，地形起伏较大，进口处地面高程758.0m，出口处地面高程757.3m，隧道轴线最高点高程941m，相对高差约184m左右，地表植被一般发育，隧道所处山体岩性主要为泥盆系上统榴江组灰岩。
1溶洞的概况
该隧道左洞进口方向施工至K48+380里程时，掌子面岩体破碎，充填块石、碎石夹黏土，块石直径为0.2～1.2m，最大块经2m，含泥量约占50%；有少量的浑浊的岩溶水沿洞壁流出。经在掌子面布设3个水平探孔探明，前方溶洞无水。至K48+384里程时，出现大溶洞，大溶洞向前发育至K48+395。沿线路纵向方向长11m，左侧发育至左洞边洞外侧10m，右侧发育至距中导洞中心5m处，向下在隧道界限内左低右高，高差3-6m，隧道界限左侧外向下约8m，向上以通天。
2隧道溶洞处理方案
2.1处理方案选择原则
2.1.1安全性
确保施工安全与运营安全，围岩累计变形量不大于10cm，衬砌完工后隧道不渗不漏。
2.1.2可操作性强
要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平，并尽可能降低施工难度。
2.1.3灵活性好
根据断面形状和尺寸，因地制宜地选择施工方案，而不局限于一种固定的模式，一旦一种方案不能实时或实时效果差时，能较好地转换为替代方案。
2.1.4具有可连续性
需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同，能顺利地进行施工工艺、工序的转换。
2.1.5可控性强
即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。
2.2处理施工方案
首先保留并加固坍塌体，防止坍方扩大，然后施做套拱和超前大管棚，保证正洞开挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌体，对左洞边洞外侧施作挡墙，保证衬砌完成后隧道不处于偏压状态；而后进入隧道正常开挖、支护工序，并对隧道基底进行注浆加固处理，增强隧底承载力；溶洞段通过后，进行拱部溶腔回填处理。
处理顺序为：封闭掌子面→施作套拱→施作超前大管棚→挖除坍塌体→衬砌外左侧施做挡墙→洞身开挖、支护→基底加固处理→溶腔回填处理→监控量侧。
3溶洞处理关键施工技术
3.1喷射混凝土封闭掌子面
在未探明前方地质情况之前，为防止前方出现涌水突泥情况发生，首先保留并加固坍塌体，依靠坍塌体支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20混凝土封闭坍塌体表面，厚度为20cm，掌子面掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面作用，坍体暂不挖除。
3.2施作套拱和超前大管棚
为保证施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物，从而形成复合稳定的固结体，使周围地层的力学性质得到改变，稳定性能加强；管棚尾端设钢格栅混凝土套拱，前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用。
首先在K48+182.5位置施作导向墙。导向墙长1.5m，厚80cm，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用。在钢格栅加上焊接25根1.5m长φ127的无缝钢管作为导向管，环向间距50cm，外插角2°，方向与线路中线平行，与大管棚相同。完成后浇注C25模筑混凝土。大管棚共25根，每根长24m，外插角为2°，大管棚环向间距为50cm，注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力为0.8～1.0Mpa。 管棚钢管采用φ108无缝钢管，节长3m和6m两种，第一根钢管加工呈锥形，采用丝扣连接（丝扣长15cm，必须使用标准地质丝扣）。同一横断面内接头数量不超过50%，相邻钢管的接头相错量不小于1m，机械顶进。钢管前部四周钻注浆孔，孔径15mm，孔间距15～20cm，呈梅花型布置，钢管尾部留1.5m的止浆段不钻孔。
3.3施作左洞边洞外侧挡墙
因溶洞向左洞边洞外侧延伸9m，为保证衬砌完成后隧道不处于偏压状态，在左洞边洞外侧采用C20混凝土施作挡墙。挡墙基础宽4m，基础浇筑高度与仰拱回填标高一致；墙身靠外侧墙面坡度为1：0.1，墙身浇筑高度与衬砌后拱顶标高一致。挡墙长度以与溶洞两侧纵向围岩首尾相接，形成整体。
首先清除挡墙基底虚渣杂物，保证基础稳定。而后采用定型钢模板立模加固，挡墙内外两侧靠模板边缘各布置一层钢筋网，竖向筋φ22@15cm，纵向筋φ12@15cm。从基础到墙身分层浇筑，逐节加高。挡墙内预埋φ50排水管，纵向间距为200cm，竖向间距200cm，呈梅花形布置。以便排除衬砌外侧积水，保证墙体稳定。
3.4洞身开挖及支护
注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长3～5m，开挖后立即施做初期支护结构，并采用喷射混凝土立即封闭掌子面。
初期支护采用加强支护参数。参数如下：全环设I20工字钢加强支护，
钢架间距@＝0.6m，拱墙增设φ42小导管注浆加固溶洞充填物，每根长L＝4m，间距为1m（纵向）×0.8 m（环向），C25早强喷射混凝土厚度为25cm，φ8钢筋网网格15×15cm。
溶洞处理段围岩大部分为溶洞充填物，采用人工配合挖掘机开挖；对于石质围岩部分则采用松动爆破开挖，以尽量减小对溶洞充填物的扰动，避免引发二次坍塌。
3.5基底加固处理
对隧道顶部进行注浆预加固处理仅保证隧道拱部开挖安全，基底围岩力学性能得不到改善，并且曾受到过扰动，极有可能发生坍塌事故；另外，即使开挖安全通过溶洞段，也会因溶洞段与溶洞前后随地岩性不同，使后期隧道衬砌结构沉降不均，从而造成衬砌严重开裂，甚至影响行车安全，因此必须对基底进行加固处理。
首先清除隧底洞渣，而后基底采用φ75钢管桩对隧底围岩注浆加固，加固范围为仰拱开挖轮廓线以内。钢管桩间距为1.0m，呈梅花形布置。钢管桩采用φ75mm、壁厚6mm的无缝钢管加工制作，每根长4.5m，尾端外漏50cm。浆液亦采用1：1水泥浆，注浆压力为2.0Mpa。再用C15混凝土回填至仰拱底标高，与钢管桩形成受力整体。再在仰拱下面的C15混凝土上设置一层钢筋网，钢筋网直径为φ12，纵横向间距均为20cm，从而确保回填混凝土与仰拱的连续性与整体性。
3.6拱部溶腔回填处理
为确保衬砌结构安全，保证运营安全，需对拱部溶腔进行回填处理。在综合考虑周边环境及溶洞状态，并结合隧道结构特点，采用与中隔墙同标号的C25砼泵送回填。为减少流塑态的泵送混凝土対支护结构的冲击力和侧压力，回填应对称、分次、分层施工完成，隧道支护结构两侧混凝土面每次施工高差不得超过50cm，层厚不大于30cm。每次泵送混凝土厚度不得超过2m，且方量不超过50方。
3.7监控量测
在洞身开挖施工过程中，每5m设一组监测点，主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛，密切监视每一工况下隧道支护结构的变形情况并及时反馈，指导下一步施工。
4结语
通过以上技术措施进行处理，安全通过了此溶洞，后经长时间不断量测表明，该段围岩变形已稳定，支护结构表面无明显渗漏水现象。尽管安全通过了此溶洞，并且此次溶洞处理方案也直接为本标段临近几个隧道的溶洞处理提供了借鉴经验，但是在今后的岩溶隧道施工中，仍必须加强地质超前预探、预报工作，对隧道前方岩溶进行准确预测，并提前做好穿越岩溶溶洞的应急预案，防止突泥和突水的发生。需要引起广大业内人员注意的是，溶洞处理一般只注重结构的环向刚度的加强，较为忽视结构的纵向刚度的加强，这样会因溶洞前后侧结构基底刚度差异而导致后期运营时衬砌病害的产生。因此在今后的公路隧道施工过程中，更应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其质量控制实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1]JTG/T F60-2009，《公路隧道施工技术细则》
[2]JTG F80/1-2004，《公路工程质量验收评定标准》
[3]袁真秀，浅谈对隧道塌方的几点认识【J】.隧道建设.2001（3）
论文作者:王伟
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/20
标签：溶洞论文; 隧道论文; 挡墙论文; 混凝土论文; 围岩论文; 岩溶论文; 基底论文; 《基层建设》2017年第32期论文;