城萬公路八臺山隧道大型溶洞處置技術

中鐵八局集團第一工程有限公司 重慶 400053

摘要：在高速公路修建過程中，若遇到喀斯特地質，隧道極易穿越溶洞，會給工程建設帶來巨大的難度，處理不當將會給隧道運營帶來嚴重的安全隱患。本文以城口至萬源快速公路八臺山隧道為例，詳細闡述了公路隧道遇到溶洞的情況下的處置技術，包括底部處理、地基加固、拱圈加強，望能為類似工程提供參考數據。

關鍵詞：隧道；溶洞；加固；防護；結構

一、工程概況

城口至萬源快速公路通道工程八臺山隧道位于重慶市城口縣雙河鄉柳河村。本工程分為主洞和避難通道兩個隧道。主洞為雙向單車道，為主隧道，設計公路等級為二級，設計時速60km/h；主洞起訖里程為K43+210～K48+480，全長5270m；避難通道起訖里程為YK43+206～YK48+450，全長5244m。

八臺山隧道洞身穿越二疊系下統茅口組、上統吳家坪組、長興組、三疊系下統大冶組一至四段、嘉陵江組一至四段，其主要巖性為灰巖、白云巖、巖溶角礫巖、泥質灰巖等，龍潭河構成隧道區地下水最低排泄基準面。

1-1八臺山隧道縱斷面圖

八臺山隧道進口端于2012年8月3日施工，至K45+480時揭示出大型溶洞，該溶洞長約87米（K45+480～K45+567），寬約35-66米，高度10-50米（可見高度），走向大致與線路中線一致，由左向右前方斜交，揭露后溶腔壁局部有掉塊現象，節理呈發育狀態，總體較完整、穩定，局部有滴水現象。在溶腔內有填充物主要為大塊孤石夾小塊石、碎石等，既有堆積物干燥無水，以隧道路面高程為基準，自K45+500向大里程方向約45度向上堆積，至K45+560最高點近30m。

二、溶洞工程水文地質條件

隧道區穿越八臺山-大寧廠向斜兩翼，兩翼均有次級構造，巖層產狀變化較大八臺山-大寧廠向斜次級背斜-2。位于隧道里程K45+625處，隧道近垂直穿越，軸向北西-

南東向，軸部地層為二疊系茅口組，兩翼地層為二疊系至三疊系大冶組，北東翼

2-1溶洞平面圖

傾角50度～58度，南西翼傾角58度～69度。

地勘報告顯示，該溶洞內既有堆積物干燥無水，溶洞四壁無水，為干溶洞，在8月、9月雨季時，只局部有少量滴水現場，現階段溶洞垂直向上發育，其滲入的巖溶水對隧道影響有限。對經過區內水文地質條件分析，受W607地下暗河系統河道下切影響，目前推測其雨季水位位于高程818m以下，由于該地下河匯水面積相對較小，地表地形地貌及背斜外圍頁巖隔水層阻隔不利于雨水下滲，平水期水量較小，為1L/s，雨季出口可達約100L/s，通過溶洞段雨季水位距離路面設計標高大于26m，暗河水在目前條件下不可能進入溶洞內對隧道產生影響。

三、溶洞處理技術

3.1輔助坑道

為解決八臺山隧道主洞（進口端）掌子面掘進受阻問題，由3#車行橫通向避難通道迂回至K45+752，進入主洞繼續施工。

3.2堆積體清理及溶腔壁加固

（1）挖機配合自卸車清理溶洞內堆積物，沿隧道縱向開挖至設計標高下2m。

（2）K45+480-K45+500段是隧道主洞與溶洞過度段，圍巖破碎且裂隙發育，應對其進行加固處理，加固范圍為沿兩側溶洞壁至拱頂上3m可操作范圍內。采用18工字鋼作為初支加勁措施，縱向間距0.5m；Ф22砂漿錨桿（L=3.5m），垂直巖面打入，并施作環向及縱向排水波紋管，噴射厚24cmC20混凝土造殼；待噴射混凝土強度達到要求后，對圍巖裂隙泵送C25混凝土，厚1.5m；完成過渡段支護處治。

3.2-1溶腔壁加固處理

3.3溶洞防護

由于溶洞整體呈椎形，溶腔壁局部有掉塊，且受避難通道掘進爆破施工影響，扔有零星塊石掉落，溶洞內作業十分危險。為保證施工安全，溶洞內設置多處照明設施并有專職安全員時刻觀察危險情況，人工操作范圍內設置臨時安全防護棚架，防護棚架采用18型鋼和HRB335鋼筋制作。

3.3-1防護棚示意圖

3.4溶洞基底注漿

（1）溶洞內為坍塌堆積物，且夾雜大塊孤石，為保證注漿加固效果，將露出孤石爆破清除，挖機粗平后對結構物范圍內溶洞基底采用20t振動式壓路機碾壓6-8遍。

（2）碾壓密實后進行人工找平，施作20cm厚的C25止漿層，并對K45+480-K45-548段基底堆積物進行注漿加固處理。由于鉆孔位于堆積物上，塌孔嚴重，成孔十分困難，為防止塌孔，將鉆孔直徑加大為110mm。

（3）溶洞內堆積物存在夾雜大塊孤石等情況，推測堆積物內空隙大小不一，每孔注漿分兩次進行：第一次注漿為避免漿液過濃導致不能充分滲透堆積物，采用0.5：1水泥漿液，注漿壓力0.5Mpa，使漿液充分向下滲透空隙；第二次注漿因前一次注漿已將堆積物底部壓注密實，因此采用1：1水泥漿液，注漿壓力0.3-0.5Mpa，使漿液向四周充分滲透擴散，達到注漿效果。

3.5基礎底板、偏壓墻及護拱

（1）注漿加固完成后，在止漿層上施作1.8m厚鋼筋混凝土底板及偏壓墻，偏壓墻 與二襯有連接筋連接形成整體。

（2）偏壓墻完成后，在頂部預埋護拱工字鋼連接鋼板，護拱為工字鋼結構（外層18工字鋼，內層22a工字鋼），分段加工吊車吊裝。因護拱最大跨度達14m，在吊裝時采用開挖臺車進行臨時加固，每榀護拱間采取鋼筋縱向連接形成整體，連接筋間設網片。外層工字鋼噴射24cm厚C20混凝土造殼。

（3）護拱混凝土采取整體澆筑成型，對護拱內外層鋼架間采用14工字鋼進行加固；護拱內層工字鋼安裝模板并加固；在工字鋼上設固定監控量測點位，混凝土采取泵送，澆筑期間定時測量，及時掌握工字鋼形變數據并配合控制混凝土澆筑速度。

3.6拱頂吹沙

（1）溶洞揭露后，洞內空氣運動加速，洞頂巖體風華速度可能加快，不排除出現較大體積的塊石掉落情況，威脅襯砌結構安全，因此在護拱頂部以上施作2m厚吹沙回填，作為預防落石的緩沖層。

（2）二次襯砌完工后施作拱頂吹沙，采用JCK-800普壓噴砂機施作，通過預留孔進行吹砂作業。吹填料選取砂質潔凈中、粗沙，含泥量小于15%的干砂。吹沙結束后及時用水泥砂漿封堵吹沙孔，封堵厚度同襯砌厚度。

3.7隧道結構

（1）K45+480-K45+490段為過度加強段，隧道采用加強型復合式襯砌，24cm厚C20噴射混凝土初期支護及70cm厚C25鋼筋混凝土二次襯砌。

（2）K45+490-K45+548段為明洞襯砌段，隧道采用拱頂設置2m吹沙緩沖層，1m厚C25護拱混凝土及1.2m厚C25鋼筋混凝土二次襯砌的加強型襯砌。

3.7-1八臺山隧道溶洞處理典型斷面圖

四、結語

八臺山隧道K45+480-K45+567大型溶洞處理完成后即開展隧底沉降監測工作，根據監測結果，隧底沉降量滿足相關規范要求，隧道結構處于正常工作狀態，說明處理方案是安全、可靠的，經以上工程實踐，有如下認識：

（1）八臺山隧道K45+480-K45+567大型溶洞為干燥無水溶洞，采用的基礎加固+明洞方案可充分利用溶洞內原堆積物，避免大量換填，施工工藝簡單，結構安全可靠。

（2）為避免堆積物過多的工后沉降，采用了注漿加固+鋼筋混凝土底板的綜合地基處理方案，保證了結構安全。

（3）溶洞揭露后空氣流動導致洞頂巖石風化加速，在隧道二次襯砌外加設1m厚混凝土護拱及2m厚吹沙緩沖層，保證了在施工期間及漫長的營運期間避免出現大塊石掉落對隧道襯砌造成損害的風險，保證了隧道的營運安全。

參考文獻：

[1]重慶市交通規劃勘察設計院.城萬快速公路通道工程CW09合同段八臺山隧道K45+480-K45+567段溶洞處治方案設計[R]，重慶：2012

[2]重慶市重慶江北地質工程勘察院.八臺山隧道K45+480-K45+567段溶洞施工勘察報告[R]，重慶：2012

[3]馬濤.宜萬鐵路龍麟宮隧道1#大型溶洞處理技術研究[A].湖北武漢，《鐵道標準設計》 2010年08期

[4]宋長甫.龍麟宮隧道大型溶洞支頂加固技術[J]；鐵道標準設計；2007年09期

[5]楊兵.宜萬鐵路馬鹿箐隧道巖溶災害的工程處治技術[J]；地下空間與工程學報；2011年03期

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圖4.3 主墩應力測點布置示意圖

施工過程中各主要截面應力誤差分析：（以6號墩1號塊為例）

表1 6號墩1號塊施工完成后應力誤差（MPa）

測點施工塊號階段長度（m）理論應力（MPa）實測應力（MPa）差值（MPa）控制壓應力（MPa）控制拉應力（MPa）是否滿足

2斷面11#塊31.010.97-0.0429.05-3.37是

2 31.010.95-0.0629.05-3.37是

3 3-0.03-0.03029.05-3.37是

4 3-0.03-0.03029.05-3.37是

3斷面1 31.010.96-0.0529.05-3.37是

2 31.010.92-0.0929.05-3.37是

3 3-0.03-0.03029.05-3.37是

4 3-0.03-0.03029.05-3.37是

通過對澆筑后以及預應力束張拉后各節段標高和控制斷面的應力數據的監測，實測數據顯示，梁體高程與控制截面應力均符合設計和規范要求，成橋后各測試截面均為壓應力，未出現危及結構安全的拉應力，結構強度滿足設計要求，且具有一定的安全儲備。

6 結論

本文對某山區長大橋從有限元模型建立、施工監測方法、線形控制、應力控制等方面的施工監控過程進行了闡述。通過實際監測數據對各種有限元模擬參數進行估計和修正，用于指導和控制施工，使得各施工階段的實際狀態，最大限度地接近理想狀態，確保了成橋后的內力狀態和幾何線型符合設計要求。

參考文獻：

[1]范立礎.橋梁工程（上、下冊）.北京：人民交通出版社，1996

[2]鄒積君，王全錄.瞪口黃河預應力混凝土大橋施工控制技術研究.森林工程，2004

[3]彭昌利，王榮輝.懸臂施工預拱度的研究.廣州：華南理工大學土木與交通學院，2009

[4]張啟偉，袁萬城，范立礎。大型橋梁結構安全監測的研究現狀與發展。同濟大學學報，第25卷（增刊），1997

[5]程翔云.懸臂施工中的預拱度設置.公路，1995

[6]史家鈞，邵志常。上海徐浦大橋結構狀態監測系統。第十三屆全國橋梁學術會議論文集，1998.11.16～19，上海