高速鐵路隧道特大溶洞防護及處理施工技術研究

李丁

（川鐵（瀘州）鐵路有限責任公司，四川 瀘州646100）

1 工程概況

朱砂堡2#隧道位于滬昆客專貴州東段玉屏東至三穗東車站區間內，為雙線隧道，左右線線間距為5.0m，進口與出口分別位于半徑為11 000m 的右偏曲線上與半徑為12 000m 的左偏曲線上。隧道進口里程D2K473+452，出口里程D2K473+957，全長505m。隧道進口鄰近朱砂堡中橋臺尾，出口鄰近克麻塘中橋臺尾，最大埋深約49m。

1.1 溶洞及暗河描述

該隧道經過暗河溶洞形狀不規則，溶洞順線路方向最寬約61m（溶洞中部），溶洞平面順線路方向寬約42m，橫線路方向最寬約80m（溶洞底部），溶洞最大深度91m（溶洞大里程側右下角），線路方向最大深度79.3m，溶洞橫線路方向呈三角形、上窄下寬，順線路方向呈“大肚囊”，溶洞埋深約40m，隧道二襯拱頂標高與溶洞頂標高基本相平，暗河沿溶洞大廳底部大里程側由左向右、再向小里程方向通過，溶洞上部洞壁圍巖線路左側巖體較為松散，線路右側巖體較為完整，從溶洞下部情況看，洞壁巖體破碎，極易坍落，底部有部分坍落的碎塊土堆積，部分地段呈倒懸狀，穩定性差。暗河及溶洞大廳容積約3.2×105m3。

1.2 設計簡述

經進一步勘察，查明暗河與隧道正洞在D2K473+780 處相交，隧道位于暗河頂板以上0～20m，暗河水流量約為21 600m3/h。該段勘察揭示的暗河、落水洞位于線路右側，暗河溶洞靠線路側距離隧道開挖邊緣3～20m，暗河頂部距離隧道軌面0～60m，暗河形態分布變化較大，暗河高度在22～83m、寬度在8～50m 內變化。處理方案除局部用鋼筋混凝土地基梁和護拱加強外，在D2K473+720～+800 段80m 長度內于隧道底板按1∶0.2 的下坡施作C20 混凝土墻；為確保施工安全，施工之前對局部不穩定懸石、孤石清除，并采用錨網噴防護對洞壁進行加固，共澆筑混凝土近2.1×105m3。

2 溶洞防護方案

在隧道已完成的仰拱或上臺階上建立貝雷梁桁架拼裝平臺，并為貝雷梁桁架設置走形裝置；在貝雷梁頂部設置支頂型鋼桁架，桁架上焊接間距為1.5m×1.0m 的人工可調整頂杠，并在桁架之間鋪設φ16mm@15cm×15cm 的鋼筋網片；操作工人站立在支頂型鋼桁架內對前方2m 范圍內的危巖、傾限巖石進行處理，同時，對處理巖面進行第一次噴射混凝土，然后利用卷揚機以2m 為1 個走行單元進行貝雷梁的懸臂牽引；小里程方向的貝雷梁桁架向前走向24m（懸臂距離），大里程方向的貝雷梁桁架向前走向27m（懸臂距離），在溶洞頂部合攏，人工利用頂杠對支頂型鋼桁架外側4.5m 范圍內的圍巖進行頂撐，然后,分塊對防護區域的溶腔頂板進行第二次掛網噴射混凝土【1】。

人工站立在貝雷梁桁架上對線路左側進行被動防護網施工，被動防護網上部設計2 排鎖定錨桿，下部用混凝土反壓。后進行混凝土澆筑，待混凝土灌注高度達到復合襯砌底板時，以2m 為1 個單元進行支頂型鋼桁架拆除，并完成相應段落護拱施工直至所有支頂型鋼桁架拆除完成，并將懸臂貝雷梁撤出，最后施工隧道底板和二襯。

2.1 貝雷梁桁架拼裝平臺搭設及前支點設計

大里程側：仰拱端頭里程為D2K473+790，在D2K473+793處設置懸臂貝雷梁的前支點。利用已完工的仰拱平面進行貝雷梁桁架和支頂型鋼桁架的安裝。

小里程側：仰拱端頭里程為D2K473+700，上臺階開挖長度23.5m，不能夠滿足懸臂梁拼裝長度的場地需求，需要在隧道下臺階處回填棄碴，建設平臺總長度58m，并在平臺頂面上部澆筑厚度為20cm 的C20 混凝土。考慮到小里程側上臺階下部懸空并存在臨時施工導洞，同時考慮平臺下部空洞對懸臂貝雷梁前支點的影響，在溶腔壁后退6m 處設計前支點（D2K473+742 處）。

2.2 貝雷梁桁架拼裝及走行裝置設計

按大小里程兩側的懸臂貝雷梁桁架和支頂型鋼桁架分別進行設計。選用貝雷梁為國產321 型裝配式公路鋼橋的主桁架，桁架高度為150cm，桁架全部選用加強型，在懸臂梁前后支點處設置搖滾或平滾，以滿足走向要求。支頂型鋼桁架全部選用I22 型鋼焊接，桁架縱向間距150cm，縱向利用I22 型鋼連接；在環向鋼架上間距100cm 焊接頂杠，頂杠選用直徑50mm 的頂芯【2】。在貝雷梁尾部設置平衡配重用來滿足貝雷梁走行時的穩定要求。

2.3 貝雷梁桁架上部支頂型鋼桁架設計

為保證支頂型鋼桁架受力均勻，并全部有效將受力傳遞至懸臂貝雷梁，將支頂型鋼桁架設計外形設計成弧形，弧度較隧道設計初支半徑小30cm，并利用豎向、橫向及剪刀桿件進行受力傳遞，支頂型鋼桁架底層橫向型鋼利用U 型卡與貝雷梁連接成整體。在弧形桁架上按照間距100cm 間距設計頂杠，頂杠與弧形鋼架采用焊接工藝連接。根據現場測量數據，頂杠的頂撐范圍按照0～4.2m 設計，在頂杠的端部選用鉸接方式與頂板連接，以保證最大限度與溶腔圍巖密貼。

2.4 貝雷梁桁架前支點設置

在隧道D2K473+742 和D2K473+793 處分別設置懸臂貝雷梁桁架的前支頂及制動裝置。首先為保證懸臂貝雷梁桁架前支頂受力均勻，在對應部位澆筑300cm×100cm 的鋼筋混凝土條形基礎，在基礎上部鋪設厚度為15mm 的鋼板，鋼板與混凝土利用U 型筋進行連接。為保證貝雷梁桁架在頂推過程中的安全，在鋼板上焊接“車擋”裝置，避免貝雷梁桁架發生“溜車”事故【3】。

2.5 貝雷梁桁架頂推作業

貝雷梁桁架及支頂型鋼桁架在拼裝平臺上部搭設完成，待溶洞頂部輪廓滿足懸臂走行條件后，及時進行C30 混凝土噴射作業，然后將頂杠進行上調至貼近初噴面，整體推動貝雷梁桁架向前移動2m，調整頂杠長度至受力狀態，調整懸臂梁尾部支頂結構，保證懸臂梁結構安全，然后進入第二個2m 行程處理過程，直至兩側懸臂貝雷梁“合攏”。小里程方向貝雷梁桁架頂推總長度為24m，大里程方向貝雷梁桁架頂推總長度為27m。

由于線路左側溶腔圍巖較為破碎，為保證溶腔底部操作工人的安全，選用被動防護網進行防護。貝雷梁桁架整體頂推就位后，操作人員站立在支頂型鋼桁架內部進行錨桿施工，掛設整體被動防護網，在溶洞底部利用混凝土進行防護網壓腳處理，以防溶腔左側坍塌巖石。

3 結語

由于巖溶地貌特征的復雜性，在隧道工程施工中必須對溶洞進行必要的防護與處理，否則，會導致隧道工程施工中極大的安全風險因素，最終誘發嚴重的工程質量與安全問題。在溶洞防護與處理中，須結合工程現場實際情況，保證防護處理的效果，提升隧道工程施工整體質量。