九龍山隧道K69+130掌子面溶洞整治技術研究

李宇翔

(遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

0 引言

巖溶作用是在碳循環及與其相耦聯的水循環、鈣循環系統中碳酸鹽的被溶蝕或沉淀,是隨時空變化的動態過程[1]。巖溶、裂隙、空腔等地質災害源如果不能夠提前探明，提前處治，在工程建設過程中往往會出現樁基成孔時塌孔、斷樁、地面塌陷等，甚至還會因基礎懸空、地基失穩、樁承載力不足造成路基沉降、破壞等，導致增加造價、拖延工期，甚至安全事故[2]。研究巖溶地區巖溶發育特征與規律,制定合適的溶洞整治處理方案,具有至關重要的意義。

花溪-安順高速公路簡稱“花安高速公路”，又稱“貴陽-安順第二高速公路”，是中國貴州省境內連接貴陽市花溪區與安順市的高速公路。在漫長的地質歷程中，由于長期地應力作用及各種邊界條件的影響，經多次構造運動，使路線區內構造復雜。現今地表主要表現為北東—南西向的褶皺和斷裂。路線內有背、向斜10余個，大小斷層30余條。為防止隧道崩落、冒頂坍塌、突水等地質災害，及時采取對應加固支護方式以確保隧道安全施工。

1 工程概況

1.1 地質概況

本項目隧道區上覆第四系殘坡積層(Qel+dl)含碎石粘土，下伏基巖為二疊系上統含燧石灰巖、泥巖、砂巖及少量煤線(鉆探揭露厚0.3～0.6m)。第四系殘坡積層在隧道進出口、洞身緩坡地帶有分布，厚度變化大，厚0.5～9.0m。強風化巖體節理裂隙極發育，巖體極破碎。

1.2 設計概況

隧道雙向六車道高速公路，設計行車速度120km/h，建筑限界凈寬為1.00+0.75+3×3.75+1.25+1.00=15.25m，凈高5.0m。襯砌內輪廓，隧道內輪廓采用R1=9.2m、R2=5m的三心圓結構，內輪廓設計高程距拱頂高度8m，凈寬16.435m，路面以上襯砌內輪廓凈空面積107.47m2，斷面濕周42.48m。

2 溶洞工況

2016年1月14日九龍山隧道進口右線左上到坑施工至K69+130處掌子面時揭露溶洞。經實地進入腔體踏勘，溶洞沿隧道走向方向延伸，現場勘查可觀察到約為40m，寬度跨越整個隧道寬度，溶洞形狀不規則，向隧道左右側延伸，溶洞高度約為1.5～5m。頂板為灰巖、易掉塊，溶洞底部有填充物，為泥巖風化物，溶洞內無水，巖石走向與原地質描述基本吻合。隧道左導洞開挖后臨時支撐變形，臨時支撐初噴混凝土開裂，溶洞頂板部分受爆破開挖影響部分掉塊，中隔壁背后存在土體坍塌，造成臨時支撐部分斷面受力過大變形，存在較大的安全隱患。隧道溶洞揭露情況見圖1所示。

圖1 隧道溶洞

2016年1月20日，隧道左導洞開挖后臨時支撐變形，臨時支撐初噴混凝土開裂，溶洞頂板部分受爆破開挖影響部分掉塊，中隔壁背后存在土體坍塌，造成臨時支撐部分斷面受力過大導致臨時支撐工字鋼變形。臨時支撐初噴混凝土開裂，見圖2所示。溶洞頂部含隧石灰巖厚度較薄，隧道挖進過程中爆破易引起巖石沿層面掉塊，造成安全隱患為明確探明溶洞發育情況，設計單位對該隧道做TSP超前地質預報。超前地質預報情況見表1所示。

圖2 九龍山隧道進口右洞左導坑臨時支撐初噴混凝土開裂

表1 YK69+130～YK69+273里程段超前地質預報情況

超前地質預報結論：九龍山隧道進口右幅地層巖性為二疊系上統長興組(P2c)灰巖，灰褐色，中風化，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖層產狀160°∠36°；掌子面揭露溶洞，揭露厚約2～3m，含隧石灰巖之上為灰、灰黑色薄至中厚層砂巖、泥巖；溶洞底板為灰、灰黑色薄至中厚層砂巖、泥巖，沿隧道前進方向發育，呈半充填狀，充填物為粘性土混碎石，掌子面有點滴狀出水現象。

3 溶洞處理方案

針對以九龍山進口右洞K69+130掌子面出現溶腔情況，施工單位結合設計、監理等單位進行現場踏勘溶洞發育情況，判定為開挖輪廓線外大型溶洞，結合溶洞常規處理技術(回填碎石、注漿加固仰拱、疏導、引流地下水、清理充填物等工程綜合治理技術[3])，以及現場查勘、地質勘察報告，確定了溶洞處理方案，制定了具體處理措施。

在探明無突泥、涌水跡象時，施工至溶洞處對溶洞區周邊及頂部進行清危，并根據現場情況進行錨網噴處理，以確保施工安全。

3.1 已開挖溶洞處理方案

(1)對于已開挖K69+115～K69+130段的左側上導洞，在上導洞底部即I部填筑2m高石料，以保證中隔壁拱腳穩定。

(2)對于已開挖K69+115～K69+130段二次襯砌配筋由原Φ20@16.7調整為Φ25@16.7。

(3)對于已開挖K69+115～K69+130段的中隔壁采用Φ50鋼花管徑向注漿加固土體，鋼花管長度為5m，間距為1m×1m，梅花形布置，注漿漿液采用水泥漿，水泥漿液用量以側壁加固土體的10%計量，注漿按從下到上的順序進行。溶洞加固處理圖，如圖3所示。

3.2 已揭露的K69+130～K69+170溶洞處理方案

(1)超前支護，對于拱頂為溶洞的段落超前支護不需要施做，對于開挖后拱頂沒有溶洞的部分溶洞段支護參數由原S-Ⅴb調整為S-Ⅴaj。

(2)考慮K69+130～K69+170段溶洞發育，應對排水系統進行加強，將原設計Φ100半圓環向排水盲溝及Φ100橫向導水管設置間距由10m調整為2m。

圖3 已開挖溶洞加固處理圖

(3)從現場實地勘察可知右洞左側溶洞較小，規模不大，隧道左右洞之間的溶腔采用C20混凝土回填密實，利于左洞開挖；隧道右洞右側邊墻外側5m范圍內溶腔應采用C20設模澆注混凝土回填密實，5m外的溶腔可不做處理；

(4)隧道拱頂與溶洞底板巖層間距大于10m時，可不進行處理，隧道拱頂與溶洞底板巖層間距小于5m時，采用C20混凝土回填密實，隧道拱頂與溶洞底板距離介于以上兩種情況時，超前支護加固拱頂圍巖。

圖4 揭露溶洞加固處理圖

4 溶洞處理控制要點

(1)溶洞基底填充物含有少量厚層狀碎石塊，該溶洞頂板及側壁有落石掉塊的可能，處理溶洞之前先將危石清理干凈，并對頂板及側壁做錨噴網防護或臨時支撐防護，保證后續作業人員安全。

(2)溶洞段巖體總體破碎，節理裂隙發育，應加強洞外地表沉降及洞內監控量測，并盡快調整工序，抓緊施工下臺階及仰拱。

(3)施工應嚴格按照設計圖紙中的雙側壁導坑法進行開挖和支護，施工應嚴格遵循“短進尺、弱爆破、少擾動”原則[4]，避免出現較大的掉塊，同時二次襯砌應及時跟進。

(4)確保材料質量和加工產品質量合格，特別是注漿液必須按照配合比施工，在注漿量的控制上寧多勿少，以保證達到增強圍巖自穩能力的目的[5]。

(5)進行地質的超前探測工作，及時了解地質情況，巖溶是否發育、走向等，動態設計制定出處理方案。支護參數嚴格控制，結構連接、焊接質量滿足設計要求。

5 結語

以九龍山隧道K69+130掌子面溶洞為依托，闡述了隧道溶洞的問題，針對問題分析，提出了已開挖和已揭露溶洞處理整治方案。依據隧道溶洞整治過程，分析提出加強溶洞處理控制要點。同時進行后期跟蹤監測，動態設計表明處理效果良好，達到了目標要求。在施工過程中，此溶洞處理措施實用、有效，隧底沉降量滿足相關規范要求，襯砌無下沉開裂現象，隧道結構處于正常工作狀態。大大縮減了經濟成本，加快了施工生產，確保了工期要求及安全施工。