淺析公路隧道拱腰以上大型溶洞處理方法

姜昌銀

摘? 要：本方案是隧道施工中拱腰以上出現大型溶洞的處理方法，因溶洞較大，先將完全暴露的溶洞回填至拱頂以下1.5m，在端頭最后一榀初支鋼架處設置混凝土封堵墻，然后在溶洞內填充混凝土至拱頂以上2m，在進行超前的支護、注漿處理，最后進行開挖、初支、二襯的施工。實際結果也顯示采用此方法能安全開挖通過溶洞地段。

關鍵詞：公路隧道? 拱腰以上? 大型溶洞? 處理

中圖分類號：U445? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）08（a）-0048-03

Abstract： This scheme is the tunnel construction in the arch waist above the large cave treatment method， because the cave is larger， first will be fully exposed cave backfilling to the vault below 1.5 meters， in the end of the last initial steel frame set up a concrete wall， and then filled in the cave concrete to the vault above 2 meters， in advance of the support， slurry treatment， and finally the excavation， the first branch， two-lined construction. The actual results also show that this method can be used to safely dig through the cave section.

Key Words： Highway tunnel; Arch waist above; Large cave; Treatment

1? 工程概況

本隧道為雙向四車道二級公路，分為左右洞，其中左洞起止里程為 L2K7+305-L2K7+732，全長427m;右洞起止里程 K7+330-K7+779，全長449m。隧道穿越區圍巖為三疊系中統巴東組中風化灰褐色泥質灰巖、礫巖、灰巖互層，巖性變化大，洞身段可見落水，巖溶發育，出洞口分布少量碎石土。巖體節理、劈理發育，呈碎裂結構，開挖中圍巖的自穩能力差，易產生坍塌及冒頂破壞。

設計技術標準：

（1）隧道設計時速。

隧道設計速度60km/h。

（2）隧道建筑限界。

隧道建筑限界10m×5m（寬×高）。

（3）隧道抗震。

隧道地震基本烈度為Ⅵ，抗震設防烈度為Ⅶ。

2? 施工情況

隧道左洞從暗洞開始施工，自洞口采用三臺階過渡到圍巖比較穩定地段后采用雙臺階開挖。從L2K7+305至L2K7+384.7段開挖情況看比較理想，圍巖條件基本與設計相符。強風化至中風化灰褐色灰巖，巖體節理、劈理發育，含礫巖、灰巖夾層，巖體較破碎，爆破后呈礫石土狀。開挖過程中采用超前支護，斷面超挖控制良好，初期支護按照設計要求施工正常。

從L2K7+384.7斷面開始進入到巖溶發育地段，開挖至L2K7+386.5時，掌子面右側拱頂溶洞越來越大，兩個循環開挖至L2K7+388斷面時，揭露的溶腔寬度約3m、上臺階往下深度約15m、拱頂以上高度超過20m，溶腔仍然穩定，經過機械敲幫問頂，排險處置，繼續開挖到L2K7+390斷面時，初期支護完成，清理掌子面準備繼續開挖，結果出現嚴重垮塌，而且連續多日坍塌掉塊，最大粒徑超過1.5m。垮塌物主要為粘土質碎土、塊石土，顏色為黃褐色，含水量大，結構松散，膠結性差，自穩能力極差。L2K7+390-L2K7+403段實屬不規則溶腔，寬度9m、右側拱腰位置往下深度約15m、拱頂以上高度約20m，大面積侵入隧道建筑界限內（見圖1）。

3? 處理方案

（1）洞內掌子面反壓回填：利用回填反壓的方式穩定塌方散落體，也為后續施工提供安全穩定的工作平臺，回填材料選用洞渣。L2K7+387-L2K7+403段填高至拱頂下方1.5m。

（2）在樁號L2K7+390處增設混凝土封堵墻。骨架采用I18工字鋼，底部用I18工字鋼對齊焊接，頂部與初支鋼拱架焊接，工字鋼橫向間距0.5m，縱向用Φ25mm鋼筋間距1.0m連接，內外用模板封閉。混凝土封堵墻施工完成后，底角用洞渣回填并夯實以保證其穩固（見圖2）。

（3）在L2K7+390-L2K7+403段C15素混凝土填充：采用兩次填充處理，第一次填充高度至拱頂以上50cm，預埋φ108mm混凝土輸送泵管、檢測管;第二次填充至拱頂以上2m，第二根豎向泵管采用鋼筋三角架與鋼拱架焊接固定，豎向管節長2m。

（4）L2K7+390-L2K7+403段施作雙層超前小導管：待填充混凝土強度達到設計要求后，在回填的混凝土中，隧道拱部150°范圍內施作φ42mm超前注漿小導管，小導管長度為4.5m，縱向間距50cm，環向間距30cm，前后排注漿小導管交錯布設，外插角分別為5°～12°和10°～30°。

（5）及時進行注漿作業，主要注漿參數如下：水泥漿水灰比1：1;注漿壓力0.4～1.0MPa;終壓2.0MPa。

（6）混凝土封堵墻拆除，洞身開挖：采用三臺階短臺階法開挖。

①先開挖上臺階，該部有部分C15填充混凝土，盡量采用機械開挖。開挖完成后，立即進行初期鋼拱架的施工，并打設固定鎖腳錨桿，鎖腳錨桿為φ42鎖腳小導管，長4m，共4根，一邊兩根，鎖腳錨桿應和水平線呈10°～15°的夾角向下打入并和型鋼焊接牢固。上臺階一次掘進1榀型鋼拱架的長度，確保每循環開挖范圍內有超前小導管棚護。②上臺階弧形導坑開挖支護4榀拱架后，開挖中臺階并及時施作初支鋼拱架，在兩側拱腳施作固定錨桿，鎖腳錨桿為φ42鎖腳小導管，長4m，共4根，一邊兩根，鎖腳錨桿應和水平線呈10°～15°的夾角向下打入并和型鋼焊接牢固。中臺階一次倔進2榀拱架的長度。③當完成中臺階的初期支護后，重新開挖上臺階，循環作業。④中臺階開挖至L2K7+403后，開挖下臺階，下臺階開挖和中臺階一樣，一次開挖2榀拱架。開挖完成后，立即進行初期支護，并打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿長為4m，一邊2根，鎖腳錨桿應和水平線呈10～15°的夾角向下打入并和型鋼焊接牢固。⑤最后開挖仰拱，全斷面開挖，開挖長度不超3m，一次澆筑成型，為不影響掌子面開挖，采用自制棧橋通行掌子面施工的機械。⑥該段初期支護工字鋼由I20a調整為I20b，縱向間距50cm;初期支護噴射混凝土施工結束后打入系統錨桿。

（7）空腔泵砂：L2K7+390-L2K7+403段初支全部完成后，在二襯施作之前，通過預留的泵砂孔，泵入1m厚的細砂緩沖層。

（8）防排水施工：在空腔填充混凝土之前，溶腔設計界限以外左側預埋φ100HPDE無孔波紋管，縱向間距2m，預埋高度至少拱頂以上2m，下部與二襯背后的環向排水管以三通的方式連接，以備引排頂部溶腔積水，該段范圍內的環向排水管也加密設置，2m一道。

（9）二襯的施工：根據監控量測的數據，待初支穩定后開始施作隧道的二次襯砌。二次襯砌厚度調整為55cm，主筋直徑調整為φ25，縱向間距調整為15cm。

4? 安全、質量保證措施

隧道溶洞處理屬于重大危險作業，務必引起高度重視，質量、安全保證尤為重要。

（1）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。

（2）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，制定出處理方案。

（3）支護參數嚴格控制，結構連接、焊接質量滿足設計要求。

（4）加強隧道觀測頻率，主要兩個方面，第一洞內外沉降觀測，隨時掌握山體變形狀況;第二加強洞內凈空收斂狀況監測，有利于二次襯砌的及時施工。

（5）健全安全管理機構，落實安全責任，施工過程中安全員必須輪流值班。

（6）嚴格執行安全操作規程及規章制度，進洞人員必須穿戴好勞動防護用品。

（7）加強安全教育和安全交底工作，要讓所有施工人員了解施工現場安全狀況與環境。

參考文獻

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