巖溶地區地下隧洞洞頂大溶洞快速處理施工技術

丁志軍

(中國葛洲壩集團第二工程公司，四川 成都 610091)

0 引言

在巖溶地區地下隧洞工程施工建設中，溶洞是工程中常見的一種不良地質現象。特別是洞頂溶洞，因溶腔內富含充填物，一經揭露，圍巖可能產生塑性變形，破壞圍巖穩定，極易產生掉塊或坍塌，給工程施工帶來極大的安全隱患。

根據隧洞洞頂溶洞的發育規模大小，業內常用的處理方法有兩種：一種是直接處理法，即直接清除溶腔內充填物后，采用錨噴支護+回填混凝土的方式進行處理；另一種是導洞法，該方法主要針對3 m高以上大溶洞，即通過打導洞方式進入溶洞區域，清除溶腔內充填物后，采用錨噴支護+回填混凝土+回填灌漿的方式進行處理。導洞法雖然具有處理效果好等優點，但缺點是處理時間長、費用高，對項目工期影響大。針對以上情況，以句容電站排風豎井下平洞洞頂溶洞處理為例，提出了隧洞洞頂大溶洞快速處理的思路及方法。

1 工程概況

句容抽水蓄能電站排風豎井下平洞總長75 m，斷面為城門洞形，其中樁號0+000-0+020段開挖尺寸為9.0 m×6.5 m(寬×高)，樁號0+020-0+070段開挖尺寸為16.2 m×7.55 m(寬×高)，中間5 m為過渡段。當隧洞開挖至樁號0+65.7-0+68.7段時，右側拱頂部位出現溶洞，該溶洞順洞軸線方向長度約2 m，垂直洞軸線方向寬度約3 m，高度目測4～5 m，溶洞揭露后伴隨有間歇性掉塊，并在1個月內先后2次發生坍塌，至第3個月，溶洞區仍出現掉塊，導致該施工部位暫停施工。

經現場踏勘，溶洞部位為震旦系燈影組含碎石白云巖夾泥質白云巖，灰色至淺灰色、灰黃色，微風化，斷層旁的泥質白云巖為強風化，中厚層狀；斷層一條(F45)，產狀N70～80°WNE∠80°～90°，寬約80～400 cm，帶內有黃泥、碎塊巖，局部掉塊；節理主要為層面：產狀N30～40°ESE∠40°～50°，閉合，延伸長，巖體較破碎至破碎，圍巖為IV類。

2 現狀分析及處理思路

2.1 現狀分析

該溶洞區域斷層及節理發育，地質條件差，至揭露后第3個月，仍存在掉塊現象，表明溶洞區仍存在變形、未收斂，人員設備無法靠近。根據該溶洞所處位置，整個地下洞室群內無合適位置可通過施工導洞方式進入溶洞區進行溶洞處理，且即使采用導洞法，線路長、成本高、不經濟。如果該溶洞不能及時進行處理，恐產生進一步的坍塌，對隧洞已開挖支護部位造成危害。

2.2 總體處理思路

鑒于溶洞掉塊掉泥等不安全因素，人工及機械設備無法靠近進行溶洞空腔處理。為確保施工安全，先在豎井下平洞安全區域加工成型鋼襯臺車；溶洞空腔底部采用挖掘機整平后，將鋼襯臺車推入溶洞空腔底部，利用鋼襯臺車上的千斤頂將臺車頂部模板上頂與洞頂貼合，然后利用臺車頂部預埋的泵管，通過泵送C25自密實混凝土對溶洞空腔進行回填，回填區域最小厚度約為1.5 m。回填混凝土施工完成后，立即進行排風豎井下平洞I20型鋼拱架施工，溶洞范圍鋼拱架間距50 cm。鋼拱架施工完成，且混凝土強度達到75%以上(以混凝土試塊檢驗為準)時，將鋼襯臺車移出工作面，對該部位進行系統支護和加強錨桿支護。

3 主要施工方法

3.1 鋼襯臺車設計及制作

1)設計原則。鋼襯臺車結構穩定可靠，有足夠支撐力滿足溶洞回填混凝土施工。

2)主要結構組成。鋼襯臺車主要由底縱梁、立柱、斜撐、頂升橫梁、千斤頂、頂部弧形模板等構成。臺車高度6.58 m，寬度6.0 m，長度4.8 m。主體結構采用DN180無縫鋼管、DN152無縫鋼管及∠100°×5角鋼進行連接，底部縱梁和上下頂升梁及柱頂縱梁、頂拱弧形梁均采用Ⅰ20型工字鋼，弧形模板采用4 mm厚鋼板制作；臺車升降采用12個20 t千斤頂進行升降。鋼襯臺車結構如圖1、圖2所示。

圖1 鋼襯臺車設計結構圖

圖2 鋼襯臺車側視圖

3)臺車制作。鋼襯臺車制作前先對圖紙進行熟悉，核對下料單進行工字鋼的下料。所有材料在鋼筋加工廠內下料，采用8 t平板車運至排風豎井下平洞洞口，在洞內安全區域完成焊接制作。鋼襯臺車焊接前先將排風豎井下平洞安全區域用C15混凝土整平，面積5 m×6 m，鋪設16 mm厚鋼板，再進行鋼襯臺車制作安裝，以便鋼襯臺車推進就位。

3.2 回填混凝土施工

1)鋼襯臺車就位。鋼襯臺車制作完成并驗收合格后，進行鋼襯臺車就位。就位時ZL50裝載機和30 t千斤頂配合，底部墊10 mm厚鋼板，鋼板與鋼襯臺車接觸面鋪A20 mm圓鋼以減少就位過程中摩擦力。

2)混凝土澆筑前準備。① 利用鋼襯臺車上的12個20 t千斤頂將頂升模板升起與溶洞空腔進行貼合，貼合后對局部不密閉的位置采用棉絮進行堵塞。混凝土澆筑時根據實際情況對漏漿位置再進行封堵。鋼襯臺車頂升就位后，內、外立柱間應相互焊牢，防止混凝土澆筑過程中下滑。② 利用鋼襯臺車弧面模板預留口垂直向上安裝2根DN152無縫鋼管，伸入溶洞空腔內的長度分別為1.5 m、2 m，并焊接牢固。③ 泵機就位，泵管安裝，泵機調試完成。

3)混凝土施工。回填混凝土采用C25自密實、二級配(泵送)混凝土，混凝土由混凝土拌和系統供料，6 m3混凝土攪拌車運至施工現場。混凝土采用HTB60混凝土泵機先利用倉內預埋的1.5 m長DN152無縫鋼管泵送入倉，待倉內2 m長的預埋DN152無縫鋼管有混凝土溢出時，封堵進料管，將泵管接至溢料管，繼續向溶洞空腔內泵料，直至無法泵送時，結束混凝土澆筑。

3.3 鋼拱架施工

混凝土澆筑完成后立即進行該段掛網、砂漿錨桿及鋼拱架施工，鋼拱架連接于鋼襯臺車頂部弧形I20工字鋼兩端沿開挖斷面安裝，接觸面采用焊接或通過鋼板采用螺栓連接，鋼拱架間應連接牢固，間距50 cm，并布置鎖腰、鎖腳錨桿及縱向連接鋼筋固定鋼拱架。

鋼拱架按設計要求預先在洞外鋼筋加工廠加工成型，通過8 t平板車運輸至施工現場使用。鋼拱架及其所有附件采用符合設計及規范要求的鋼板或型鋼制作。

鋼拱架應置于穩固地基上，對于較軟弱部位，基礎采用混凝土墊層加混凝土預制塊的形式，在靠近邊墻60 cm寬范圍內鋪設混凝土或砂漿墊層厚5～10 cm，在混凝土初凝前鋪設混凝土預制塊或潔凈巖塊，高度根據現場測量拱腳高程位置確定，表面再鋪設一層混凝土或砂漿墊層，確保表面平整，達到增加基底承載力的目的。

鋼拱架架立后應盡快噴射混凝土作業，使鋼拱架與混凝土連成整體，共同受力。對鋼拱架背后區域，噴射混凝土時應適當調整噴射角度，盡量噴滿，避免出現大量空鼓現象。

3.4 補強錨桿施工

當混凝土澆筑完成48 h后，從排風豎井下平洞小樁號側，對溶洞回填區域施工帶墊板補強錨桿C32@1 m，L=9 m，錨桿入巖角度和根數根據現場實際情況確定，確保錨桿大角度穿過回填混凝土并錨固在穩定基巖中，以便形成“糖葫蘆”效應。鋼拱架施工完成，且混凝土強度達到75%以上(以混凝土試塊檢驗為準)時，將鋼襯臺車移出工作面。

3.5 安全監測

鋼襯臺車拆除后，由測量人員在溶洞回填區域洞段布置一個臨時收斂監測斷面，斷面按頂拱和兩腰共布置3個測點，利用全站儀配合收斂標點(反光片式)進行收斂變形觀測，具體監測頻次按照有關規范要求執行。

4 安全注意事項

1)施工前對所有參加該項目的施工作業及管理人員進行施工安全技術交底，并留有交底記錄。

2)嚴格執行“十不干”管理制度，對電焊工、電工等特殊工種要求持證上崗。

3)施工人員進入施工現場應嚴格做好勞保著裝，戴好安全帽，穿好勞保鞋。

4)在溶洞周邊區域應設置安全警戒線及安全警示標志，施工期間安排專人負責安全警戒工作，非作業人員不允許進入施工現場。

5)推送鋼襯臺車就位及頂升模板時，應由專人負責統一指揮；千斤頂頂升前，應認真檢查底部是否水平，以免頂偏；千斤頂頂升過程中，應安排專人，按同一節奏同步進行頂升，頂升到位后，內外立柱間應相互焊牢，避免脫落。

6)在向溶洞空腔內灌注混凝土施工過程中，應加強對鋼襯臺車的檢查，發現問題及時處理。

5 結語

文章針對隧洞洞頂大溶洞的處理，提出了鋼襯臺車頂升的處理方法，通過溶洞區一年來的臨時安全監測數據顯示，溶洞區域圍巖變形量小于3 mm，整體結構穩定，能夠滿足設計要求。實踐證明，該處理方法是安全、有效的。