嚴(yán)德添 陳人豪 孟繁賀

摘要：文章介紹了廣西壯族自治區(qū)三江至柳州高速公路NO11標(biāo)段大塘隧道溶洞發(fā)育規(guī)模、形態(tài)特征，總結(jié)了溶洞處治原則及思路，針對典型溶洞提出了相應(yīng)的處治方案，并介紹方案實(shí)施的具體步驟。該隧道已順利實(shí)現(xiàn)貫通，可為以后類似溶洞處治提供借鑒。

關(guān)鍵詞：溶洞、形態(tài)特征、處治方案

中圖分類號：U457+.2A381303

0引言

近年來，隨著廣西高速公路的大力發(fā)展和建設(shè)，新建高速公路橋隧比有逐漸升高的趨勢，且隧道占比較多。廣西碳酸鹽巖出露面積占全區(qū)土地的比重＞40%，很多隧道在巖溶區(qū)修建，而巖溶區(qū)隧道遇到溶洞的概率非常高，給隧道工程建設(shè)帶來很大的風(fēng)險。

本文以廣西壯族自治區(qū)三江至柳州高速公路NO.11標(biāo)段大塘隧道溶洞處治工程為依托，列舉了典型溶洞發(fā)育形態(tài)特征，對該隧道溶洞的處治思路、措施和處治效果進(jìn)行分析，總結(jié)了隧道溶洞處治技術(shù)措施。

1工程概況

大塘隧道位于柳城縣太平鎮(zhèn)近潭村大塘屯與新村尾屯之間的山體中。該隧道為分離式隧道，起于IK139+360、JK139+370，終于IK140+320、JK140+340，設(shè)計長度為965 m（公里樁號長），設(shè)計高程約為146～170 m（黃海高程），最大埋深約為280 m。隧道區(qū)屬峰叢谷地地貌。

2地質(zhì)構(gòu)造

隧道位于甲伴嶺區(qū)域性大斷層影響帶內(nèi)，該斷層帶走向呈近東西向，斷線向南、北方向彎曲呈弧形，斷距為300～500 m。甲伴嶺區(qū)域斷層的分支逆斷層太平-柳城斷層（F：82°/NW∠65°）從隧道區(qū)經(jīng)過，在JK140+035（IK140+021）附近與隧道大角度相交，錯斷石炭系地層，規(guī)模不大。隧道山體巖層呈單斜構(gòu)造，進(jìn)洞口處巖層產(chǎn)狀為195°∠52°，隧道中部巖層產(chǎn)狀為210°∠35°，出洞口處巖層產(chǎn)狀為240°∠42°。產(chǎn)狀變化較大。

隧道主要穿越石炭系上統(tǒng)（C3）及中統(tǒng)黃龍組（C2h）灰?guī)r地層，該地層巖石多呈厚層狀構(gòu)造，包括中風(fēng)化、微風(fēng)化巖石，巖質(zhì)較硬-堅硬狀。

3溶洞發(fā)育規(guī)模與形態(tài)特征

大塘隧道屬于線位斜穿巖溶孤峰高位洼地的情況，施工過程中揭露了多處規(guī)模大小不一、形態(tài)各異的溶洞，顯示出該隧道所處區(qū)域巖溶不良地質(zhì)強(qiáng)烈發(fā)育。其較典型溶洞發(fā)育形態(tài)特征見表1。

在隧道施工中所遇到的溶洞均為大中型溶洞，其中部分溶洞出現(xiàn)涌沙現(xiàn)象。從施工所揭露的情況來看，隧道穿過巖溶水垂直循環(huán)帶，地表的縱深裂隙、落水洞或溶洞等向下延伸至隧道附近時逐漸擴(kuò)大為溶洞。各溶洞多與地表溶蝕裂隙連通，雨季地表水多沿裂隙下滲匯集至溶洞內(nèi)形成溶洞水，水流匯集和消散的時間均較長，水量隨降雨變動較大。

4溶洞處治原則及思路

溶洞對隧道工程的影響主要是空穴、地下水、洞穴填充物、坍塌及洞頂?shù)乇硭莸?個方面［1］。廣西壯族自治區(qū)三江至柳州高速公路NO11標(biāo)段大塘隧道施工中所遇到的溶洞均為大中型溶洞，項(xiàng)目根據(jù)溶洞的大小及發(fā)育形態(tài)特征，對溶洞采用“探溶洞、強(qiáng)支護(hù)、弱擾動、固基底”12字原則進(jìn)行處治。發(fā)現(xiàn)溶洞后，首先結(jié)合掌子面揭露情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并采用長短探孔探明溶洞發(fā)育情況、填充情況；根據(jù)溶洞情況對溶洞段襯砌支護(hù)進(jìn)行加強(qiáng)并采用對圍巖擾動更少的施工方法；隧道基底溶洞處理不當(dāng)易出現(xiàn)仰拱斷裂和隧道整體下沉的現(xiàn)象［4］，根據(jù)隧道基底溶洞發(fā)育情況采用C15混凝土換填方案、板跨越方案、樁板方案、鋼管樁方案或旋噴樁方案進(jìn)行處治。

5典型溶洞處治方案

（1）右洞IK139+924～I(xiàn)K139+954段填充型大溶洞，以粉細(xì)砂、塊石等填充為主，填充物具有含水量大，易流動性等特點(diǎn)。根據(jù)補(bǔ)充勘察資料，該溶洞范圍橫向超過隧道開挖最大寬度、豎向從上臺階至基底約12 m深。如圖1所示。

①超前地質(zhì)預(yù)報及超前支護(hù)：結(jié)合掌子面揭露情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并采用長短探孔對溶洞四周、前方、基底進(jìn)行驗(yàn)證，要求基本探明溶洞發(fā)育及填充情況。主洞超前支護(hù)采用雙層小導(dǎo)管，環(huán)向間距為30 cm，搭接長度≥150 cm，其中內(nèi)層小導(dǎo)管長450 cm，角度為15°，外層小導(dǎo)管長600 cm，角度為40°［2］；側(cè)導(dǎo)洞超前支護(hù)采用單層小導(dǎo)管，長450 cm，角度為30°。

②支護(hù)方案調(diào)整：為確保施工及結(jié)構(gòu)安全，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報及超前探孔驗(yàn)證，IK139+924～I(xiàn)K139+954段支護(hù)參數(shù)由S4-B型調(diào)整為S5-A型襯砌支護(hù)；同時取消S5-A型襯砌系統(tǒng)錨桿，改成42×4 mm注漿小導(dǎo)管；增大預(yù)留變形量，由10 cm調(diào)整為25 cm。

③施工方法調(diào)整：采用單側(cè)壁導(dǎo)坑法，要求每循環(huán)進(jìn)尺不得≥0.5 m［3］；加強(qiáng)鎖腳，采用兩根89×5 mm鋼管，長度≥8 m，角度為45°；根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，在必要時設(shè)置臨時仰拱。在溶洞段開挖后立即對新暴露的開挖面積掌子面進(jìn)行噴射混凝土封閉，厚度為10 cm，同時對突水點(diǎn)預(yù)埋排水管進(jìn)行臨時引排。

④溶洞段基底處治：溶洞段兩端填充物埋深淺的段落，采用C15混凝土換填方案；對于填充物埋深較深的段落，采用板跨越方案，具體尺寸為13 m×12.6 m×1.5 m（縱向×橫向×厚度）鋼筋混凝土板，實(shí)際跨徑為11 m。

（2）左洞JK139+895～JK139+937段屬于半填充型大溶洞，存在導(dǎo)水巖溶管道與地表相通。施工期間左側(cè)拱腳出現(xiàn)涌水涌沙情況，最大涌水量約為0.3 m3/s，最大一次涌出泥沙量約為3 000 m3；降雨時洞內(nèi)涌水水勢急、水量大，降雨停止3 d后停止涌水。溶腔內(nèi)部出現(xiàn)塌方，大量泥沙及孤石滾落擠壓初支。溶洞發(fā)育于隧道左側(cè)，從隧道拱頂外約2 m處向左發(fā)展，上下貫通隧道，縱向長度＞30 m，基底往下厚度約11 m，溶洞內(nèi)充填泥沙、大塊孤石等。如圖2所示。

處治設(shè)計（見下頁圖3）：

①超前地質(zhì)預(yù)報：結(jié)合掌子面揭露情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并采用長短探孔對溶洞四周、前方、基底進(jìn)行驗(yàn)證，要求基本探明溶洞發(fā)育及填充情況。

②支護(hù)方案調(diào)整：為確保施工及結(jié)構(gòu)安全，結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報及超前探孔驗(yàn)證，JK139+895～JK139+937段支護(hù)參數(shù)由S4-B型調(diào)整為S5-A型襯砌支護(hù)；取消支護(hù)溶洞側(cè)系統(tǒng)錨桿，改成42×4 mm注漿小導(dǎo)管；增大預(yù)留變形量，由10 cm調(diào)整為15 cm。在溶洞側(cè)初支外側(cè)，采用C15素混凝土澆筑形成厚度≥3 m的保護(hù)殼。

③施工方法調(diào)整：采用三臺階七步開挖法，每循環(huán)進(jìn)尺≤0.5 m［3］；加強(qiáng)鎖腳，采用兩根89×5 mm鋼管，長度≥8 m，角度為45°；根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，在必要時設(shè)置臨時仰拱。對突水點(diǎn)預(yù)埋排水管進(jìn)行臨時引排，做好反濾措施，保證排水管通暢。

④溶洞段基底處治：擬定溶洞段大樁號側(cè)埋深較淺的段落，直接采用C15混凝土換填方案；對于JK139+896～JK139+926段溶洞基底處治采用梁板跨越方案。采用30 m×8.6 m×0.9 m（縱向×橫向×厚度）鋼筋混凝土板，增設(shè)縱向地基梁作為主力受力構(gòu)件，具體尺寸為30 m×2.6 m×2.1 m（縱向×橫向×厚度），同時地基梁中部設(shè)置200 cm的樁。如圖3所示。

（3）左洞JK139+495～JK139+555段大型填充型溶洞，該溶洞發(fā)育貫穿整個隧道，以土夾石、軟塑狀黏土填充為主，隧底松軟，地基承載力不足，拱部及拱腳滲水嚴(yán)重，開挖過程中出現(xiàn)了塌方、大變形、地表塌陷等問題。見下頁圖4。

處治設(shè)計（見圖5）：

①超前地質(zhì)預(yù)報：結(jié)合掌子面揭露情況，進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報，并采用長短探孔對溶洞四周、前方、基底進(jìn)行驗(yàn)證，要求基本探明隧道發(fā)育情況、填充情況。

②支護(hù)方案調(diào)整：JK139+495～JK139+555溶洞段原支護(hù)形式為S4-B/S5-B，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報及掌子面情況，對支護(hù)進(jìn)行了加強(qiáng)處理。支護(hù)類型中取消系統(tǒng)錨桿，改成42×4 mm注漿小導(dǎo)管；增大預(yù)留變形量，由12 cm調(diào)整為20 cm。

③施工方法調(diào)整：采用三臺階七步開挖法，要求每循環(huán)進(jìn)尺不得＞0.5 m［3］；加強(qiáng)鎖腳，采用兩根89×5 mm鋼管，長度≥8 m，角度為45°；根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，在必要時設(shè)置臨時仰拱。

④溶洞段基底處治：結(jié)合補(bǔ)勘資料、現(xiàn)場開挖揭露情況，仰拱下軟弱下臥層最大深度達(dá)30 m，且拱頂荷載大。鑒于隧道二襯是剛性結(jié)構(gòu)，對沉降（整體下沉，不均勻沉降）十分敏感。基于控制沉降目的，考慮洞內(nèi)施工場地限制，通過比選論證樁板方案、鋼管樁方案、旋噴樁方案，最終確定了鋼管樁地基處理方案。其中A型鋼管樁有效直徑≥15 cm，內(nèi)置89×5 mm鋼花管；B型鋼管樁有效直徑≥10 cm，內(nèi)置42×4 mm鋼花管。

6結(jié)語

溶洞處理，首先需要采取超前地質(zhì)預(yù)報、超前探孔、地質(zhì)鉆孔、物探等綜合手段查明溶洞具體的發(fā)育規(guī)模、形態(tài)特征，然后再采取針對性的處治方案。本文詳細(xì)介紹了大塘隧道溶洞的形態(tài)特征，總結(jié)了溶洞處治原則及思路，并結(jié)合3個典型溶洞處治經(jīng)驗(yàn)，證明上述處治措施是可行的，為今后類似隧道溶洞處治提供了借鑒及建議。

參考文獻(xiàn)

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［3］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］賴金星，汪珂，邱軍領(lǐng).溶洞位置對隧道結(jié)構(gòu)影響的數(shù)值模擬研究［J］.公路，2015，60（8）：275-281.

作者簡介：嚴(yán)德添（1990—），工程師，主要從事公路隧道勘察設(shè)計研究工作。