隧道穿越大型溶洞處治技術研究

文章以某高速公路達記1號隧道為例，根據超前地質鉆探和超前地質預報結果，對隧道穿越大溶洞施工處治方案進行了闡述。溶洞底部采取回填處治，溶腔段施作波形鋼護拱，通過布設監測點，觀測回填區的沉降后可知，該技術減少了工人在溶洞內的作業時間，提高了施工安全性，縮短了施工工期。

隧道工程；大型溶洞；隧道回填；波紋鋼護拱；處理技術

U457+.2A471493

作者簡介：

甘" 強（1987—），工程師，主要從事高速公路建設管理工作。

0" 引言

在我國西南地區，地表和地下巖溶發育特征比較明顯。隨著西南地區高速公路的建設，隧道施工常遇到溶洞、突泥和突水等地質災害。而遇到發育復雜大型溶洞對于隧道設計和施工都是一項巨大的挑戰［1］。由于隧道處于地下各種復雜的水文地質巖體中，穿越大型巖溶的施工難度更大。對這些溶洞的處治是否合理，直接影響到隧道的施工與運營期間的安全。

本文以某高速公路達記1號隧洞施工過程中穿越大溶洞處治為例，探究隧道穿越大溶洞采用隧道回填［2-3］和波紋鋼護拱施工技術應用，為隧道穿越大型溶洞提供借鑒和參考。

1" 工程概述

某高速公路達記1號隧道為雙洞分離式中隧道，隧道走向約為315°，呈直線狀展布。隧道設計長度約為900 m。隧道區屬于巖溶峰叢地貌，山體連綿起伏，地形起伏較大，山脈走向多呈北西-南東向，與隧道走向大致平行。隧址區地面高程為850～1 150 m，落差較大，山體幾乎無覆蓋層，基巖大面積出露，并且穿越巖溶洼地，地下常出現巖溶空腔，存在較大的突水涌泥風險。

2" 溶洞規模

該隧道左線望謨端掌子面揭露溶廳，溶洞覆蓋整個左線洞身，隧道從溶洞中間穿過，溶洞縱向長68 m，起止樁號為ZK41+492～ZK41+560。溶洞底板低于隧道仰拱約20～30 m，溶洞頂板高出隧道拱頂約15 m。溶洞寬約55 m，溶洞左側側壁位于初期支護外側約14 m，溶洞右側側壁位于初期支護外側約20 m（詳見圖1）。

3" 綜合調查結果

3.1" 超前地質鉆探結果

根據鉆探揭露成果，施工掌子面（ZK41+579）前方0～50 m段圍巖巖性主要為灰巖，青灰、灰白色，中風化，中-厚層狀，隱晶質結構，巖質較堅硬，節理裂隙較發育，

巖體以較破碎為主，局部呈土夾石狀，巖溶發育，在9～10 m、14～15 m、38～50 m揭露有空腔型溶洞，其中38～50 m段溶洞未揭穿，溶洞縱向深度＞12 m。圍巖總體穩定性差，自穩能力差。

3.2" 超前地質預報

根據樁號ZK41+579～ZK41+549地質雷達信號分析可知，掌子面前方0～5 m的深度，電磁波反射信號中等偏低頻，振幅較強，同相軸連續，波形均一；5～30 m的深度，電磁波反射信號以低頻為主，振幅強，同相軸連續性較差，局部錯段，波形雜亂。初步推測，掌子面前方0～5 m段圍巖節理裂隙較發育，巖體較破碎，局部破碎，泥質軟弱夾層較發育，巖溶發育，發育有小型溶洞；5～30 m段圍巖節理裂隙發育，巖體破碎-較破碎，泥質軟弱夾層發育，巖溶發育，圍巖中發育有充填型溶洞、溶槽或空腔型溶洞、軟弱夾層等不良地質體。其中5～15 m段巖溶較發育，圍巖中可能發育有充填型溶洞、溶槽或泥質軟弱夾層；17～30 m段巖溶發育，圍巖中可能發育有空腔型溶洞、溶槽或泥質軟弱夾層。

4" 溶洞處理方案

4.1" 溶洞底部回填處治

（1）根據三維激光掃描采集隧道溶洞的信息，繪制隧道溶洞的相應立面圖，確定溶洞底部回填處理方案，即從小樁號往大樁號方向由低到高順序逐層回填洞渣及混凝土，回填分層進行。由于隧道溶洞底部不平整，首層采用塊石混合碎石回填1.5 m，并按照填石路基要求進行碾壓密實，在塊石頂部采用1 mC15混凝土回填；混凝土澆筑后，采用物探和鉆探手段探查溶洞底部，了解溶洞底部是否存在，為后續填筑提供依據；探查清楚溶洞底部沒有隱伏溶洞和軟弱地基后，按填石路基填筑標準進行逐層回填，每層厚約50 cm，片石回填厚度達到4 m，在片石頂部采用50 cmC15混凝土回填。依次施工2～8層，直至回填到設計輪廓線（詳見圖2）。

（2）充分考慮布置溶洞回填區域的地下水通道，完善隧洞的防排水系統，盡量避免破壞原溶洞的地下水通道。沿溶洞底部原有過水通道埋設50 cm鋼波紋管，溶洞底部50 cm鋼波紋管連接到在ZK41+510隧道線路外兩側設置的集水坑中。

隧道穿越大型溶洞處治技術研究/甘" 強

4.2" 溶腔段波形鋼護拱施工步驟

4.2.1" 首榀組裝

波紋鋼板采用Q345B熱軋鋼板加工成型，表面為熱浸鍍鋅（見圖3）。在平整的場地上擺放6塊波紋鋼板，通過M24高強螺栓將其連接，接縫處使用耐久密封膠封堵（見圖4），拼裝成鋼護拱（跨徑為1 310 cm，矢高為655 cm）。拼裝完成后檢查長度、拱高、圓弧半徑是否與方案一致，搭接是否緊密，在驗收合格后進行吊裝作業。

4.2.2" 首榀波紋鋼護拱吊裝

清理已施工的波紋鋼護拱基礎表面，復核預埋地腳螺栓的位置、間距，安裝連接角鋼，然后使用吊車吊裝第一榀波紋鋼護拱。采用四點吊裝的方式，鋼絲繩穿過螺栓孔由起重機緩緩吊起并移動至安裝位置，人工輔助調整位置，然后緩緩下落至鋼護拱基礎，保證鋼護拱、連接角鋼間的預留孔全部對齊，然后將M24高強螺栓擰緊。

4.2.3" 鋼護拱分塊對稱吊裝

（1）在首榀波紋鋼護拱安裝完成后，開始分塊安裝剩余鋼護拱。安裝順序從下而上，左右對稱，錯縫搭接進行。鋼護拱安裝采用48 mm鋼管作為臨時支撐，支撐點設置于每塊鋼護拱環向接縫處。支撐采用立桿+斜撐的形式，在調平層預埋防滑支撐（詳見圖5）。

（2）波紋鋼拱采用6塊波紋鋼板錯縫搭接而成，板片有效寬度為4個波距。波紋鋼板用M24高強螺栓緊固，波紋板錯縫搭接處采用耐久密封膠進行密封。吊裝順序依次從大樁號側向小樁號側推進，每一個環拼裝完畢，再進行下一環拼裝，拼裝完畢及時進行防水施工。依次施工每一環，直至波紋鋼護拱拼裝完成（見圖6）。

4.3" 溶腔段仰拱及二襯施工

溶洞底部采用片石和混凝土回填。為減小沉降影響襯砌開裂，施工二次襯砌時，應在溶洞襯砌與暗洞襯砌中間設置變形縫，溶洞內襯砌需注意仰拱與二襯每6 m設置一道沉降縫，仰拱與二襯沉降縫需在同一斷面。二襯施工前，在波紋鋼護拱內側鋪設與波紋鋼護拱一樣的波紋的泡沫板（厚度為15 cm），使用膠水把泡沫板嚴實合縫貼在波紋鋼護拱內側，再施工隧洞的防水板、鋼筋和模板等。在二襯澆筑施工中，必須左右對稱分層連續澆筑，兩側高差應≤50 cm，保證波紋鋼護拱受力平衡，避免產生不規則變形，影響波紋鋼護拱的穩定。為了方便運營期檢查維護，在溶洞ZK41+504右側設置維護通道。

4.4" 波紋鋼護拱緩沖層設置

為了防止隧道溶洞中落石對鋼護拱的破壞，在波紋鋼護拱上設置緩沖層以緩沖落石的沖擊，耗散沖擊能量，達到保護波紋鋼護拱的作用。本方案在鋼護拱頂部回填兩層廢舊輪胎當做緩沖層，厚度約為40～50 cm，以有效緩沖落石對鋼護拱的沖擊。波形鋼護拱安裝完成后，由人工搬運至護拱上方進行安裝，使用鐵絲將輪胎與護拱連接螺栓進行固定。

5" 隧道溶洞段處治后效果

受施工場地限制，回填區域的密實度及填料的填筑要求受到一定影響，回填結束后可能發生一定的沉降。當溶洞內回填至襯砌底標高位置時，需要布設監測點，觀測回填區的沉降情況。按照每10 m為一個斷面，每個斷面不規則布置5個觀測點，每天早晚各觀測一次，連續觀測一個月。監測結果表明，采用片石和混凝土回填，沉降均在可控范圍內。目前隧道已貫通，溶洞段的二襯混凝土已澆筑，隧道未發現異常現象，表明隧道溶洞綜合處治效果良好。

6" 結語

由于溶洞內地勢受限，隧洞穿越溶洞采取隧道回填和鋼護拱形式進行處理。回填施工方便，分層回填灰巖洞渣和C15素混凝土，后期沉降小；波紋鋼護拱施工便捷，洞外預制，洞內拼裝，能減少工人在溶洞內的作業時間，提高施工安全性，縮短施工工期。經實踐證明，處理形式是安全有效、合理經濟的，此種形式可以在同類型溶洞處理中推廣應用。

［1］楊楚兵，范國宇.巖溶地區公路隧道穿越大型溶洞處治技術研究［J］.西部交通科技，2023（1）：109-111，205.

［2］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技術規范［S］.

［3］段" 錚，趙" 宇，薛" 偉.隧道巖溶施工處理方案簡述［J］.山西建筑，2008，34（2）：303-304.

20240407