浅谈靛口岩溶隧道的动态设计与施工

伍从浪

1 工程概况

靛口隧道是湖南省永蓝高速公路的一座小净距分离式隧道，隧道开挖宽度12.6 m，最大埋深68 m，中夹岩柱净宽15.5 m～18 m。隧道右线长645m，左线长605m，隧道洞身围岩主要为微风化灰岩，岩溶强发育，围岩级别为Ⅳ级。隧道进口自然坡度10°～15°，出口自然坡度20°～25°，进出口主要由坡积碎石土，强风化灰岩组成，土体结构疏松，岩体破碎，稳定性差，易坍塌跨落，成洞性差，进出口段围岩为V级。岩溶为隧道主要不良地质。

2 岩溶隧道围岩分级

由于影响岩溶隧道围岩的因素较多，尤其在时间和空间上表现出的非线性，使得岩溶隧道围岩分类难于统一标准。《公路隧道设计规范》对围岩采取定性、定量、定性与定量相结合的方法将隧道围岩稳定性等级由好到坏分为Ⅰ～Ⅵ六级，但岩溶对围岩的影响没有设置专门的条文，石灰岩地区在确定隧道围岩分级时，如何考虑岩溶作用受主观认识影响较大。在靛口隧道爆破开挖时，加强了地质素描、超前地质预报及监控量测工作。对岩溶的形态、发育部位，掌子面溶蚀灰岩的稳定状态，溶洞充填情况，岩溶水等情况，根据工程类比修正岩溶隧道围岩等级后合理确定开挖支护参数、衬砌参数及治水措施。

3 岩溶隧道超前地质预报

在施工过程中，采用技术和经济可行的方法，探明掌子面前方一定长度内的地质状况，核对原地勘结果，使设计和施工能按照实际地质状况的变化而改变，保证各项设计参数和施工措施适合实际围岩的地质状况，完成动态设计和施工过程，保证工程结构和施工安全。

探测断面设置和要求:

1 )在设计Ⅴ级深埋段和Ⅳ级围岩区段，采用探地雷达(GPR)每20 m～30 m一个探测断面。Ⅴ级浅埋、偏压、加强段不探测;Ⅴ级深埋段、Ⅳ级加强、浅埋、偏压段:20 m/次;Ⅳ级深埋段: 30 m/次。2)在设计Ⅲ级，Ⅱ级围岩区段，采用TSP202/203地震波法长距探测，每150 m～200 m一个探测断面，并在此探测结果的基础上，在认为有必要部位加测短距探测断面。3)对岩溶段、断层破碎带等不良地质，进行认真、细致的探测、研判和提出报告，提出施工钻爆要求和安全警告;对可能发生突水，流泥和塌方的高风险地段，提出需要再进行超前地质钻探探查范围的建议，以准确探明灾害性地质条件的范围、性质和危害程度，便于采取相应对策，防止突发事故发生。

4 岩溶隧道施工监控量测

监控断面的设置:

1 )拱顶下沉与周边收敛量测。

a.Ⅴ级，Ⅳ级浅埋、偏压、岩溶、断裂带断面(见图1)。拱顶下沉:三测点;周边收敛:二测线;断面纵向距离:10 m。b.各级围岩深埋段断面(见图2)。拱顶下沉:一测点;周边收敛:Ⅴ级，Ⅳ级:二测线;Ⅲ级:一测线(上测线);断面纵向距离:Ⅴ级20 m，Ⅳ级30 m，Ⅲ级50 m，Ⅱ级不设。

2 )洞口浅埋段地表沉降观测(见图3)。

根据各洞口地形、地貌及浅埋偏压段长度，设置1个～3个监测断面。第一断面设于仰坡开挖顶外1 m～2 m，与隧道纵轴线垂直。断面间距5 m～20 m，小净距隧道左右线监测断面贯通布置。

测点布置:从隧道中心向两侧布置，间距5 m，断面设置宽度为隧道最大开挖宽度两侧45°线范围。

地质及支护状态观察，在各隧道全长度范围开挖和初支后，对岩性、结构面产状，出水情况等观察并与设计地勘资料对比其异同;对初期支护总体情况及裂缝的观察，结合各型断面监测分析成果，提交监控量测成果报告，提出围岩级别变化建议，施工注意事项，初期支护安全评价，设计初期支护参数修正建议等。

5 岩溶隧道动态变更设计

为了快速、经济、安全的施工靛口岩溶隧道，永蓝高速成立了以联合指挥部为首，业主总工办、工程部，设计院设计代表，高级驻地办、现场监理，项目部、施工队，独立的超前地质预报、监控量测等单位隧道工程技术人员组成岩溶隧道动态变更的参会方。根据岩溶地质的异常情况，及时现场召开变更会，共同研究处理岩溶地质异常而采取的变更设计方案，以现场会议纪要的形式，确保了及时、科学、安全的施工。靛口岩溶小净距隧道变更处理主要有进出洞口的开挖进洞方案，洞身岩溶的处理，冒顶的处理等。

6 岩溶隧道岩溶处治

6.1 突水突泥的处理

由于靛口隧道埋深浅，地表无汇水集中的溪流，仅在隧道进出口路基下约6 m出露地下溶洞水。实际施工主要考虑地表水通过岩溶通道、裂隙渗流到隧洞内造成的突水突泥问题。采取的处理措施主要为排、堵、截相结合。在隧道内溶洞通道过水的情况下尽量维持溶洞过水通道，采取以排为主，水量小时考虑加密防水板后盲管排水，水量大时考虑设置排水管排水;对岩溶裂隙渗水的情况，采取压浆堵水为主、以截为辅。有突水突泥的隐患时采取超前压浆固结溶洞充填物、加强开挖支护参数，并采取以上治水措施处理。

6.2 溶洞充填物陷落冒顶、底板塌陷的处理

靛口隧道在进出口浅埋地段，共发生过3次冒顶。特别是出口右洞，冒顶深度达40 m，起因是后行洞上台阶开挖时，对中夹岩拱脚部位所揭露的小溶洞未引起重视，开挖未处理通过约10 m后发生冒顶，掌子面初支钢拱架墙脚部位变形约1 m。采取的处治措施为:立即设置型钢架加固初期支护，约束初支变形;在该段范围内增加地质钻探，钻孔为中夹岩部位横向孔、下台阶垂直孔，上台阶拱脚部位斜孔，以探明溶洞分布情况及坍塌情况。根据钻探情况岩溶主要在中夹岩发育，采取沿隧道轴向对中夹岩柱正面打入长5 m，直径50 mm，壁厚5 mm的小导管，小导管上设置梅花形注浆孔，注浆加固中夹岩。小导管设置间距1 m×1 m，拱脚以下部位设置。注浆采取水泥浆，注浆初压0.5 MPa，终压1.5 MPa。注浆结束后，通过监控量测确定中夹岩稳定后方可开始初支侵限换拱处理。另外两次冒顶在隧道开挖后，在进口段浅埋地段，隧道开挖安全通过后发生，但对隧道无影响。分析是爆破震动导致不稳定的隧道顶部空溶洞顶板塌陷。对冒顶的地表均采取回填夯实，并作防水渗流处理。

为防止隧道岩壁或拱部坍塌，在清除松动岩石困难的情况下，采用注浆小导管或注浆锚管加固岩体。此时隧道衬砌还考虑了抗冲击措施或设置护拱，其顶部设置回填体，回填体以上的溶洞洞壁采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土封闭处理。对隧底有充填的小溶洞采取压浆加固处理;当隧底溶洞由碎、块石及淤泥土充填，充填物的松散密实程度不一时，考虑清除后回填片石混凝土处理;也可考虑隧底采用钢筋混凝土底板，底板下清除松散体，回填碎石，并在底板下加设钢筋混凝土桩进行支顶。

6.3 强风化土层与溶蚀灰岩的“二元化”造成土层错动滑塌的处理

靛口隧道进出口都存在着一段强风化土层与溶蚀灰岩的“二元化”地质结构，土层在雨季扰动后在土石分界部位错动，给隧道施工增加了难题。该隧道进出口原设计均采用32 m长φ89 mm超前大管棚支护。隧道开挖施工采取出口到进口的施工顺序，出口双洞按照设计开挖防护边仰坡后施工大管棚，右洞按照设计采取“CRD”工法分四部开挖，开挖进尺约15 m后，发现仰坡顶开裂。通过监控量测发现大管棚护拱有边坡方向、仰坡方向的位移，位移超设计及规范要求。召开变更会议后立即采取土袋堆码支挡掌子面及开挖段，约束坡面变形;洞口段接长初支明洞6 m，采取Ⅰ20a工字钢拱架作骨架，间距0.75 m，再挂钢筋网片并焊接骨架Φ20连接筋，间距1 m，挂底模喷C25混凝土，再回填固边、仰坡坡脚;对隧道顶及左洞右侧边坡土层采取垂直坡面打入5 m长，直径50 mm，壁厚5 mm的小导管，间距1.5 m×1.5 m，小导管上设置梅花形注浆孔，注浆加固并封闭地表水处理。隧道另三个洞口由于边仰坡土层薄，对隧道影响小，进口双洞将大管棚取消改为超前注浆小导管顺利贯通隧道。

7 结语

岩溶隧道施工可采用“岩溶成因是基础，岩溶预报是关键，岩溶处治是重点，监控量测保安全，反馈施工降成本”的原则，及时动态变更设计，快速处理，尊重“管超前，严注浆，短开挖，弱爆破，强支护，勤量测，早封闭”的开挖支护原则，是可以确保快速、科学、经济、安全的完成隧道施工。

［1］ JTG D70-2004，公路隧道设计规范［S］.

［2］ JTG F60-2009，公路隧道施工技术规范［S］.

［3］ 胡启军.岩溶隧道施工关键技术及其工程应用［J］.山西建筑，2009，35(27)：301-302.