浅析喀斯特岩溶区隧道溶洞治理

陈建军

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

浅析喀斯特岩溶区隧道溶洞治理

陈建军

(贵州桥梁建设集团有限责任公司)

介绍了溶洞治理工程、施工方法和施工步骤及施工注意事项。

溶区;隧道;溶洞;治理

1 工程概述

杭州至瑞丽国家高速公路贵州境思南至遵义段第SZTJ-2合同段沙沟隧道为分离式长隧道，设计时速80 km/h，建筑限界净宽 10.25 m(0.75+0.5+3.75 × 2+0.75+0.75)，净高5.0 m。隧道左右线相距约35m，左线起讫桩号ZK156+920 ～ ZK157+935，长 1 015 m，纵坡 2.55%;右线起讫桩号K156+913～ K157+960，长1 047 m，纵坡2.487%。是典型的喀斯特地貌岩溶区隧道。沙沟隧道左洞上台阶开挖至ZK157+404位置时，遇到一大型溶洞，溶洞位于掌子面前方偏左位置，尺寸约43×27×18 m(长×宽×高)，与隧道轮廓线范围有影响的段落为ZK157+404～ZK157+440段，溶洞底位于隧道仰拱以下约1～2 m位置，洞内多为堆积物，悬挂钟乳石，溶洞内ZK157+435处顶部有细小水流流出。在清理过程中，ZK157+413位置溶洞右侧底部又发现一大型溶洞，该溶洞仅在 ZK157+413处于左线 ZK157+404～ZK157+440段溶洞贯通，往右前方发展并与右洞相交，洞内裂隙发育，有流水冲刷痕迹。隧道该段埋深约98 m，围岩主要为中风化灰岩，灰白色，隐晶质结构，中厚层状构造，岩体较完整，岩质较坚硬，岩芯呈柱状及碎块状。局部通过构造破碎带，岩体完整性较差，岩芯中见断层角砾岩。岩溶发育，存在岩溶裂隙水。

2 溶洞治理工程方案

2.1 总体方案

(1)本次先对隧道左线有影响的溶洞区进行治理，使隧道左线安全顺利通过该溶洞区，对于对右线有影响的溶洞发育区，待隧道右线施工至溶洞位置时再作处理。

(2)根据现场情况，对隧道左线有影响的溶洞共两处，分别称为溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ，溶洞Ⅰ在隧道轮廓线以内，与隧道轮廓线斜交，纵向发育段落为ZK157+404～ZK157+440段。溶洞Ⅱ在隧道轮廓线右下方，溶洞顶距隧道底仅1.5～2m，纵向发育段落为ZK157+411～ZK157+425段，与溶洞Ⅰ仅在ZK157+413处有一小口相连。本次治理方案中对溶洞Ⅰ和溶洞Ⅱ进行分开治理，尽量不破坏原有围岩结构，保证围岩自身稳定性。

(3)岩溶对隧道工程的影响主要是:空穴、地下水、洞穴充填物及坍塌、洞顶地表塌陷四个方面。为了顺利穿过该溶洞，消除其对隧道构筑物的影响，确保隧道的施工和日后运营的安全，根据其发育规模、稳定程度和对隧道的影响情况，结合现场实际情况、工程实施的可行性和几方现场查勘的会议意见，对溶洞Ⅱ影响隧道结构的范围进行回填治理，对溶洞Ⅰ采用半明半暗结构型式通过。

2.2 分项工程方案

(1)溶洞Ⅰ治理方案

对溶洞Ⅰ治理采用半明半暗衬砌结构型式，左侧明洞范围为C25钢筋混凝土护拱，以便在下方隧道衬砌及右侧暗洞开挖时对上方围岩起到支撑作用。同时对溶洞段隧道衬砌型式进行加强，由原设计“Ⅳ级深埋(二)”型式改为“Ⅴ级围岩浅埋加强段衬砌”型式。

(2)溶洞Ⅱ治理方案

对溶洞Ⅱ位于隧道轮廓线以下范围进行回填治理，采用C25混凝土挡墙加C25泵送混凝土回填密实，保证隧道基础的稳定°

(3)溶洞内排水工程方案由于该溶洞内水流较大，对水的治理是本次治理的重要环节，采用过水涵洞与排水明沟相结合的方式进行疏导，确保隧道穿过溶洞后溶洞内原有水路畅通。在隧道左侧溶洞底设置纵向C25混凝土引水沟，与ZK157+413处设置的2 m×2 m的过水涵洞相接，将隧道衬砌左侧水流引入右侧溶洞中，汇入溶洞Ⅱ中自然水路排出。

(4)检修横洞方案

在左侧护拱ZK157+427位置设置一处检修横洞，尺寸150×255 cm，以便于施工期间和后期运营检修。横洞设置密闭门，防止人员随意进出，避免意外的发生。

3 施工方法和施工步骤

(1)在进行治理之前应先对溶洞顶壁及周边几处裂隙发育区进行锚、网、喷防护，防止施工阶段掉块，危及施工安全，防护采用打设Φ22砂浆锚杆，长3 m，间距2×2 m，梅花型布置，挂设φ6钢筋网，网格间距20×20 cm，喷C25混凝土10 cm。对溶洞顶壁防护的同时，对于ZK157+404往小桩号方向已完成施工的初期支护顶部溶腔右侧侧壁几处危石进行防护，防护采用I20a工字钢进行支挡，工字钢基础应坐落于左侧稳定岩壁之上，同时，根据现场实际情况在确保安全的条件下考虑打设4～6 m长φ22砂浆锚杆锚固，防止下方隧道右侧暗洞爆破开挖过程中出现掉块等安全事故。ZK157+404～ZK157+440段防护完成后再挂横向防护网等防护措施，防止落石掉块，确保下部施工安全。同时对ZK157+384～ZK157+404段拱顶覆盖层厚度小于2 m范围施作防护措施，采用1m厚C25混凝土回填其上设置1m厚砂垫层，防止上部掉块对隧道衬砌产生破坏，由于该段拱顶厚度不均，溶腔发育不规则，图纸中难以准确示意，施工时根据现场溶洞发育情况合理设置，工程数量根据实际发生计量。

(2)防护完成后开始对溶洞进行治理，首先，对溶洞Ⅱ位于隧道轮廓线下部范围进行回填治理，回填时必须保证回填顶面与溶腔顶壁密贴。C25混凝土挡墙高度根据现场溶洞实际发育情况确定，确保底部埋深不小于1 m，顶面应与溶腔顶壁密贴，顶面高度和因高度调整而导致的顶面宽度变化可根据实际溶腔顶壁位置确定。溶洞Ⅱ回填和挡墙施工的同时施工过水涵洞，确保溶洞中自然排水系统的畅通。

(3)待溶洞Ⅱ治理完成后方可进行溶洞Ⅰ的治理施工，先对溶洞底堆积物进行清理，清理时必须将下部堆积物完全清除至稳定基岩，确保基础的稳定，然后采用C15片石混凝土回填至隧道结构底面标高位置。清理及回填溶洞Ⅰ的同时施工过水涵洞。

(4)基础处理完成后施工上部隧道结构，首先施工左幅护拱，以便在右侧暗洞开挖时对上方围岩起到支撑作用，护拱采用C25钢筋混凝土浇筑，施工时根据现场溶洞发育情况调整护拱与暗洞交接位置，确保护拱伸入溶洞周壁稳定基岩内不小于50 cm。待护拱施工完毕并满足强度要求后施工护拱左线和洞内的型钢支撑支撑，最后进行右幅暗洞开挖、衬砌结构施工。

4 施工注意事项

(1)隧道穿越溶洞工序复杂，组织施工时应交错进行，尽量平行作业，抓住关键工序，必要时该停的停，不能盲目赶工期°

(2)施工前应提前在溶洞顶部设置监控量测点，定期监测溶洞下沉情况，监测点每5 m设置一处;护拱做好后，开挖前必须设护拱水平位移监测点，为安全施工和支护参数的调整提供可靠的资料。

(3)溶洞段施工时根据监控量测情况合理预留初期支护变形量，确保二次衬砌厚度。隧道衬砌在溶洞纵向两端和过水涵洞处注意设置变形缝。在半明半暗结构左侧护拱与隧道底部相接位置的基础施工时应注意预埋连接钢筋。

(4)在ZK157+404～ZK157+425段护拱左侧上部与岩壁之间设置了横向工字钢支撑，施工时必须确保两端支点的稳定，岩壁一侧与打设的锚杆焊接牢固，护拱一侧在施工护拱时预留支撑点，确保横向支撑两端支撑牢靠。

(5)岩溶地段的爆破，应尽量做到多打眼，打浅眼，并控制用药量，每次开挖长度控制为一循环支护长度，挖一段支一段，避免一次开挖过长导致右侧溶洞岩壁失稳坍塌。

(6)初期支护钢架接头严格按设计要求施做，钢板焊接要可靠。

(7)当监控量测资料显示初期支护基本稳定后方能进行二次衬砌的施工，二衬施工时注意预留预埋照明、通风、监控消防等设施。

(8)隧道洞内溶洞治理需考虑溶洞发育规模、与隧道走向关系、洞内水量大小、开挖后的地质条件等各方面因素，不确定因素较多，根据现有资料，一次设计不可能做到与现场情况完全吻合，需结合施工进展采取动态设计，根据施工中每阶段现场的变化和掌握的资料及时进行设计方案修正，以便与现场实际情况更加吻合，确保设计方案的合理性。

(9)溶洞内施工安全风险较大，应将确保安全放在第一位，同时应做好防范突发事件的应急处理措施。

(10)说明未详尽处，按相关规范、规定办理。

U445

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1008-3383(2014)03-0127-01

2013-11-17