八台山隧道穿越大型溶洞处治方案研究

刘彦波 陈扬勇

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121)

1 工程概况

城口至万源快速公路通道八台山隧道是一座双向两车道二级公路隧道，设计速度60 km/h，主洞里程桩号K43+205～K48+480、长5 275 m，避难通道里程桩号 YK43+206～YK48+450、长5 244 m，属特长隧道。隧道穿越3个背斜、2个向斜构造，地质条件极为复杂。穿越二叠系茅口组、吴家坪组、长兴组、三叠系大冶组、嘉陵江组;岩性为灰岩、白云岩、盐溶角砾岩、泥质灰岩、炭质页岩、粉砂质页岩等。不良地质现象:岩溶及岩溶水、穿煤及瓦斯，膏岩大变形、硬岩岩爆等。

2 溶洞情况

2012年8月3日，八台山隧道施工至K45+480时，揭露出一个大型溶洞(见图1)。溶洞长约87 m(K45+480～K45+567)，宽35 m～66 m，高度10 m～50 m(可见高度)，走向大致与线路中线一致，由左向右前方斜交。K45+480右侧发育一溶隙，K45+540洞顶见一斜向上延伸的岩溶通道，延伸未知。K45+567.9发育一溶洞，其延伸约60 m，最宽处约13 m，最高处约17.1 m(如图2所示)。

图1 K45+480～K45+567溶洞

图2 溶洞平面布置图

溶腔壁局部有掉块现象，节理发育，局部有滴水现象。溶腔填充物主要为大块孤石夹小块石、碎石等。堆积物干燥无水，溶洞内最低点处未发现有地表水存在，只有砂土和水浸痕迹，溶洞四壁无水。

3 溶洞区原设计情况

隧道在K45+480～K45+567段穿越地层为二叠系下统茅口组灰岩。位于背斜2轴部，岩层产状变化大，岩体相对较破碎，岩体中发育两组裂隙。弱风化灰岩Rc=50 MPa，完整性系数Kv=0.65，［BQ］=332.5。围岩等级为Ⅳ级。

4 处治方案

4.1 处治原则

立足于保护环境，以隧道结构安全和施工安全为基本，因地制宜，综合治理，彻底整治，不留后患。

4.2 施工中保护措施

隧道K45+487～K45+542段完全位于溶腔内，溶洞内不时会有岩块掉落，为了防止隧道施工出现安全事故，该段采用柔性防护钢棚洞+工字钢棚架进行临时防护。

4.3 具体处治方案

根据溶洞形态、地质勘察资料、溶洞与隧道的位置关系的不同，K45+480～K45+567段溶洞处治采用分段处治的方式。

1)K45+480～K45+487段。该段位于溶洞口部，溶腔顶部高度基本与隧道顶板齐平。采用衬砌加强的方式处理。初支采用24 cm厚C20喷射混凝土，18工字钢加劲，纵向间距50 cm。锚杆采用 φ42 mm注浆小导管，@50×100 cm，长3.5 m，二衬采用70 cm厚钢筋混凝土。拱底基础处理采用C15片石混凝土换填，溶腔内部及衬砌位于溶腔充填物内的部分，初期支护外侧增加C20混凝土护拱，厚度150 cm(见图3)。

图3 K45+480～K45+487段溶洞处治方案图

2)K45+487～K45+495段。该段溶洞基本情况:a.拱顶以上空腔高度小于10 m，二次衬砌施作完成后，通过拱顶回填后空腔高度控制在6 m以内;b.衬砌施工完成后左侧空腔宽度大，右侧空腔范围在1.5 m内;c.衬砌底部部分为坍塌渣充填物;d.岩溶壁裂隙较发育，但无大的贯通裂缝切割，基本无掉大块危岩情况。

处治方案:采用拱顶回填+衬砌加强+基础换填的措施处治(见图4)。拱顶采用洞渣回填，以防止溶腔顶部岩块掉落，砸坏衬砌，回填面离二次衬砌的最小距离大于3.5 m(靠溶腔右壁的空洞，因空间太小，洞渣回填困难，采用泵送C10混凝土填充)。衬砌采用100 cm厚的钢筋混凝土结构。基础采用C15片石混凝土回填。

图4 K45+487～K45+495段溶洞处治方案图

3)K45+495～K45+542段。该段溶洞基本情况:a.拱顶以上高度20 m～50 m，隧道从溶腔中部偏右侧通过;b.衬砌施作完成后左右侧空腔宽度均大于5 m以上;c.拱底溶腔填充物厚度为3.5 m～10 m;d.岩溶壁大部分松脱岩块、危石已掉落，偶尔出现小块块石掉落现象。该段拱顶及衬砌处理方式同K45+487～K45+495段，采用拱顶回填+衬砌加强的方式进行处理，对拱底基础处治，提出如下三个方案(见图5～图7)。

图5 K45+495～K45+542段溶洞处治方案一

图6 K45+495～K45+542段溶洞处治方案二

图7 K45+495～K45+542段溶洞处治方案三

方案一:桩基+承台方案。桩承台厚度2 m，采用C30钢筋混凝土结构，桩基直径 1.5 m，横向间距 5.25，纵向间距 5 m，共45根桩，平均桩长11 m。桩基嵌岩深度不小于3倍桩径。方案二:托板+底板小导管注浆加固方案。托板厚度2 m，采用C25钢筋混凝土结构。基底注浆采用φ89 mm钢花管注浆，按1.5 m×1.5 m梅花形布置，深度要求嵌入基岩不小于1.5 m，注浆压力1.0 MPa。方案三:钢筋混凝土整体式基础+基底夯实方案。考虑到该溶洞规模较大，存在的时间应该比较长，洞顶岩体坍塌至底部后，也经历了较长的时间，目前溶腔填充物应该处于固结状态，基本稳定，发生不均匀沉降的几率较小。因此，提出对基底进行夯实后，拱底增加2 m厚C25钢筋混凝土整体式基础的形式进行处理。

4)K45+542～K45+567段。K45+541揭露基岩，完整性右侧较好、左侧较为破碎;顶面距拱顶开挖轮廓线约5 m～6 m。采用暗挖的方式进行处理，对衬砌进行了加强，初支采用24 cm厚C20喷射混凝土，18工字钢加劲，纵向间距50 cm。锚杆采用φ25 mm中空注浆锚杆，@50×100 cm，长3.5 m，二衬采用55 cm钢筋混凝土。超前支护采用大管棚(见图8)。

图8 K45+542～K45+567段溶洞处治方案图

4.4 防排水方案

1)K45+480～K45+487段防排水设计同隧道一般段。在溶腔内埋设φ200 UPVC双壁打孔波纹管(外裹无纺布)，将溶腔内的水排至中心排水沟，波纹管每排间距2.5 m，每排2根。2)K45+487～K45+567段，二次衬砌背后防排水同隧道一般段，对环向盲沟进行加密，每环间距10 m。为了防止溶洞底部水平向流水通道被堵塞，在隧道基础下方埋设碎石盲沟，20 m一道。3)K45+542～K45+567段，衬砌防排水同隧道一般段，要对环向盲沟进行加密，每环间距10 m。

5 方案比选

处治方案在隧道洞顶回填及衬砌加强方面都是相同的，区别在于K45+495～K45+542段基础的处理不同。

各方案比较见表1。

表1 方案比较表

比选结果:虽然方案一在施工工期和工程造价均劣于方案二、方案三，但方案二、方案三在施工中均存在不确定因素，后期运营安全中存在一定的风险。因此，经综合比较，推荐方案一。

6 结语

通过对八台山隧道K45+480～K45+567段大型溶洞的处治，笔者有几点体会:1)溶洞处治费用较高、工期较长，工程风险大、难度高。在岩溶隧道选线中应重视地质选线，尽量避开岩溶发育区。2)溶洞处治方案选择时应综合考虑岩溶不同形态、地质条件、与隧道的位置关系等。3)溶洞处治时，要注意确保原有岩溶管的排水系统畅通，切忌堵塞原有排水管道。

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