隧道溶洞段施工处理方法

高洪英

（中铁十八局集团三公司 河北涿州）

一、工程概况

牛角坪左线隧道地处陕西省汉中市巴山乡，位于毛坝至陕川界高速公路ZK310＋772～ZK312＋560里程区段，全长1788 m，设计为分离式双洞隧道。主要技术指标：隧道净宽10.25 m；净高5 m；设计行车速度80 km/h；纵坡为2.5%。左线最大埋深290 m，最小埋深4.5 m。

隧道区位于秦岭复合造山带南部大巴山褶皱区与扬子准地台结合部位，区域内褶皱为二级构造单元龙门～大巴山缘隆褶带，岩性主要为弱风化泥质灰岩、微风化灰岩、弱风化泥质板岩、页岩等，节理、裂隙较发育。区域内地表水系发育，洞身灰岩、泥质灰岩地段受岩体结构面影响，具较强的透水性，使得隧道区地下水发育。

二、溶洞产生原因分析

溶洞位于牛角坪隧道左线ZK311＋965.5～ZK311＋976地段，纵向长度10.5 m，横贯主洞洞身且在左、右边墙以外仍有向下垂直的落水洞。该地段围岩为微风化灰岩，节理裂隙较发育，紧临F16断层。经认真分析研究，认为产生溶洞的主要原因有2个。

（1）本地区地表水极为丰富，且该地段围岩节理裂隙较为发育，又紧临F16断层，地表水沿灰岩的节理面或裂隙面向下渗流，对岩层起到溶蚀及冲刷作用。

（2）本区段岩性为微风化灰岩，石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大而形成溶洞。

三、溶洞施工处理方案

根据溶洞形成的原因和形成溶洞的地质特性，认为岩石强度较高且整体性较好，围岩自身处于安全、稳定状态，在此基础上确定处理方案，见图1。

（1）采用洞内碴石对溶洞处于仰拱以下部分进行回填，回填高度至边墙纵梁底部以下2 m。

图1 溶洞处理方案示意图

（2）由于溶洞横贯洞身部分上宽下窄，边墙纵梁底部以下2 m采用片石砼回填，待下一步拟施工的边墙纵梁、横梁施工完毕后对洞身衬砌及路面行车车辆起到辅助承力作用，同时保证掘进台车可以跨越溶洞继续进行主洞掘进施工。

（3）设边墙纵梁及纵梁间横梁，形成主要承力结构，见图2。

图2 溶洞梁板平面布置图

（4）采用浆砌片石封堵两侧溶洞，防止地下水冲刷洞身衬砌并便于衬砌背后砼回填施工。

（5）施工初期支护钢拱架、模筑砼，完成成洞后第二层受力结构并形成洞身二次衬砌外轮廓线。

（6）回填初期支护背后空腔，形成成洞后第一层受力结构。

（7）施工填充砼、二次衬砌等。

四、溶洞处理方案的实施

1.溶洞回填

溶洞位于纵梁以下部分首先采用碴石回填，为节约成本，右线洞身开挖后碴石直接汽运至溶洞倾倒回填，碴石需洁净，便于渗水通畅。

2.片石砼施工

边墙纵梁以下2 m区域回填C15片石砼，分层浇筑，分层振捣，层厚30 cm，片石含量不得超过25%。砼采用砼泵车运至浇筑地点，片石人工摆放均匀，插入式振捣器振捣密实。

3.钢筋砼边墙纵梁、横梁、钢筋砼板施工

钢筋砼边墙纵梁为主要受力结构，横梁为辅助受力结构。边墙纵梁总长度16.5 m，截面积1×1.2 m，两端头分别置于溶洞前后坚实的基岩上做为支点。横梁截面积0.4×0.72 m，钢筋砼板厚度48 cm。受力结构均为钢筋砼结构，砼标号为C25。

边墙纵梁、横梁钢筋砼均现场施作并一次浇筑成形，形成总体承力结构，待边墙纵梁、横梁施工完毕后再现场浇筑钢筋砼板。

4.挡土墙施工

挡土墙主要为便于初期支护背后砼回填施工及减少砼回填数量而设，挡土墙基础尺寸为3×2.5 m，墙身宽度2 m，采用M7.5＃浆砌片石砌筑。

5.初期支护施工

初期支护钢拱架采用I20a型钢制作而成，纵向间距0.5 m，拱架间采用Φ22 mm螺纹钢连接，环向间距1 m将拱架连成整体。采用挂模浇筑砼施工方法，C25砼自下而上浇筑，厚度50 cm，随浇筑砼随挂模板，内模采用100×30×5 cm组合钢模，外模采用木模板，砼一次浇筑成型。拱顶预留人孔便于拆除外模及施工初期支护背后回填砼。

6.砼回填施工

砼回填采用泵送砼施工，回填高度为初期支护外缘以上1.5 m。泵送砼时两侧边墙部位需交替回填施工，避免由于回填砼两侧压力不平衡造成初期支护开裂或变形。

7.砼填充、二次衬砌施工

以上工序施工完毕后按正常操作程序施工砼填充及二次衬砌。

五、施工注意事项

（1）边墙纵梁两端头受力支点由于直接置于开挖后的岩石顶面，按纵梁截面开挖后必须对受力岩体整体性进行观测，对岩石强度进行检测，确保能够满足受力要求，否则需设枕梁。

（2）初期支护钢拱架节与节间及拱架与拱架间的连接必须牢固，挂模浇筑砼时两侧必须同时由下而上浇筑，必免在施工过程中拱架变形。

（3）由于泵送砼回填高度较高，两侧边墙需交替施工且泵送速度不宜太快，避免造成初期支护开裂、变形。