高速公路隧道穿越溶洞段处治技术的应用研究

陈伟康 (安徽省交通控股集团有限公司,安徽 合肥 230088)

溶洞地貌的隧道在高速公路的施工中占很大一部分，这说明了我国高速公路施工技术得到了很大的发展。但是在实际的施工情况中也遇到了各种各样的问题，不断地威胁着隧道施工和运营安全，本文以狮子岭隧道左线ZK37+967～ZK38+310段为例，对该路段的高速公路隧道处治技术进行研究和探讨，希望能够对相关的施工人员有所帮助。

1 工程背景

G3W德州至上饶高速公路池州至祁门段是安徽省规划的“纵三”高速公路的一段，起点位于贵池区涓桥镇，顺接在池州长江公路大桥和沪渝高速交叉处的殷家汇枢纽互通，终点位于祁门县金子牌镇，与黄祁高速交叉，路线全长约91.656km，跨越铜九铁路、秋浦河、鸿凌河、G237及皖赣铁路等控制点。全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度80km/h，路基宽25.5m，项目总概算投资118.81亿元。全线隧道共长31.46km（共30座），其中特长隧道3座，长隧道6座；全线桥梁长23.2km，其中特大桥两座，全线桥隧比高达60%。

图1 狮子岭隧道

狮子岭隧道右线长1326m，左线长1340m，存在隧道洞口浅埋、偏压，洞身岩体风化破碎、断层、岩溶等不良地质以及洞口桥隧相接等技术问题。隧道左线起点桩号ZK37+590，终点桩号ZK38+930，起点轴向1270，终点轴向1400，最大埋深约253m。

2 狮子岭隧道地质和水文分析

根据地勘资料揭示，隧址区坡脚分布第四系覆盖层主要为残坡积碎石土，基岩主要为奥陶系中统宝塔组和汤山组（O2t+b）灰岩和志留系下统高家边组（S1g）砂岩。项目区属扬子准地台（III）、下扬子台坳（III2）、沿江拱断褶带（III22）、石台穹断褶束（III22-3）和江南台隆（III3）、皖南陷褶断带（III23）构造单元。隧址区进、出洞口山脚发育一条山间河流，其水位、流量等均随季节变化：夏季雨量充沛，水位高，流量大；冬季降雨稀少，水位低，流量小。

隧址区地下水水量受大气降水的影响，呈季节性变化。根据区域水文地质资料及本次勘察，隧址区地下水属碳酸盐岩类裂隙岩溶水。含水层岩性为灰岩，地下水赋存于风化带、风化网状裂隙中，接受大气降水补给和层间径流补给，顺风化裂隙、构造裂隙等沿强、中风化界面汇集、运动，在斜坡坡脚及冲沟沟口等局部地势相对较低处以下降泉的形式排泄出露，具近源补给，就近排泄特点。

狮子岭隧道左线ZK37+967～ZK37+989段原设计为Ⅲ级围岩，衬砌方式为Ⅲ型衬砌型式。该段22m设计为中风化灰岩，岩性较硬，节理裂隙发育，岩体较完整，基岩裂隙水欠发育，埋深140m～240m，隧道设计标高位于灰岩岩溶发育带中。

3 溶洞揭露过程

2019年4月21日，狮子岭隧道左线开挖掘进至ZK37+967时，发现掌子面右侧揭露溶洞，大小约2.0m×1.5m，内无填充，无突泥涌水迹象。进一步开挖后，溶洞尺寸逐步扩大，经测算，溶腔高大于32m，纵向长度约23m，横向宽度约25m，并与右洞贯通，溶洞充填物已经在右洞揭露时释放排出。

2019年4月23日下午，溶洞壁有一较大石块掉落，期间有少量突泥，约100m3，溶腔内不断有泥团、石块掉落，且洞内有清晰流水声。现场立即暂停掌子面开挖，封闭掌子面，并及时撤离人员和设备，现场做好警戒。

经隧道掘进施工，同时安排超前地质水平钻对掌子面前方情况进行了钻探，采取检测辅助手段，狮子岭隧道右线溶洞发育情况不断揭露，初步探明溶洞边界大小及发育趋势，由于左线溶洞内充填物基本在右线溶洞揭露时释放排出，故本次溶洞在揭露后左线溶洞未出现明显的突泥、涌水现象。

4 地质预报综合分析

我们对左线进行了瞬变电磁法地质预报、地震波法（TGP）超前地质预报、卡萨C6XP D-E型超前水平钻探分析，得出如下结论：

①ZK37+895～ZK37+975段隧道掘进前方80m范围内存在富水的可能性较小，存在少量裂隙水；ZK37+895～ZK37+975段无明显低阻异常。

②狮子岭隧道左线溶洞区ZK37+969～ZK37+990存有溶洞，溶洞填充物为黄褐色粘土，局部形成空腔，溶洞地下水量不大，高水头导致的涌水突泥风险不大。

③狮子岭隧道左线ZK37+967～ZK37+989段22m设计为中风化灰岩，岩性较硬，节理裂隙发育，岩体较完整，基岩裂隙水欠发育。

图2 卡萨C6XP D－E型超前水平钻探

5 溶洞处置方案

根据狮子岭隧道左线溶洞发育情况、超前地质预报报告及现场实际情况，结合溶洞处治专题会议专家意见，对狮子岭隧道左线溶洞采用如下处理方案：

①将ZK37+962～ZK37+967段原设计Ⅲ型衬砌调整为Vc型衬砌。

②对已施作 ZK37+960～ZK37+967段采用φ50mm×5mm注浆小导管采用环向注浆加固，注浆浆液采用水泥砂浆。

③溶洞处理施工前采用洞渣反压回填形成施工平台，清理溶腔周边危石。

④穿越溶洞段设置φ42mm双层小导管支护，采用20cm厚C25喷射混凝土、锚杆及钢筋网对掌子面进行封闭加固，并对溶腔壁清理危石后进行锚网喷加固处理，采用10cm厚C25喷射混凝土，钢筋网采用φ8mm，间距20cm×20cm，锚杆采用φ22mm，长3.5m，间距150cm×150cm。

⑤对于该段溶洞，掌子面封闭处理完成后，首先根据溶洞实际情况确定是否设置构件支撑，在右侧溶洞采用C25混凝土浇筑3.0m厚，3.0m高挡墙，然后在挡墙上方适当位置设置护拱，护拱厚度3.0m，以掩护施工操作，并预留φ300mm混凝土输送钢管，吹填约2.0m厚细沙作为缓冲层，待护拱具有一定承载能力后及时施作初期支护和二次衬砌。

⑥将狮子岭隧道左线溶洞空腔段原设计Ⅲ型衬砌初期支护调整为I22a工字钢，纵向间距60cm，锁脚锚杆调整为φ42mm注浆小导管，二次衬砌采用60cm厚C30钢筋混凝土；由于溶腔空间形状发育不规则，局部开挖部位仍需采取锚网喷作为初期支护。

⑦对该段穿越溶洞发育区，应根据现场实际情况适当加密环向排水管，引排岩溶裂隙水，避免对隧道造成水害，其中φ116HDPE排水管数量在岩溶处理预案暂列工程量中计列。

图3 左洞溶洞段总体处理方案示意图

6 方案实施情况

2019年4月30日将后续发生的溶洞突泥清理完成后对已施作ZK37+960～ZK37+967段采用φ50×5mm注浆小导管进行环向注浆加固。2019年5月1日至15日在掌子面采用分段泵送浇筑，一次性施作了C25混凝土挡墙及护拱。为保证施工安全，挡墙及护拱模板采用回填石渣和吹沙回填相结合方式，待混凝土达到一定强度，然后再按照设计衬砌类型及时支护。

处治过程中严格执行应急预案，完善了应急物资配备，始终遵照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的原则，加强超前支护，降低掘进速度，加强超前地质预报与监控量测工作，密切关注溶洞稳定性。

该溶洞段于2019年6月1日施工处理完毕，沉降、收敛观测、拱架应力应变稳定，未发生异常；溶洞段二衬于2019年7月6日施工完毕。

7 结语

在溶洞地质的高速公路隧道的施工过程中，要加强地质超前预报和监控测量工作，密切地关注溶洞的稳定性，全过程开展隧道选测项目的观测，确保质量和安全。施工单位要高度的重视信息反馈工作和突发事件的应急机制，处治过程中要保持紧密的沟通与关注，确保实施方案有效落实。