九龙山隧道K69+130掌子面溶洞整治技术研究

李宇翔

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

0 引言

岩溶作用是在碳循环及与其相耦联的水循环、钙循环系统中碳酸盐的被溶蚀或沉淀,是随时空变化的动态过程[1]。岩溶、裂隙、空腔等地质灾害源如果不能够提前探明，提前处治，在工程建设过程中往往会出现桩基成孔时塌孔、断桩、地面塌陷等，甚至还会因基础悬空、地基失稳、桩承载力不足造成路基沉降、破坏等，导致增加造价、拖延工期，甚至安全事故[2]。研究岩溶地区岩溶发育特征与规律,制定合适的溶洞整治处理方案,具有至关重要的意义。

花溪-安顺高速公路简称“花安高速公路”，又称“贵阳-安顺第二高速公路”，是中国贵州省境内连接贵阳市花溪区与安顺市的高速公路。在漫长的地质历程中，由于长期地应力作用及各种边界条件的影响，经多次构造运动，使路线区内构造复杂。现今地表主要表现为北东—南西向的褶皱和断裂。路线内有背、向斜10余个，大小断层30余条。为防止隧道崩落、冒顶坍塌、突水等地质灾害，及时采取对应加固支护方式以确保隧道安全施工。

1 工程概况

1.1 地质概况

本项目隧道区上覆第四系残坡积层(Qel+dl)含碎石粘土，下伏基岩为二叠系上统含燧石灰岩、泥岩、砂岩及少量煤线(钻探揭露厚0.3～0.6m)。第四系残坡积层在隧道进出口、洞身缓坡地带有分布，厚度变化大，厚0.5～9.0m。强风化岩体节理裂隙极发育，岩体极破碎。

1.2 设计概况

隧道双向六车道高速公路，设计行车速度120km/h，建筑限界净宽为1.00+0.75+3×3.75+1.25+1.00=15.25m，净高5.0m。衬砌内轮廓，隧道内轮廓采用R1=9.2m、R2=5m的三心圆结构，内轮廓设计高程距拱顶高度8m，净宽16.435m，路面以上衬砌内轮廓净空面积107.47m2，断面湿周42.48m。

2 溶洞工况

2016年1月14日九龙山隧道进口右线左上到坑施工至K69+130处掌子面时揭露溶洞。经实地进入腔体踏勘，溶洞沿隧道走向方向延伸，现场勘查可观察到约为40m，宽度跨越整个隧道宽度，溶洞形状不规则，向隧道左右侧延伸，溶洞高度约为1.5～5m。顶板为灰岩、易掉块，溶洞底部有填充物，为泥岩风化物，溶洞内无水，岩石走向与原地质描述基本吻合。隧道左导洞开挖后临时支撑变形，临时支撑初喷混凝土开裂，溶洞顶板部分受爆破开挖影响部分掉块，中隔壁背后存在土体坍塌，造成临时支撑部分断面受力过大变形，存在较大的安全隐患。隧道溶洞揭露情况见图1所示。

图1 隧道溶洞

2016年1月20日，隧道左导洞开挖后临时支撑变形，临时支撑初喷混凝土开裂，溶洞顶板部分受爆破开挖影响部分掉块，中隔壁背后存在土体坍塌，造成临时支撑部分断面受力过大导致临时支撑工字钢变形。临时支撑初喷混凝土开裂，见图2所示。溶洞顶部含隧石灰岩厚度较薄，隧道挖进过程中爆破易引起岩石沿层面掉块，造成安全隐患为明确探明溶洞发育情况，设计单位对该隧道做TSP超前地质预报。超前地质预报情况见表1所示。

图2 九龙山隧道进口右洞左导坑临时支撑初喷混凝土开裂

表1 YK69+130～YK69+273里程段超前地质预报情况

超前地质预报结论：九龙山隧道进口右幅地层岩性为二叠系上统长兴组(P2c)灰岩，灰褐色，中风化，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩层产状160°∠36°；掌子面揭露溶洞，揭露厚约2～3m，含隧石灰岩之上为灰、灰黑色薄至中厚层砂岩、泥岩；溶洞底板为灰、灰黑色薄至中厚层砂岩、泥岩，沿隧道前进方向发育，呈半充填状，充填物为粘性土混碎石，掌子面有点滴状出水现象。

3 溶洞处理方案

针对以九龙山进口右洞K69+130掌子面出现溶腔情况，施工单位结合设计、监理等单位进行现场踏勘溶洞发育情况，判定为开挖轮廓线外大型溶洞，结合溶洞常规处理技术(回填碎石、注浆加固仰拱、疏导、引流地下水、清理充填物等工程综合治理技术[3])，以及现场查勘、地质勘察报告，确定了溶洞处理方案，制定了具体处理措施。

在探明无突泥、涌水迹象时，施工至溶洞处对溶洞区周边及顶部进行清危，并根据现场情况进行锚网喷处理，以确保施工安全。

3.1 已开挖溶洞处理方案

(1)对于已开挖K69+115～K69+130段的左侧上导洞，在上导洞底部即I部填筑2m高石料，以保证中隔壁拱脚稳定。

(2)对于已开挖K69+115～K69+130段二次衬砌配筋由原Φ20@16.7调整为Φ25@16.7。

(3)对于已开挖K69+115～K69+130段的中隔壁采用Φ50钢花管径向注浆加固土体，钢花管长度为5m，间距为1m×1m，梅花形布置，注浆浆液采用水泥浆，水泥浆液用量以侧壁加固土体的10%计量，注浆按从下到上的顺序进行。溶洞加固处理图，如图3所示。

3.2 已揭露的K69+130～K69+170溶洞处理方案

(1)超前支护，对于拱顶为溶洞的段落超前支护不需要施做，对于开挖后拱顶没有溶洞的部分溶洞段支护参数由原S-Ⅴb调整为S-Ⅴaj。

(2)考虑K69+130～K69+170段溶洞发育，应对排水系统进行加强，将原设计Φ100半圆环向排水盲沟及Φ100横向导水管设置间距由10m调整为2m。

图3 已开挖溶洞加固处理图

(3)从现场实地勘察可知右洞左侧溶洞较小，规模不大，隧道左右洞之间的溶腔采用C20混凝土回填密实，利于左洞开挖；隧道右洞右侧边墙外侧5m范围内溶腔应采用C20设模浇注混凝土回填密实，5m外的溶腔可不做处理；

(4)隧道拱顶与溶洞底板岩层间距大于10m时，可不进行处理，隧道拱顶与溶洞底板岩层间距小于5m时，采用C20混凝土回填密实，隧道拱顶与溶洞底板距离介于以上两种情况时，超前支护加固拱顶围岩。

图4 揭露溶洞加固处理图

4 溶洞处理控制要点

(1)溶洞基底填充物含有少量厚层状碎石块，该溶洞顶板及侧壁有落石掉块的可能，处理溶洞之前先将危石清理干净，并对顶板及侧壁做锚喷网防护或临时支撑防护，保证后续作业人员安全。

(2)溶洞段岩体总体破碎，节理裂隙发育，应加强洞外地表沉降及洞内监控量测，并尽快调整工序，抓紧施工下台阶及仰拱。

(3)施工应严格按照设计图纸中的双侧壁导坑法进行开挖和支护，施工应严格遵循“短进尺、弱爆破、少扰动”原则[4]，避免出现较大的掉块，同时二次衬砌应及时跟进。

(4)确保材料质量和加工产品质量合格，特别是注浆液必须按照配合比施工，在注浆量的控制上宁多勿少，以保证达到增强围岩自稳能力的目的[5]。

(5)进行地质的超前探测工作，及时了解地质情况，岩溶是否发育、走向等，动态设计制定出处理方案。支护参数严格控制，结构连接、焊接质量满足设计要求。

5 结语

以九龙山隧道K69+130掌子面溶洞为依托，阐述了隧道溶洞的问题，针对问题分析，提出了已开挖和已揭露溶洞处理整治方案。依据隧道溶洞整治过程，分析提出加强溶洞处理控制要点。同时进行后期跟踪监测，动态设计表明处理效果良好，达到了目标要求。在施工过程中，此溶洞处理措施实用、有效，隧底沉降量满足相关规范要求，衬砌无下沉开裂现象，隧道结构处于正常工作状态。大大缩减了经济成本，加快了施工生产，确保了工期要求及安全施工。