陳琳 胡文學

喀斯特地貌在我國西南地區(qū)較為常見。當隧址處于喀斯特地貌較發(fā)育地區(qū)時，隧道施工難度大，且安全性也難以得到保障。文章介紹了溶洞的基本知識和溶洞隧道處理的原則、方法和依據(jù)，并依托崇左至水口高速公路上金隧道（左幅）穿越溶洞施工項目，對比研究了不同的隧道穿越溶洞方案，得出隧道跨越溶洞的最佳選擇，同時對方案進行分析和計算，驗證了其安全性，可為類似工程提供參考和指導。

喀斯特地貌;溶洞處治;隧道施工;梁板跨越

0?引言

經(jīng)濟發(fā)展與交通發(fā)展始終是相輔相成的。近年來，我國經(jīng)濟持續(xù)保持中高速發(fā)展，交通基礎設施事業(yè)也在不斷發(fā)展。我國地域廣闊，人口分布很廣，山區(qū)較多，這對交通基建事業(yè)的發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)。在山地較多的區(qū)域修建公路、鐵路等基礎設施時，隧道和橋梁成為必不可少的工程建筑物。在我國的西南和中南地區(qū)，喀斯特地貌比較典型，又稱巖溶地貌，這種地貌的地質(zhì)主要為石灰?guī)r質(zhì)。在巖溶地貌中修建隧道，時不時會遇到溶洞。隧道穿越溶洞施工時，處理不好往往容易造成安全事故或經(jīng)濟上的巨大浪費，而且還不能保證后期運營的安全。巖溶地貌的地質(zhì)情況較復雜，不僅有溶洞，還時常伴有溝槽、較發(fā)育的裂隙等。溶洞內(nèi)有時會存在承載力較弱的填充物，有些溶洞存儲著水資源，在隧道施工時容易造成垮塌、涌水等事故[1]。隧道穿越溶洞時，處理的方式大體上可分為回填和跨越兩種[2]。回填的方式一般用于處理規(guī)模較小、不作為地下水通道的干溶洞;而地處地下水含量豐富區(qū)域、較大較深的溶洞，往往采用跨越的方式處理[3]。

溶洞隧道施工中，若處理不當，會留下很大的安全隱患，運營期可能會出現(xiàn)隧道二襯滲水、路面塌陷破壞、路面開裂、襯砌開裂等病害。隧道一旦建成，后續(xù)出現(xiàn)問題已很難修復，而且會產(chǎn)生較大的社會影響和間接經(jīng)濟損失[4]。鑒于溶洞的處理在隧道施工中至關重要，關系著隧道施工的成敗，本文在參考借鑒隧道施工穿越溶洞相關研究的基礎上展開研究，依托崇水高速（崇左至水口高速公路）上金隧道（左幅）穿越溶洞的施工項目，對比分析了隧道穿越溶洞的方案，得出最佳選擇，可為類似工程提供參考和指導。

1?溶洞處理的原則

溶洞主要是由于地下水對石灰?guī)r的侵蝕作用，使得不均勻的石灰?guī)r被侵蝕得更不均勻，因此出現(xiàn)孔、洞等自然景觀。這種侵蝕作用是緩慢而且長期的，所以在工程建筑物的壽命之內(nèi)，溶洞是可以處理的，但又是不斷發(fā)育的。溶洞的出現(xiàn)千差萬別，不同的溶洞處理也不盡相同，因此隧道施工中遇到溶洞時，處理方案不可照抄照搬，應基于較為準確的勘探資料和施工的可行性，量身定做，確定實施方案[5]。方案要遵循以下原則：

（1）安全性原則。安全性原則是貫穿整個工程項目最重要的原則，其他所有條件都是在安全性的基礎上討論的，所以安全性原則也是最基本的條件。一個方案如果不能保證安全性，則該方案是不可實施的。因為一旦實施，就有可能會造成生命和財產(chǎn)的重大損失。安全性原則包括兩方面的內(nèi)容，施工的安全性和后期運營的安全可靠性，兩者缺一不可，均應引起足夠重視。安全性在很大程度上取決于工程技術人員的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)知識水平。

（2）可行性原則。遵循可行性原則，就是在保證滿足安全性的基礎上，充分考慮施工條件和施工場地，制定出可以付諸實施的方案。只有可行性得到滿足，施工方案才是真實有效的方案。可行性原則一方面取決于施工隊伍素質(zhì)的高低和所配備機械設備的先進性;另一方面也取決于實際工程的施工場地限制。由此可見，專業(yè)知識、現(xiàn)場施工條件、作業(yè)隊伍施工水平等方面，是保證方案可行性的必要條件。

（3）經(jīng)濟性原則。經(jīng)濟性得到保障，工作人員的積極性就有可能提高，方案才可以比較好地得以貫徹落實。經(jīng)濟性原則更體現(xiàn)了綠色交通和可持續(xù)發(fā)展的理念。滿足經(jīng)濟性原則，往往需要統(tǒng)籌兼顧，放眼全局，保證連續(xù)性和可靠性，避免后期的返工。

隧道施工中遇到揭露較大的溶洞時，對于隧道拱頂上部的空腔，需進行網(wǎng)噴支護或噴錨支護;側邊的空腔視大小而決定采取反壓回填或者加厚襯砌邊墻等措施。溶洞的處理不可走經(jīng)驗主義道路，需要專業(yè)人員進行詳細勘察后，準確得出溶洞的水文地質(zhì)特點、溶洞與隧道的位置關系，再由專業(yè)人員制定實施方案。方案的安全性、可行性和經(jīng)濟性實際上是相輔相成、互相影響的，不可孤立進行考慮。

2?溶洞的處理方法

本文以崇水高速（崇左至水口高速公路）上金隧道（左幅）穿越溶洞的施工項目為基礎，對隧道穿越溶洞的方法做對比分析，最后得出適合的施工方案。

2.1?隧道和溶洞的基本概況

上金隧道采用分離式設計：右線（KA線）進口樁號為KA24+274，進口路面設計高程約127.031 m，出口樁號為KA27+280，出口路面設計高程130.829 m，隧道全長3 006 m，最大埋深約257 m;左線（KB線）進口樁號為KBK24+279，進口路面設計高程約127.121 m，出口樁號為KB27+294，出口路面設計高程約130.669 m，隧道全長3 015 m，最大埋深約260 m。該區(qū)域地表為巖溶洼地，地表高程處于第三階梯，為推測斷層破碎帶，巖體破碎，以碎裂巖為主。拱頂穩(wěn)定性差，可能出現(xiàn)掉塊、崩塌的現(xiàn)象。地表、地下巖溶均十分發(fā)育，隧道中遇到較大溶洞或縱深裂隙可能性大。涌水災害等級為嚴重，雨季極易發(fā)生突水、突泥等不良事故，尤其要重視隧道排水。

溶洞位于上金隧道左幅KB25+215～KB25+233段仰拱底部，沿龍州方向左側發(fā)育，且溶洞的左下方和右上方存在5處支洞，支洞走向基本與推測斷層走向一致（見圖1）?，F(xiàn)場調(diào)查左江大橋段最高水位是120.168 m，進口最高水位是116.467 m，溶洞底標高為122.15 m。該溶洞無常年地表水徑流，溶洞與左江距離約370 m。隧道范圍內(nèi)溶洞底部縱向長度約22.13 m，橫向長度約8.57 m，溶洞底部至仰拱底距離約13.83 m（見下頁圖2），垂直于主線方向向下發(fā)展，貫穿左側仰拱底板向左側發(fā)展，左側發(fā)育深度初步探測≥150 m。溶腔右側底部有大量填充物（黏土），溶洞大樁號側底部有積水（見下頁圖3）。根據(jù)隧道地勘報告，該溶洞位于次級斷裂影響范圍處，該次級斷裂與隧道斜交，從左往右發(fā)育，結合斷裂發(fā)育情況，推測該巖溶與左江相通的可能性較大。

2.2?方案的比較

經(jīng)初步分析，考慮了4種處理方案：

（1）方案一：跨越溶洞。在隧道仰拱底部設置一道跨越溶洞的板，縱向設置支撐墻為板提供支撐，在板內(nèi)布置橫向受力筋?？v向支撐墻預留3處過水通道，避免破壞原有排水通道。該方法的特點是需要處理支撐墻的基底。主要工程量為：梁板C40混凝土約373 m3;支撐墻C30混凝土約405 m3;鋼筋約90 000 kg;鋼管860 m。造價約66.7萬元。

（2）方案二：跨越溶洞。在隧道仰拱底部設置一道跨越溶洞的板，板底下沿行車方向設置一縱梁于板的邊沿，橫向設置支撐墻為梁板提供基礎，減小縱向跨徑，布置縱橫向受力鋼筋。其特點是原有排水通道基本不受影響，需處理支撐墻基底及清理掉落的洞渣。主要工程量為：梁板C40混凝土約467 m3;支撐墻C30混凝土約311 m3;鋼筋約90 000 kg;鋼管714 m。造價約70萬元。

（3）方案三：跨越溶洞。在隧道仰拱底部設置一道跨越溶洞的板，板底下沿行車方向設置縱梁于板的邊沿。特點是不對溶洞原有的排水通道造成任何破壞，且施工難度較低，不需要進行基底處理，但需要精確計算梁板的受力情況，并確保其安全性。主要工程量為：梁板C40混凝土約435 m3;鋼筋約90 000 kg。造價約56.3萬元。

（4）方案四：回填通過。整體回填會造成原有排水通道破壞，不利于排水。片石混凝土施工工藝簡單，但質(zhì)量難以保證，且后期運營中透水層、泄水口均易堵塞，容易造成后期安全隱患。主要工程量為：C15片石混凝土約1 562 m3;C30混凝土約450 m3。造價約68.2萬元。

以上四種方案均具備可行性。綜合各方面因素考慮，為減少后期運營風險，溶洞水宜疏不宜堵，溶洞內(nèi)水系應保持暢通，宜采用梁板跨越方案處理，但方案三屬于相對冒險的方案，論證后不予采用。方案一雖然預留有過水通道，但施工過程中易造成堵塞。結合溶腔內(nèi)有大量填充物（黏土）這一調(diào)查實情，預測預留過水通道效果不能得到永久保證，最終采用方案二對該溶洞進行處治。

2.3?方案的分析

方案實施示意圖見圖4～6。

該方案充分考慮襯砌傳到梁板的荷載，并進行內(nèi)力分析和配筋計算。板的計算按照單向板進行，配置橫向受力鋼筋。地基梁按連續(xù)梁進行分析，考慮中間支點處的負彎矩和跨中正彎矩，配置縱向受力鋼筋和抗主拉的斜筋，同時驗算梁的裂縫。方案中的板和梁均為C40混凝土，采用HRB400鋼筋。方案中設計板厚1.2 m，計算得單位板寬跨中彎矩和支點剪力分別為631 kN·m和428 kN，所需配筋面積為2 260 mm2，選取1622 mm（外徑25.1 mm，間距12.5 cm）鋼筋，提供的鋼筋截面面積As=6 080 mm2，受拉鋼筋按2排布置，同時對稱配置1排受壓鋼筋。經(jīng)驗算，斜截面剪切強度、截面最大裂縫、正截面抗彎承載力等均滿足規(guī)范要求。梁的設計尺寸為2.5 m×2.5 m，梁跨最大正彎矩為13 275 kN·m，支點處負彎矩為23 312 kN·m，支撐墻處剪力為10 497 kN，基巖處剪力為6 258 kN。經(jīng)計算，梁的負彎矩處選取7228 mm（外徑31.6 mm）鋼筋，提供的鋼筋截面面積As=44 352 mm2，鋼筋按3排布置即可滿足規(guī)范要求;正彎矩處選取4828 mm（外徑31.6 mm）鋼筋，提供的鋼筋截面面積As=29 568 mm2，鋼筋按2排布置即可滿足規(guī)范要求。

3?結語

溶洞的處治一直是隧道施工的關鍵點之一。本文分析了溶洞隧道的施工難點和確保施工順利完成的重要性。結合溶洞的特殊性，介紹了處理溶洞隧道的原則，即安全性原則、可行性原則和經(jīng)濟性原則。并以崇水高速上金隧道（左幅）穿越溶洞的施工項目為基礎，對多個隧道穿越溶洞的方案進行對比分析，得出適合的施工方案，而且對施工方案做了進一步分析和計算，從理論上保證了安全性。本文提出的處理溶洞隧道的思路和解決方案，可為類似工程提供參考和借鑒，具有現(xiàn)實意義。

[1]楊永勝.談鐵路隧道溶洞處理技術[J].工程建設與設計，2018（9）：145-146，151.

[2]TZ 214-2005，客運專線鐵路隧道工程施工技術指南[S].

[3]劉招偉，張民慶，王樹仁.巖溶隧道災變預測與處治技術[M].北京：科學出版社，2007.

[4]趙興華，上官洲境，陳建光.巖溶發(fā)育地區(qū)隧道溶洞處治方法[J].西部交通科技，2018（5）：135-139.

[5]毛忠海.淺談隧道施工溶洞及塌方處理[J].門窗，2017（10）：221.