王吉輝

文章分析了溶洞的結(jié)構(gòu)特征及其對(duì)隧道施工的影響，介紹了常用的隧道溶洞施工技術(shù)，并以廣西謝家峒隧道溶洞施工為例，闡述了該隧道溶洞的處理方案，為減少隧道溶洞施工事故提供參考。

隧道;溶洞施工;混凝土

U455-A-29-101-3

0?引言

溶洞多發(fā)生在喀斯特地貌條件下，其形成通常經(jīng)過復(fù)雜而漫長的地質(zhì)演化過程，并伴隨有常年的凍融和酸堿作用。溶洞地質(zhì)結(jié)構(gòu)中多見溝槽、縫隙及洞穴，常年的地質(zhì)作用和地下水運(yùn)動(dòng)改變了溶洞的結(jié)構(gòu)和富水量，一般溶洞為有水溶洞或富水溶洞。除了自然地質(zhì)構(gòu)造的因素外，人類活動(dòng)因素也會(huì)生成一定規(guī)模的溶洞，例如地質(zhì)勘測(cè)和工程施工等，都會(huì)引起溶洞結(jié)構(gòu)的改變。

1?溶洞的結(jié)構(gòu)特征和對(duì)隧道施工的影響

1.1?地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

溶洞多見于石灰?guī)r區(qū)域。溶洞地區(qū)的地下水非常豐富，節(jié)理十分發(fā)育，且溶洞內(nèi)部多含有巖體溶蝕物，包括一些較松散的礫石。巖溶區(qū)域范圍內(nèi)的溶洞通常不是獨(dú)立存在的，而是連續(xù)多處彼此貫通，富水溶洞含有地下水、縫隙水和地表水，溶洞地下水伴有泥砂等顆粒物。溶洞周邊的圍巖一般巖性較差，受地質(zhì)運(yùn)動(dòng)影響，極易發(fā)生坍塌、開裂或脫落等災(zāi)害，這種情況會(huì)隨著時(shí)間的增加而進(jìn)一步加劇。

1.2?溶洞對(duì)隧道施工的影響

出現(xiàn)在隧道底部的溶洞，其填充物較為松散，厚度較大，給隧道的基底施工帶來一定的難度。當(dāng)溶洞出現(xiàn)在隧道的側(cè)墻位置時(shí)，容易導(dǎo)致含水填充物向隧道內(nèi)部涌入。而當(dāng)溶洞出現(xiàn)在隧道拱頂位置時(shí)，隧道圍巖極易破碎、坍落。因此，無論溶洞在隧道任何方位出現(xiàn)，均會(huì)給隧道的施工帶來諸多不利影響，且夾雜有大量顆粒狀的泥砂和碎石的溶洞涌水，還可能引發(fā)隧道施工事故，對(duì)隧道周邊的生態(tài)環(huán)境也會(huì)產(chǎn)生一定的影響[1]。

2?隧道工程中溶洞施工主要技術(shù)

2.1?地質(zhì)勘測(cè)分析

施工前應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的地質(zhì)勘測(cè)，對(duì)于大面積溶洞地區(qū)應(yīng)充分重視，針對(duì)地表溶洞展開具體的地質(zhì)勘測(cè)，如地表水（河流、湖泊）分布情況等，包括各類溝谷的分布情況，明確溶洞的具體規(guī)模，確定其與隧道的位置關(guān)系。綜合地質(zhì)勘測(cè)分析，掌握隧道周圍溶洞的具體位置、規(guī)模，水流及來源，填充物成分及圍巖穩(wěn)定性等。經(jīng)過詳細(xì)的地質(zhì)勘測(cè)分析后，應(yīng)出具地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告，標(biāo)注溶洞具體位置，為隧道安全施工準(zhǔn)備措施的制定提供相應(yīng)依據(jù)。

2.2?雷達(dá)射線技術(shù)

通過雷達(dá)射線技術(shù)能夠進(jìn)一步明確溶洞的具體位置。當(dāng)隧道掘進(jìn)距離溶洞30 m時(shí)，通過地質(zhì)雷達(dá)再次對(duì)溶洞進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)溶洞的位置、規(guī)模，并初步分析填充物以及圍巖的巖性。當(dāng)掘進(jìn)距離溶洞10 m時(shí)，通過鉆孔的方式詳細(xì)觀測(cè)溶洞，查看溶洞是否存在涌水情況，判斷涌水量和其中的泥砂量以及涌水補(bǔ)充來源、圍巖的穩(wěn)定性等[2]。

2.3?溶洞水引、排措施

當(dāng)溶洞與暗河、地表河或溝谷連通時(shí)，應(yīng)通過引、排水的措施來控制溶洞水系水量，依據(jù)溶洞水流量大小、含砂量來決定采用暗管或涵洞等方式引排水。對(duì)于隧道深處大量涌水的情況，應(yīng)使用支洞或平行洞的方式進(jìn)行排水。

2.4?溶洞填堵措施

對(duì)于小規(guī)模的無水溶洞，可使用漿砌片石等填充物進(jìn)行填堵，也可使用0.6 m以上厚度的鋼筋混凝土對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。對(duì)于隧道拱頂上部的溶洞，應(yīng)進(jìn)行錨噴支護(hù)，然后根據(jù)設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行襯砌，在拱背增加護(hù)拱支護(hù)。為防止施工時(shí)二次涌水，應(yīng)在襯砌結(jié)構(gòu)中設(shè)置120 mm以上的大孔來作為排水孔，并增加孔間距以提高引排水效率。

2.5?加固與跨越溶洞區(qū)域施工

對(duì)于大規(guī)模的溶洞來說，當(dāng)位置較深時(shí)應(yīng)使用梁或拱跨越，例如當(dāng)溶洞位于隧道邊墻時(shí)，可加固隧道的邊墻基礎(chǔ)。當(dāng)深度非常大時(shí)，可使用鋼筋混凝土跨越。當(dāng)溶洞位于隧道底部時(shí)，如果溶洞水位相對(duì)于隧道底部較低，應(yīng)使用支墩或梁板來跨越。當(dāng)溶洞涌水量很大且有泥石流等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，將給溶洞施工帶來較大挑戰(zhàn)。為保證工期節(jié)點(diǎn)進(jìn)度，可另設(shè)迂回導(dǎo)坑來跨越溶洞區(qū)域，再進(jìn)行施工。上述針對(duì)隧道內(nèi)部溶洞情況的施工方案，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的具體情況來綜合判斷并使用[3]。隧道工程溶洞施工主要技術(shù)如表1所示。

3?廣西謝家峒隧道溶洞處理

3.1?隧道概況

謝家峒隧道位于廣西境內(nèi)河池至都安高速公路宜州市的龍頭鄉(xiāng)，該隧道采用雙向分離式，洞高為7.25 m，寬度為11.7 m，左、右線起止樁號(hào)分別是ZK27+740～ZK29+003和YK27+740～YK29+059，設(shè)計(jì)長度分別是1 267 m和1 322 m。左線進(jìn)、出洞設(shè)計(jì)高程分別為190.153 m和163.848 m，最大埋深約為340 m。右線進(jìn)、出洞設(shè)計(jì)高程分別為189.914 m和162.500 m，最大埋深約為350 m。斷面采用圓曲墻式，半徑為5.95 m，建筑界限凈寬10.85 m。該隧道區(qū)位于巖溶谷地，穿越三座山峰，中部較高而兩側(cè)較低。

3.2?溶洞處理方案

溶洞處理一般采用復(fù)合地基、加固和二次襯砌施工。洞壁坍落后有明顯縫隙，溶腔滲水非常嚴(yán)重，有繼續(xù)滲透坍落的風(fēng)險(xiǎn)，溶腔壁圍巖多為石灰?guī)r，裂隙間為黃色黏土填充，局部有多次塌落現(xiàn)象，計(jì)劃采取先回填溶洞再分部開挖的方式。由于無法確定溶腔壁圍巖實(shí)際穩(wěn)定性，為保證施工過程的安全性，計(jì)劃先使用低強(qiáng)度C20型混凝土回填，然后進(jìn)行主洞的開挖施工，初期支護(hù)使用型鋼鋼架，二次襯砌使用鋼筋混凝土，而基底部分使用鋼管樁進(jìn)行施工。總體施工結(jié)構(gòu)如圖1所示。

4?混凝土回填過程

泵送混凝土回填：26～30 m范圍使用短臂天泵施工，兩側(cè)10 m范圍使用預(yù)埋泵進(jìn)行混凝土回填。施工過程中應(yīng)盡可能在隧道軸線內(nèi)使用碎石回填，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，當(dāng)達(dá)到一定的回填高度后使用C20混凝土進(jìn)行回填。

4.1?溶腔中部回填

（1）對(duì)溶洞口位置的圍巖進(jìn)行加固支護(hù)，對(duì)溶洞口附近的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平整和壓實(shí);（2）依據(jù)溶腔實(shí)際高度來使用短臂架泵車，設(shè)置在溶洞口附近平整處，保證短臂架能夠全部伸開;（3）溶洞外已進(jìn)行過二次襯砌的施工人員，進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控布料，由最遠(yuǎn)處逐漸向溶洞口泵送，此過程應(yīng)適當(dāng)放緩;（4）在溶洞口位置布設(shè)支架模板，預(yù)留泵送的管道，將端部用混凝土封閉;（5）回填時(shí)應(yīng)與圍巖面成一定的斜角，保證混凝土回填處于最佳狀態(tài)，抵消偏壓引起的隧道結(jié)構(gòu)破壞[4]。

4.2?溶腔兩側(cè)回填

天泵無法在溶腔兩側(cè)附近施工，因此應(yīng)使用地泵進(jìn)行混凝土的回填，具體步驟如下：（1）在已完成初期支護(hù)的拱頂位置布設(shè)4～5個(gè)鉆孔，鉆孔的直徑應(yīng)>120 mm，角度應(yīng)在30°～60°之間，泵送管的長度應(yīng)>6 m，末端使用砂漿錨桿固定;（2）在使用C20進(jìn)行斷面封閉時(shí)，施工技術(shù)人員應(yīng)隨時(shí)觀察并測(cè)量泵送效果，達(dá)到方案設(shè)計(jì)標(biāo)高后可停止泵送;（3）在封閉端頭之前，應(yīng)在圍巖以及泵送管上標(biāo)記泵送的高度，通過安裝在溶腔中的高清攝像頭來觀察混凝土泵送過程和回填的高度。

5?開挖、支護(hù)和襯砌施工

5.1?開挖施工

開挖過程中應(yīng)盡量使用機(jī)械炮錘和風(fēng)鎬，機(jī)械開挖與人工開挖相結(jié)合，在使用爆破開挖時(shí)應(yīng)控制好炸藥量。開挖過程控制方案如下：（1）對(duì)各循環(huán)進(jìn)尺應(yīng)嚴(yán)格控制，掘進(jìn)尺應(yīng)<50 cm，開挖結(jié)束后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行支護(hù)和噴錨，可使用3.5 m的42×4 mm的徑向?qū)Ч?（2）開挖前標(biāo)注開挖輪廓線，控制欠挖和超挖情況的發(fā)生，加強(qiáng)已完成的初期支護(hù)工段的監(jiān)測(cè)，分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并指導(dǎo)開挖施工過程。

5.2?初期支護(hù)施工

開挖達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后使用全站儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行放樣。放樣位置包括型鋼鋼架拱腳和頂板，應(yīng)確保兩側(cè)拱頂和拱腳位于同一樁號(hào)上，誤差控制在5 cm以內(nèi)。在拱腳兩側(cè)設(shè)兩根42×4 mm，L=350 cm的小導(dǎo)管，與水平面呈30°夾角，尾端應(yīng)固定在型鋼鋼架上，必要時(shí)對(duì)小導(dǎo)管進(jìn)行加固?？v向鋼筋的焊接長度應(yīng)>10 cm，使溶腔初支成為一個(gè)整體[5]。

5.3?二次襯砌施工

謝家峒隧道溶洞使用80 cm厚的C25型鋼混結(jié)構(gòu)，具體的施工工藝和施工流程與常規(guī)的隧道段二襯施工方案相同，在此不作贅述。

6?結(jié)語

我國廣西地區(qū)多為喀斯特地貌且伴有大量的天然溶洞，在這種巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)下的隧道工程中，溶洞的施工方案和施工工藝對(duì)于隧道工程的質(zhì)量具有直接影響。本文深入研究了隧道溶洞的施工過程，包括混凝土的回填、隧道開挖、支護(hù)和襯砌施工等部分，闡述了各施工環(huán)節(jié)應(yīng)注意的一些問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫?強(qiáng)，胡書橋.鴛鴦會(huì)隧道開挖變形分析及控制措施[J].工業(yè)建筑，2011，41（12）：137-140.

[2]孫?尚.渠復(fù)雜形態(tài)溶洞精細(xì)化表征及其對(duì)盾構(gòu)隧道施工圍巖穩(wěn)定性的影響研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2019.

[3]劉?榮，陳?斌.基于公路隧道工程巖溶施工技術(shù)[J].交通世界，2018（5）：88-89.

[4]朱浩博.巖溶隧道底板安全厚度預(yù)測(cè)模型研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2013.

[5]薛國強(qiáng).深部復(fù)雜條件下巖溶隧道破壞機(jī)理及控制對(duì)策研究[D].太原：太原理工大學(xué)，2018.