鄭寰宇

(1.廣西路建工程集團(tuán)有限公司,廣西 南寧 530001;2.廣西壯族自治區(qū)公路隧道安全預(yù)警工程研究中心,廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著廣西公路建設(shè)規(guī)模與數(shù)量的增長(zhǎng),在喀斯特地貌區(qū)建設(shè)隧道越來越多遇到大型溶洞,而大型溶洞極易在施工過程及運(yùn)營期間引發(fā)安全與質(zhì)量問題,因此采用何種處治方案對(duì)其進(jìn)行處治就尤其重要。廣西武宣至忻城高速公路(來賓至忻城段)巖溶區(qū)內(nèi)的來賓三號(hào)隧道采用護(hù)拱法穿越大溶洞,其具體處治方法為:先做護(hù)拱,在護(hù)拱外回填混凝土作為人造圍巖保護(hù)殼,并設(shè)置隧道外排水設(shè)施保留溶洞的原來過水通道。該方法適用性強(qiáng),施工簡(jiǎn)單、便捷、快速,既能最大限度地保證施工安全與質(zhì)量,且能隨時(shí)進(jìn)入溶洞內(nèi)對(duì)溶洞發(fā)展變化情況進(jìn)行觀察與進(jìn)一步處治,從而更好地保障隧道運(yùn)營期的質(zhì)量安全。本文從襯砌結(jié)構(gòu)、溶洞內(nèi)排水、施工方法等方面對(duì)護(hù)拱法穿越隧道拱頂大溶洞的具體處治方案進(jìn)行闡述。

1 工程概況

來賓三號(hào)隧道設(shè)計(jì)為高速公路雙向四車道分離式隧道,從進(jìn)口端左洞開挖至ZK56+330(隧道埋深約152 m)時(shí),在掌子面右上部位揭露出1個(gè)半填充大溶洞,溶洞與隧道走向呈斜交,溶腔長(zhǎng)度約為120 m、最寬處約為20 m、最高處約為15 m。溶洞頂部有石鐘乳,下部有約10 m充填物(充填物頂標(biāo)高至隧道拱頂距離約為0.9～1.6 m),以黏土為主,表部為角礫(厚度為0.2～2.0 m)。隧道溶洞段巖質(zhì)為中風(fēng)化灰?guī)r,溶洞內(nèi)圍巖級(jí)別為Ⅴ級(jí),產(chǎn)狀為276°∠36°,呈中厚層狀。溶洞離掌子面遠(yuǎn)端走向?yàn)?80°、近端走向?yàn)?5°(隧道走向?yàn)?5°)。溶洞頂近端石鐘乳古老,巖石干燥,已停止發(fā)育;遠(yuǎn)端石鐘乳新鮮,有滴水,正在發(fā)育。無暴雨時(shí)溶洞內(nèi)有小股狀洞周裂隙滲水,流量約為5 L/min,水清澈;降大雨后出現(xiàn)大量涌水,最大涌水量為27 592 m3/d。

2 處治設(shè)計(jì)參數(shù)

來賓三號(hào)隧道左洞ZK56+330～ZK56+377段受溶洞影響,從最大限度保證隧道穿越溶洞施工過程安全和后期隧道運(yùn)行安全的角度綜合考慮,確定了襯砌結(jié)構(gòu)參數(shù),采用Ⅰ20B工字鋼拱架間距為50 cm,C25噴涂混凝土厚度為26 cm,直徑8 mm鋼筋網(wǎng)間距為20 cm×20 cm,直徑為42 mm、壁厚為4 mm、長(zhǎng)度為6 m系統(tǒng)注漿小導(dǎo)管間距為50 cm(縱向)×100 cm(環(huán)向)梅花布置作為初期支護(hù);C35防水鋼筋混凝土厚度為50 cm作為二次襯砌,預(yù)留變形量為15 cm。處治方法采用從ZK56+330處掌子面開始往大樁號(hào)開挖襯砌結(jié)構(gòu)頂部溶洞填充物形成的薄弱覆蓋層,每3 m為1個(gè)循環(huán),開挖后立即施作護(hù)拱(護(hù)拱采用間距為100 cm Ⅰ20b工字鋼+50 cm厚C25噴射混凝土),再以護(hù)拱為底模,在護(hù)拱外泵送回填C20混凝土(護(hù)拱頂部回填混凝土厚度≥1 m)作為人造圍巖保護(hù)殼,再在護(hù)拱的保護(hù)下,采用兩臺(tái)階預(yù)留核心土法開挖掘進(jìn)并施作初支及二襯結(jié)構(gòu)。同時(shí),在ZK56+335處右側(cè)與ZK56+360處左側(cè)分別設(shè)置集水槽,集水槽向上連通溶洞與隧道中央排水溝,確保原有排水通道順暢。溶洞處治斷面設(shè)計(jì)圖見圖1。

圖1 溶洞處治斷面設(shè)計(jì)圖

3 施工工藝流程

巖溶勘探→危巖排查與清除→溶洞臨時(shí)排水施工→逐段開挖溶洞底部填充物施作護(hù)拱(3 m/段)→逐段護(hù)拱外溶洞泵送回填混凝土→逐段護(hù)拱范圍隧道洞身逐榀開挖及初支(在設(shè)集水槽的地方,一并開挖施作集水槽)→隧底承載力檢測(cè)(若不足進(jìn)行基底處理)→仰拱施工→隧道防排水施工→二襯施工。

4 施工關(guān)鍵及要點(diǎn)

4.1 巖溶勘探

溶洞揭露出來后,應(yīng)結(jié)合地勘資料,采取綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段,探清巖溶規(guī)模、溶洞分布、巖溶充填、地下水及其流向等情況,核實(shí)巖溶與隧道空間位置關(guān)系等[1]。

4.2 危巖清排

從ZK56+330處掌子面溶洞口開始,對(duì)溶洞內(nèi)進(jìn)行排險(xiǎn)工作。溶洞處治采用逐段施工,每段施工前必須先排險(xiǎn),以安全第一為原則。排險(xiǎn)主要以清理松動(dòng)圍巖為主,不能過大擾動(dòng)溶洞內(nèi)圍巖,優(yōu)先采用挖機(jī)緩慢清理溶洞口的淤泥、黏土以及松動(dòng)的巖石,清理后立即采用C25噴射混凝土防護(hù),視溶洞口圍巖的穩(wěn)定性而決定是否增加錨桿或注漿小導(dǎo)管,防止塌方。溶洞口圍巖穩(wěn)定后,才可進(jìn)入溶洞內(nèi)進(jìn)行排險(xiǎn)。在溶洞內(nèi)人工使用鋼釬進(jìn)行排險(xiǎn),排除溶洞內(nèi)的浮石、險(xiǎn)石。

4.3 溶洞臨時(shí)排水

在隧道左側(cè)溶洞內(nèi)設(shè)置攔水壩,攔截雨天溶洞內(nèi)流水,減少溶洞內(nèi)流水對(duì)施工的影響,用水泵與排水管(帶)將攔截的水抽排到隧道洞外。攔水壩位置要結(jié)合溶洞內(nèi)地形及地基情況等綜合選取,修建在溶洞較窄處,與溶洞軸線正交,能縮短攔水壩的長(zhǎng)度。

4.4 溶洞底部填充物開挖

從掌子面揭露的溶洞口往掌子面正前方采用放坡開挖的方式沿隧道縱向逐段開挖溶洞底部填充物,每段縱向開挖長(zhǎng)度控制為≤3 m[2]。采用挖機(jī)開挖溶洞內(nèi)的淤泥、松軟的黏土等巖溶填充物,控制臨時(shí)邊坡坡比為1∶0.5。在開挖過程中,溶洞內(nèi)逐漸形成方便人員、機(jī)械通行的施工通道。填充物開挖后立即進(jìn)行危石清排。

4.5 護(hù)拱施工

逐段的溶洞底部填充物開挖及溶洞排險(xiǎn)后,進(jìn)行該段的護(hù)拱施工。護(hù)拱工字鋼拱架要穩(wěn)固架立在基巖上,根據(jù)測(cè)量放樣確定每榀拱架兩端在基巖上的架立位置,以測(cè)量數(shù)據(jù)來確定工字鋼拱架的加工弧長(zhǎng)。在護(hù)拱拱架兩端向圍巖內(nèi)打設(shè)各2根無縫鋼管,長(zhǎng)為5 m,直徑為42 mm,壁厚為4 mm,作為鎖腳。拱架用鎖腳鋼管焊接固定。每榀拱架之間通過直徑22 mm螺紋鋼筋焊接相連,拱架背后設(shè)置間距為20 cm×20 cm的直徑8 mm圓鋼鋼筋網(wǎng),增強(qiáng)護(hù)拱的整體性。

4.6 溶洞混凝土回填

護(hù)拱外的溶洞回填混凝土前應(yīng)清理干凈回填范圍內(nèi)溶洞壁的黏土、淤泥等,直至露出硬質(zhì)巖層。逐段護(hù)拱施作完成后立即對(duì)該段護(hù)拱外溶洞進(jìn)行C20混凝土回填,混凝土回填至護(hù)拱頂以上≥1 m的厚度。在端頭模處預(yù)埋螺紋鋼筋作為前后段回填混凝土的連接。最后一段回填混凝土施工時(shí),溶洞內(nèi)為密閉空間,護(hù)拱頂部要預(yù)留好排氣孔,排氣孔距離護(hù)拱頂?shù)母叨葢?yīng)等于回填混凝土的澆筑高度,當(dāng)回填混凝土澆筑到規(guī)定標(biāo)高后,混凝土?xí)呐艢饪琢鞒?以表示回填混凝土已澆筑到位。

4.7 隧道開挖及結(jié)構(gòu)施工

待溶洞混凝土回填完成后即可進(jìn)行隧道開挖。采用三步七步開挖法進(jìn)行開挖,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行仰拱施作,及早封閉成環(huán)。仰拱至掌面距離控制在20 m內(nèi)。隧底開挖后,要對(duì)隧底地基承載力進(jìn)行檢測(cè),如不滿足設(shè)計(jì)要求,根據(jù)具體情況可采用換填混凝土淺層或微型鋼管樁深層進(jìn)行處理,避免隧道結(jié)構(gòu)下沉。

4.8 監(jiān)控量測(cè)

針對(duì)該段落的溶洞處治,在施工期間制定了支護(hù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)觀察、初支周邊位移、初支拱頂下沉和拱腳下沉等4個(gè)監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目,每3 m一個(gè)斷面,按照2次/d的頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。經(jīng)過監(jiān)測(cè),支護(hù)結(jié)構(gòu)無開裂,初支周邊位移的最大變形速率為2.3 mm/d、最大累計(jì)變形量為18.2 mm;初支拱頂下沉最大變形速率為4.2 mm/d、最大累計(jì)變形量為33.2 mm;初支拱腳下沉最大變形速率為1.4 mm/d、最大累計(jì)變形量為12.7 mm。隧道運(yùn)營期,在溶洞內(nèi)設(shè)立永久監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)控?cái)z像頭對(duì)溶洞的洞內(nèi)情況進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)控。

5 結(jié)語

運(yùn)用該方案對(duì)來賓三號(hào)隧道左洞ZK56+330～ZK56+377段拱頂半填充大溶洞進(jìn)行處治,施工過程中監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)正常,施工安全質(zhì)量符合要求,隧道襯砌結(jié)構(gòu)施工完成后穩(wěn)定可靠。經(jīng)過連續(xù)5 d的大雨天,溶洞及隧道排水通暢。在施工中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注:施工過程中盡量避免或減少作業(yè)人員無防護(hù)暴露在溶洞施工;隧道左洞溶洞段施工過程中,須避免右洞爆破施工擾動(dòng);溶洞未封閉前,應(yīng)留有方便作業(yè)人員進(jìn)出溶洞的通道,以便緊急情況時(shí)人員可快速撤離;施工過程中,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)溶洞、護(hù)拱、初支情況的巡查與監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常,及時(shí)反饋設(shè)計(jì)及相關(guān)方,做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì),動(dòng)態(tài)施工;對(duì)可能出現(xiàn)的各類施工問題提前做好應(yīng)急預(yù)案,防患于未然。施工前對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行研究、完善、細(xì)化、交底,確保預(yù)案能夠及時(shí)有效實(shí)施,最大限度保障人員安全。