城萬公路八臺山隧道大型溶洞處置技術(shù)

中鐵八局集團第一工程有限公司 重慶 400053

摘要：在高速公路修建過程中，若遇到喀斯特地質(zhì)，隧道極易穿越溶洞，會給工程建設(shè)帶來巨大的難度，處理不當將會給隧道運營帶來嚴重的安全隱患。本文以城口至萬源快速公路八臺山隧道為例，詳細闡述了公路隧道遇到溶洞的情況下的處置技術(shù)，包括底部處理、地基加固、拱圈加強，望能為類似工程提供參考數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：隧道；溶洞；加固；防護；結(jié)構(gòu)

一、工程概況

城口至萬源快速公路通道工程八臺山隧道位于重慶市城口縣雙河鄉(xiāng)柳河村。本工程分為主洞和避難通道兩個隧道。主洞為雙向單車道，為主隧道，設(shè)計公路等級為二級，設(shè)計時速60km/h；主洞起訖里程為K43+210～K48+480，全長5270m；避難通道起訖里程為YK43+206～YK48+450，全長5244m。

八臺山隧道洞身穿越二疊系下統(tǒng)茅口組、上統(tǒng)吳家坪組、長興組、三疊系下統(tǒng)大冶組一至四段、嘉陵江組一至四段，其主要巖性為灰?guī)r、白云巖、巖溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r等，龍?zhí)逗訕?gòu)成隧道區(qū)地下水最低排泄基準面。

1-1八臺山隧道縱斷面圖

八臺山隧道進口端于2012年8月3日施工，至K45+480時揭示出大型溶洞，該溶洞長約87米（K45+480～K45+567），寬約35-66米，高度10-50米（可見高度），走向大致與線路中線一致，由左向右前方斜交，揭露后溶腔壁局部有掉塊現(xiàn)象，節(jié)理呈發(fā)育狀態(tài)，總體較完整、穩(wěn)定，局部有滴水現(xiàn)象。在溶腔內(nèi)有填充物主要為大塊孤石夾小塊石、碎石等，既有堆積物干燥無水，以隧道路面高程為基準，自K45+500向大里程方向約45度向上堆積，至K45+560最高點近30m。

二、溶洞工程水文地質(zhì)條件

隧道區(qū)穿越八臺山-大寧廠向斜兩翼，兩翼均有次級構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀變化較大八臺山-大寧廠向斜次級背斜-2。位于隧道里程K45+625處，隧道近垂直穿越，軸向北西-

南東向，軸部地層為二疊系茅口組，兩翼地層為二疊系至三疊系大冶組，北東翼

2-1溶洞平面圖

傾角50度～58度，南西翼傾角58度～69度。

地勘報告顯示，該溶洞內(nèi)既有堆積物干燥無水，溶洞四壁無水，為干溶洞，在8月、9月雨季時，只局部有少量滴水現(xiàn)場，現(xiàn)階段溶洞垂直向上發(fā)育，其滲入的巖溶水對隧道影響有限。對經(jīng)過區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件分析，受W607地下暗河系統(tǒng)河道下切影響，目前推測其雨季水位位于高程818m以下，由于該地下河匯水面積相對較小，地表地形地貌及背斜外圍頁巖隔水層阻隔不利于雨水下滲，平水期水量較小，為1L/s，雨季出口可達約100L/s，通過溶洞段雨季水位距離路面設(shè)計標高大于26m，暗河水在目前條件下不可能進入溶洞內(nèi)對隧道產(chǎn)生影響。

三、溶洞處理技術(shù)

3.1輔助坑道

為解決八臺山隧道主洞（進口端）掌子面掘進受阻問題，由3#車行橫通向避難通道迂回至K45+752，進入主洞繼續(xù)施工。

3.2堆積體清理及溶腔壁加固

（1）挖機配合自卸車清理溶洞內(nèi)堆積物，沿隧道縱向開挖至設(shè)計標高下2m。

（2）K45+480-K45+500段是隧道主洞與溶洞過度段，圍巖破碎且裂隙發(fā)育，應(yīng)對其進行加固處理，加固范圍為沿兩側(cè)溶洞壁至拱頂上3m可操作范圍內(nèi)。采用18工字鋼作為初支加勁措施，縱向間距0.5m；Ф22砂漿錨桿（L=3.5m），垂直巖面打入，并施作環(huán)向及縱向排水波紋管，噴射厚24cmC20混凝土造殼；待噴射混凝土強度達到要求后，對圍巖裂隙泵送C25混凝土，厚1.5m；完成過渡段支護處治。

3.2-1溶腔壁加固處理

3.3溶洞防護

由于溶洞整體呈椎形，溶腔壁局部有掉塊，且受避難通道掘進爆破施工影響，扔有零星塊石掉落，溶洞內(nèi)作業(yè)十分危險。為保證施工安全，溶洞內(nèi)設(shè)置多處照明設(shè)施并有專職安全員時刻觀察危險情況，人工操作范圍內(nèi)設(shè)置臨時安全防護棚架，防護棚架采用18型鋼和HRB335鋼筋制作。

3.3-1防護棚示意圖

3.4溶洞基底注漿

（1）溶洞內(nèi)為坍塌堆積物，且夾雜大塊孤石，為保證注漿加固效果，將露出孤石爆破清除，挖機粗平后對結(jié)構(gòu)物范圍內(nèi)溶洞基底采用20t振動式壓路機碾壓6-8遍。

（2）碾壓密實后進行人工找平，施作20cm厚的C25止?jié){層，并對K45+480-K45-548段基底堆積物進行注漿加固處理。由于鉆孔位于堆積物上，塌孔嚴重，成孔十分困難，為防止塌孔，將鉆孔直徑加大為110mm。

（3）溶洞內(nèi)堆積物存在夾雜大塊孤石等情況，推測堆積物內(nèi)空隙大小不一，每孔注漿分兩次進行：第一次注漿為避免漿液過濃導(dǎo)致不能充分滲透堆積物，采用0.5：1水泥漿液，注漿壓力0.5Mpa，使?jié){液充分向下滲透空隙；第二次注漿因前一次注漿已將堆積物底部壓注密實，因此采用1：1水泥漿液，注漿壓力0.3-0.5Mpa，使?jié){液向四周充分滲透擴散，達到注漿效果。

3.5基礎(chǔ)底板、偏壓墻及護拱

（1）注漿加固完成后，在止?jié){層上施作1.8m厚鋼筋混凝土底板及偏壓墻，偏壓墻 與二襯有連接筋連接形成整體。

（2）偏壓墻完成后，在頂部預(yù)埋護拱工字鋼連接鋼板，護拱為工字鋼結(jié)構(gòu)（外層18工字鋼，內(nèi)層22a工字鋼），分段加工吊車吊裝。因護拱最大跨度達14m，在吊裝時采用開挖臺車進行臨時加固，每榀護拱間采取鋼筋縱向連接形成整體，連接筋間設(shè)網(wǎng)片。外層工字鋼噴射24cm厚C20混凝土造殼。

（3）護拱混凝土采取整體澆筑成型，對護拱內(nèi)外層鋼架間采用14工字鋼進行加固；護拱內(nèi)層工字鋼安裝模板并加固；在工字鋼上設(shè)固定監(jiān)控量測點位，混凝土采取泵送，澆筑期間定時測量，及時掌握工字鋼形變數(shù)據(jù)并配合控制混凝土澆筑速度。

3.6拱頂吹沙

（1）溶洞揭露后，洞內(nèi)空氣運動加速，洞頂巖體風華速度可能加快，不排除出現(xiàn)較大體積的塊石掉落情況，威脅襯砌結(jié)構(gòu)安全，因此在護拱頂部以上施作2m厚吹沙回填，作為預(yù)防落石的緩沖層。

（2）二次襯砌完工后施作拱頂吹沙，采用JCK-800普壓噴砂機施作，通過預(yù)留孔進行吹砂作業(yè)。吹填料選取砂質(zhì)潔凈中、粗沙，含泥量小于15%的干砂。吹沙結(jié)束后及時用水泥砂漿封堵吹沙孔，封堵厚度同襯砌厚度。

3.7隧道結(jié)構(gòu)

（1）K45+480-K45+490段為過度加強段，隧道采用加強型復(fù)合式襯砌，24cm厚C20噴射混凝土初期支護及70cm厚C25鋼筋混凝土二次襯砌。

（2）K45+490-K45+548段為明洞襯砌段，隧道采用拱頂設(shè)置2m吹沙緩沖層，1m厚C25護拱混凝土及1.2m厚C25鋼筋混凝土二次襯砌的加強型襯砌。

3.7-1八臺山隧道溶洞處理典型斷面圖

四、結(jié)語

八臺山隧道K45+480-K45+567大型溶洞處理完成后即開展隧底沉降監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果，隧底沉降量滿足相關(guān)規(guī)范要求，隧道結(jié)構(gòu)處于正常工作狀態(tài)，說明處理方案是安全、可靠的，經(jīng)以上工程實踐，有如下認識：

（1）八臺山隧道K45+480-K45+567大型溶洞為干燥無水溶洞，采用的基礎(chǔ)加固+明洞方案可充分利用溶洞內(nèi)原堆積物，避免大量換填，施工工藝簡單，結(jié)構(gòu)安全可靠。

（2）為避免堆積物過多的工后沉降，采用了注漿加固+鋼筋混凝土底板的綜合地基處理方案，保證了結(jié)構(gòu)安全。

（3）溶洞揭露后空氣流動導(dǎo)致洞頂巖石風化加速，在隧道二次襯砌外加設(shè)1m厚混凝土護拱及2m厚吹沙緩沖層，保證了在施工期間及漫長的營運期間避免出現(xiàn)大塊石掉落對隧道襯砌造成損害的風險，保證了隧道的營運安全。

參考文獻：

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[5]楊兵.宜萬鐵路馬鹿箐隧道巖溶災(zāi)害的工程處治技術(shù)[J]；地下空間與工程學報；2011年03期

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圖4.3 主墩應(yīng)力測點布置示意圖

施工過程中各主要截面應(yīng)力誤差分析：（以6號墩1號塊為例）

表1 6號墩1號塊施工完成后應(yīng)力誤差（MPa）

測點施工塊號階段長度（m）理論應(yīng)力（MPa）實測應(yīng)力（MPa）差值（MPa）控制壓應(yīng)力（MPa）控制拉應(yīng)力（MPa）是否滿足

2斷面11#塊31.010.97-0.0429.05-3.37是

2 31.010.95-0.0629.05-3.37是

3 3-0.03-0.03029.05-3.37是

4 3-0.03-0.03029.05-3.37是

3斷面1 31.010.96-0.0529.05-3.37是

2 31.010.92-0.0929.05-3.37是

3 3-0.03-0.03029.05-3.37是

4 3-0.03-0.03029.05-3.37是

通過對澆筑后以及預(yù)應(yīng)力束張拉后各節(jié)段標高和控制斷面的應(yīng)力數(shù)據(jù)的監(jiān)測，實測數(shù)據(jù)顯示，梁體高程與控制截面應(yīng)力均符合設(shè)計和規(guī)范要求，成橋后各測試截面均為壓應(yīng)力，未出現(xiàn)危及結(jié)構(gòu)安全的拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)強度滿足設(shè)計要求，且具有一定的安全儲備。

6 結(jié)論

本文對某山區(qū)長大橋從有限元模型建立、施工監(jiān)測方法、線形控制、應(yīng)力控制等方面的施工監(jiān)控過程進行了闡述。通過實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對各種有限元模擬參數(shù)進行估計和修正，用于指導(dǎo)和控制施工，使得各施工階段的實際狀態(tài)，最大限度地接近理想狀態(tài)，確保了成橋后的內(nèi)力狀態(tài)和幾何線型符合設(shè)計要求。

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