淺析公路越嶺隧道巖溶處治措施

■馬可讀

（北京建達道橋咨詢有限公司長沙高新分公司湖南長沙410012）

淺析公路越嶺隧道巖溶處治措施

■馬可讀

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本文對公路越嶺隧道常見巖溶進行分類，分析巖溶對隧道工程的影響，提出有針對的處治措施，為今后公路越嶺隧道巖溶問題處治方案選取提供參考。

公路越嶺隧道巖溶問題處治措施

1　前言

我國巖溶分布較廣，隨著基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，越嶺隧道遇到的巖溶工程問題日益突出，為減少巖溶區(qū)隧道工程施工、運營時的安全風(fēng)險；本文結(jié)合黃石月亮山隧道工程、貴遵高速公路、桑張高速公路巖溶隧道的設(shè)計和施工經(jīng)驗，采用歸納分類，對不同巖溶問題提出針對性的處治措施，為今后公路越嶺隧道巖溶處治方案選取提供參考。

2　常見巖溶分類

據(jù)工程實例，隧道工程施工中遇到的巖溶形態(tài)主要有：溶縫溶溝溶槽、溶管、溶洞、暗河等；其中溶溝溶縫溶槽多沿節(jié)理、裂隙延伸方向呈斷續(xù)性發(fā)育；溶管在形態(tài)上呈不規(guī)則圓柱形，具有多級分支結(jié)構(gòu)；溶洞系隧道工程所遇到的最主要的巖溶形態(tài)，在立體上一般呈不規(guī)則多面腔體，幾何尺寸變化區(qū)間大；暗河具有常水位或季節(jié)變動水位，規(guī)模較大，延伸較長，呈管線狀發(fā)育。

3　巖溶對隧道工程的影響

巖溶對隧道工程的影響主要表現(xiàn)在如下幾個方面：①巖溶破壞隧道圍巖的整體性，易導(dǎo)致隧道開挖出現(xiàn)局部坍塌、掉塊或洞頂?shù)乇硭?；②巖溶洞穴或為空洞，或充填堆積物，或含較豐富的地下水，洞穴的存在使建筑物全部或部分懸空，將降低隧道的穩(wěn)定性；③隧道掘進揭穿巖溶水通道，易導(dǎo)致涌水、突泥發(fā)生；④巖溶水中C032-含量增高時，水的流通將加大對隧道結(jié)構(gòu)的侵蝕，影響其使用壽命。

4　處治措施

4.1處治原則

隧道巖溶處治應(yīng)以“安全、經(jīng)濟、快速、不留隱患”為原則；治理時，可根據(jù)巖溶對隧道工程的危害類型、巖溶形態(tài)及規(guī)模大小、充填特征、涌水量大小及其動態(tài)變化特征分如下幾種類型選取方案：

4.2無水無充填型巖溶處治

該類巖溶由于受構(gòu)造影響，現(xiàn)已高于地下水動態(tài)變化帶范圍，與地下水其他滲水通道基本無水力聯(lián)系，其溶蝕作用不再繼續(xù)或溶蝕甚微，巖溶周壁較完整、堅硬、光滑，穩(wěn)定性較好，在無擾動情況下發(fā)生自然掉塊或坍塌現(xiàn)象可能性較??；對于該類巖溶，若位于隧道洞室拱腰以上，一般可不處理，對揭開部位用錨桿支護即可，必要時可增加掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土；若位于邊墻或基底處，原則上采用回填方案進行治理，回填參數(shù)根據(jù)巖溶發(fā)育位置和發(fā)育規(guī)模確定，一般可采用漿砌片石回填，厚度不宜小于2.0m；每隔2m設(shè)置一處透水管與中心水溝相連；處治方案如圖1。

4.3無水有充填型巖溶處治

該類巖溶由于充填物大多存在差異性，工程力學(xué)性質(zhì)較差，自穩(wěn)能力不強，隧道洞室開挖揭露至該類巖溶充填物，該類巖溶對隧道影響主要表現(xiàn)為拱腰以上部位的塌方及基底不均勻沉降；對于該類巖溶主要可采用“周邊注漿加固、拱部管棚”的方案進行治理，加固段長度和超前預(yù)支護長度，根據(jù)巖溶縱向發(fā)育長度確定；其處治方案如圖2：

圖中B1為周邊注漿加固厚度，一般取3～5m；D為隧道開挖等效直徑；兩者一般可按B1=（0.5～1）D關(guān)系式確定；周邊注漿加固過程當(dāng)中應(yīng)按由下到上、由外到內(nèi)、間隔跳孔原則進行，注漿段大于5m時，需采用分段式注漿；采用管棚超前支護時，管棚直徑一般選用108mm，外插角1°～3°，環(huán)向間距30cm，縱向長應(yīng)與周邊注漿加固長度一致。

4.4無水無充填大型干溶洞處治

該類巖溶如位于隧道洞室拱腰以上時，因巖溶腔壁可能失穩(wěn)崩塌，隧洞拱部將受到掉塊墜落沖擊，如位于路面及基礎(chǔ)以下，巖溶洞穴的存在可使隧洞全部或部分懸空，對隧道施工及運營安全影響顯著，一般可根據(jù)其發(fā)育部位選擇相應(yīng)的方式進行治理：

A、拱腰以上大型干溶洞處治

施作超前錨桿及初期支護，并對溶腔進行錨網(wǎng)噴漿支護，巖溶發(fā)育段采用18工字鋼拱架掛網(wǎng)噴漿施作初支加強層，工字鋼間距一般選用50cm，并采用C25混凝土護拱作為結(jié)構(gòu)防護層，其厚度不小于0.5m，溶洞與隧洞相通開口處，采用鎖腳錨桿加固，護拱外側(cè)設(shè)1.5m厚干砌片石作為結(jié)構(gòu)保護層，在外側(cè)回填水泥砂漿作為緩沖層；初期支護施工時溶洞內(nèi)預(yù)埋間距為2m的透水管，與拱腳盲溝連通，加強排水；其處治方案如圖3。

B、路面及基礎(chǔ)以下大型溶洞處治

路面及基礎(chǔ)以下大型溶洞，因規(guī)模較大，發(fā)育深度較深，一般不宜采用堵填的方法，而采用跨越處理方案，一般可根據(jù)巖溶發(fā)育特征及發(fā)育規(guī)模選擇不同的跨越方式，工程實例中跨越方式主要有梁板跨越、樁基承臺跨越及拱式跨越，發(fā)育規(guī)模巨大且具備條件的，甚至采用橋梁跨越，采用跨越方案的梁板端、拱座或樁端嵌入巖層深度需穩(wěn)定性及上部荷載要求；其處治方案具體如下：

①梁板跨越

該方案主要針對沿隧道某一方向跨度在3～5米范圍的巖溶，隧道開挖揭露到該類巖溶后，可在巖溶發(fā)育段，基底以下約2m處鋪設(shè)模板，現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板，梁板在穩(wěn)定巖層上搭接長度不宜小于3m，梁板厚不小于1m，混凝土強度等級不宜低于C25；施工時每2米需預(yù)埋透水管；其處治方案如圖4：

②樁基加承臺跨越

該方案主要針對沿隧道縱向跨度較大，且發(fā)育深度20～30米范圍的巖溶，隧道開挖揭露到該類巖溶后，可在巖溶發(fā)育段采用樁基加承臺跨越，基樁直徑d不宜小于1m，樁端進入穩(wěn)定中風(fēng)化巖不小于1.5d，且樁底應(yīng)保證完整中風(fēng)化巖厚度不小于3m，基樁可采用陣列形布置，間距一般3m×3m，上部承臺高度一般可采用2m，承臺與結(jié)構(gòu)體中間空隙可采用水泥砂漿填實，具體設(shè)計參數(shù)應(yīng)根據(jù)巖溶發(fā)育特征計算確定；其處治方案如圖5。

③拱式跨越

該方案主要針對沿隧道縱向跨度較大，且發(fā)育深度較深，難以采用回填、設(shè)置樁基的巖溶，拱跨采用實腹式，矢跨比一般1：8～1：6，拱橋圈及拱座上采用C15混凝土回填，拱座嵌入巖層應(yīng)滿足上部荷載及穩(wěn)定性驗算要求，其處治方案如圖6：

4.5涌水型管道巖溶、暗河

該類巖溶因存在巖溶水，與山嶺地下水存在直接水力聯(lián)系，隧道掘進揭穿巖溶水通道，易導(dǎo)致涌水、突泥發(fā)生，對隧道圍巖穩(wěn)定及施工影響大，原則采用引排方案，維持原有過水通道，不改變其地下水動力平衡，當(dāng)暗河位于拱腰及以上，引排方案難以實施時，為確保施工及運營安全，可采用泄水洞方案對暗河巖溶水進行排泄，泄水洞的位置、坡度、最小斷面及數(shù)量應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件確定，以滿足安全排水要求。

5　結(jié)語

巖溶是在碳酸鹽巖地區(qū)越嶺隧道施工中常見的不良地質(zhì)現(xiàn)象，由于其發(fā)育規(guī)律的難尋性、復(fù)雜性及對工程的危害性，當(dāng)隧道施工開挖揭露至巖溶時，一般需要盡快確定合適的處治方案，故今后公路越嶺隧道巖溶問題處治方案選擇時，應(yīng)先對巖溶進行分類，然后根據(jù)不同巖溶類型快速選取相應(yīng)的處治措施，當(dāng)巖溶與隧道的相對關(guān)系、類型與文中幾種情況有差異時，具體可實施性方案可在此基礎(chǔ)上優(yōu)化。

［1］《遵義北環(huán)高速公路小槽灣隧道溶洞處治方案》 （中交公路規(guī)劃設(shè)計院有限公司二〇一四年四月）

［2］《桑植至張家界高速公路黃香灣隧道巖溶處治方案》 （中交第一公路勘察設(shè)計研究院有限公司 二〇一五年十月）

［3］《巖溶隧道的處治技術(shù)現(xiàn)狀》 （陳煌、楊麗；技術(shù)應(yīng)用）

［4］《公路隧道設(shè)計規(guī)范》 （JTG D70-2004）

F540.3［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-451-2