淺談燈盞窩隧道大型溶洞處理

李穎

摘要：巖溶不良地質(zhì)條件給隧道的施工和運營造成了嚴重的威脅，如何正確處理隧道大型溶洞是隧道施工中面臨的一項重要課題。文章以燈盞窩隧道為例，對巖溶地區(qū)隧道的大型溶洞處理工程進行探討，以提供一定的工程實踐參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道；大型溶洞；處理

1.工程概況

燈盞窩隧道為上、下行分離的四車道高速公路隧道，位于湖北省宜都市聶家河鎮(zhèn)丁家坪村，緊鄰縣道X224，隧道洞軸線走向方位角225。。隧道左洞起止里程為ZK61+628-ZK62+523，長895米，最大埋深為104米；隧道右洞起止里程為YK61+635-YK62+527，長892米，最大埋深為115米，隧道進口采用端墻式洞門，出口采用削竹式洞門。

2.設(shè)計隧道不良地質(zhì)

隧址區(qū)主要不良地質(zhì)為巖溶，主要表現(xiàn)為溶蝕裂隙發(fā)育，不僅影響巖體間的結(jié)合狀態(tài)，還是地下水的有效途徑。隧址區(qū)屬構(gòu)造剝蝕溶蝕低山地貌，受肖家隘斷層影響，構(gòu)造變形較大，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理貫通性好，局部存在風化和溶蝕強烈的白云巖，地表水和地下水流量受季節(jié)影響明顯。地下水的補給主要靠大氣降雨，排泄方式主要為地表徑流、蒸發(fā)以及通過小型溶蝕裂隙向河流或坡腳排泄等方式。

3.超前地質(zhì)預(yù)報

隧道超前預(yù)報采用地質(zhì)雷達結(jié)合工程地質(zhì)調(diào)查分析推斷法進行。地質(zhì)雷達每次預(yù)報長度為30m，并且重疊5m。工程地質(zhì)調(diào)查分析推斷法是隧道超前預(yù)報中使用最早的方法。通過區(qū)域地質(zhì)調(diào)查與資料分析、隧道軸線地表和洞內(nèi)工程地質(zhì)調(diào)查，了解隧道所處地段巖層地質(zhì)年代、結(jié)構(gòu)構(gòu)造。借助地質(zhì)學(xué)有關(guān)理論、經(jīng)驗公式、巖體力學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)和傳統(tǒng)方法，推斷前方的地質(zhì)情況。包括地層與巖性的產(chǎn)出特征、構(gòu)造的發(fā)育規(guī)律、地下水成因規(guī)律和水量等，預(yù)測隧道掌子面前方不良地質(zhì)現(xiàn)象可能的類型、部位、規(guī)模，為隧道施工中采取合理的工藝與措施提供科學(xué)依據(jù)。

地質(zhì)雷達利用超高頻窄脈沖電磁波反射探測不同介質(zhì)分界面的一種勘測方法?；驹硎牵喊l(fā)射機通過發(fā)射天線發(fā)射中心頻率為12.5M至1200M、脈沖寬度為0.1ns的脈沖電磁波訊號。當這一訊號在巖層中遇到探測目標時，會產(chǎn)生一個反射訊號。直達訊號和反射訊號通過接收天線輸入到接收機，放大后由示波器顯示出來。根據(jù)示波器有無反射汛號，可以判斷有無被測目標；根據(jù)反射訊號到達滯后時間及目標物體平均反射波速，可以大致計算出探測目標的距離。

根據(jù)燈盞窩隧道超前地質(zhì)預(yù)報報告顯示，燈盞窩隧道右洞YK62+217附近左側(cè)及前方存在一大型溶洞，溶洞長度約20m，寬度約22m，高度16米。

4.溶洞發(fā)育情況

燈盞窩隧道右洞掘進至掌子面YK62+216時，掌子面上臺階左側(cè)拱腳揭露出一寬約4m、高約2m的溶洞口。經(jīng)過現(xiàn)場勘察，溶洞位于隧道上臺階左側(cè)下方，圍巖巖性為中風化白云巖：淺灰色、灰白色，中厚層狀，細一中晶結(jié)構(gòu)。巖體較完整，節(jié)理裂隙不太發(fā)育，無粘土充填。巖層錘擊聲較清脆，屬于較堅硬巖。圍巖巖溶溶槽發(fā)育，巖溶各向異性明顯，豎向、側(cè)向溶蝕交替出現(xiàn)，沿其巖溶發(fā)育走向、傾向追蹤呈條帶狀分布特點較明顯，以垂直溶蝕為主。

溶洞位于隧道YK62+216-YK62+165段隧道上臺階左側(cè)下方，沿隧道軸向發(fā)育2個垂直型大型溶洞和1個水平管道型溶洞。第一個大型溶洞長21米、寬23米、高15米；第二個大型溶洞長30米、寬20米、高20米。2個大型溶洞相對獨立，第一個大型溶洞在下部經(jīng)一狹窄溶蝕縫隙與第二個大型溶洞底部連通。水平管道型溶洞位于在第一個大型溶洞底部，沿與隧道軸線約15。夾角發(fā)育。發(fā)育長度約60m范圍洞徑約在0.6-3m之間，可容納一人通過。發(fā)育長度50m后洞徑變窄，無法通過。洞底及洞身有泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)物，鐘乳石極其發(fā)育，洞底溝槽有流水，流水經(jīng)巖溶溶隙向下排泄。

通過地質(zhì)雷達和鉆孔相結(jié)合的方法，進一步探明溶洞底部地質(zhì)情況，發(fā)現(xiàn)溶洞底部以下無明顯異常情況及大型溶洞發(fā)育。

5.方案比選

根據(jù)YK62+215-YK62+165溶洞勘察情況，圍巖為中風化白云巖，溶腔穩(wěn)定，且無填充物。結(jié)合實測溶洞斷面，溶洞位于隧道上臺階左側(cè)下方，約一半溶腔與隧道相交，并考慮溶洞底部溶槽排水。提出了C15砼回填及跨越兩種處理方案。

對于跨越方案，由于采用樁基、墩柱及縱橫梁，為混凝土剛性結(jié)構(gòu)，確保了隧道整體穩(wěn)定性，并且對溶洞內(nèi)排水沒有影響。但是由于先開挖隧道，將整個溶洞揭露，導(dǎo)致上臺階拱架或下臺階拱架長時間懸空，存在安全隱患，只能在橫梁施工完成后才能封閉成環(huán)。在溶洞內(nèi)施工樁基及墩柱，施工難度大，并且隧道開挖時，掉落石塊對墩柱存在嚴重影響。施工縱梁橫梁采用現(xiàn)澆，支架搭設(shè)極其困難。施工難度大，施工安全存在隱患，造價高，進度慢。

對于回填方案，由于采用C15素混凝土回填，為剛性結(jié)構(gòu)，確保了隧道整體的穩(wěn)定，能夠確保施工過程安全及后期運營安全，并且施工進度快，施工較簡單，排水利用溶槽設(shè)置排水通道。

經(jīng)過比選采用C15素混凝土回填的方案。根據(jù)溶洞發(fā)育特點和洞內(nèi)水文情況，并保證隧道施工安全及襯砌結(jié)構(gòu)安全，采用C15素混凝土進行回填至隧道仰拱底，回填前對溶洞底進行清理，并預(yù)留好排水通道。

6.處理方案

6.1根據(jù)地下水的流向及泄水路徑，清除底部掉落洞渣，利用溶槽設(shè)置排水通道，排水通道采用φ60cm鋼筋混凝土圓管涵，溝底回填范圍內(nèi)并設(shè)置一處平均寬度2m高度lm的碎塊石外包+q-布，溶洞內(nèi)的天然泄水通道相連，以便能及時排出溶洞內(nèi)的過境水。

6.2采用C 15素混凝土分層回填至隧道仰拱底。

6.3該段初期支護及二襯加強處理。拱架由原設(shè)計的格柵調(diào)整為118工字鋼，間距由120cm調(diào)整為100cm，C20噴射混凝土厚度由原來20cm調(diào)整為25cm，08鋼筋（20cm×20cm）由單層調(diào)整為雙層，系統(tǒng)錨桿由縱向間距為120cm調(diào)整為100cm，環(huán)向間距為140cm。二襯和仰拱由40cmC25素混凝土調(diào)整為45cmC25鋼筋混凝土，主筋φ25雙層鋼筋間距為25cm。

6.4增設(shè)鎖腳注漿小導(dǎo)管。

6.5加強監(jiān)控量測，周邊收斂和拱頂下沉觀測，每5m一個斷面。

7.主要施工工序

7.1下臺階開挖至掌子面YK62+216，施作初期支護。

7.2揭開溶洞后，在溶洞內(nèi)豎向分層澆筑C15素混凝土至仰拱底。

7.3全斷面進行隧道開挖，每循環(huán)進尺控制在1.0m。

7.4施作初期支護，靠空洞側(cè)頂部工字鋼采用注漿小導(dǎo)管進行鎖腳，初期支護施工完畢后，初期支護外空洞側(cè)泵送C15混凝土進行回填。

7.5施工鋼筋混凝土仰拱及回填；

7.6根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，施工鋼筋混凝土二襯。

8.結(jié)語

文章通過對燈盞窩隧道YK62+215-YK62+165段溶洞處理介紹，并通過超前地質(zhì)預(yù)報準確預(yù)測出溶洞的位置，并通過進一步對溶洞勘察，方案比選，確定了溶洞處理方案，在處理過程中加強了監(jiān)控測量，監(jiān)控量測結(jié)果顯示，溶洞處理段的初期支護和二次襯砌都是穩(wěn)定的。最終使燈盞窩隧道安全、順利、成功的穿越過溶洞，在工程實踐中有一定的借鑒意義。