高速公路隧道穿越溶洞段處治技術分析

鄭 坤

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100020）

隧道溶洞嚴重影響了我國高速公路隧道施工及后續(xù)道路交通的安全，因此十分有必要開展專門的公路隧道穿越溶洞段處治技術分析，對當?shù)厝芏磶r溶的分布、種類、巖層的穩(wěn)定性等情況進行詳細的勘探和分析，并在此基礎上做好相關的治理工作，確保達到高速公路施工要求，保障工程質量和行車安全。

1 工程概況

新田隧道為一座上、下行分離的四車道高速公路長隧道，隧道最大埋深約175m。隧道起止樁號左線zk52+789～zk54+810，總長2021m；右線yk52+800～yk54+825，總長2025m。隧道左邊和右邊兩條線之間的距離約為30m。左線入口采用端墻式洞口，設有5m明洞；右線入口采用端墻式洞口，直通隧道。左線出口采用竹節(jié)式洞口，9.6m洞口結構，5.4m明洞；右線出口采用竹節(jié)式洞口結構，9.6m洞口結構，5.4m明洞。隧道圍巖主要為三～五類圍巖，左側v類圍巖長度為24m，占隧道總長度的1.2%；四類圍巖長度為502m，占隧道總長度的25%；三類圍巖長度為1478m，占隧道總長度的73.8%。右側v類圍巖長度為63m，占隧道總長度的3.1%，四類圍巖長度為341m，占隧道總長度的16.9%；三類圍巖長度為1609m，占道路總長度的80%。根據(jù)鉆探和地質填圖的結果，隧道場地山體覆蓋層不斷發(fā)育，厚度不均勻。覆蓋層主要為黏土、粉質黏土和少量殘積洪積成因的塊石。隧道遺址下伏基巖巖性為中石炭統(tǒng)（c2）和下統(tǒng)（c1）灰?guī)r，灰白色、深灰色中厚層，部分為硅質灰?guī)r和薄層硅質巖。

2 高速公路隧道穿越溶洞段施工的重難點

對新田隧道的基本情況進行分析后，總結出施工中的重點和難點：（1）洞口淺埋段，圍巖由殘坡積層黏土和中風化灰?guī)r構成，拱部易產(chǎn)生塌方，側壁自穩(wěn)性較差，易形成大的坍塌。（2）隧道穿越地區(qū)多低洼，計劃建設的隧道需要穿越山嶺，其中存在的地質問題主要是巖溶。隧道區(qū)溶蝕漏斗發(fā)育，位置分布于ZK53+355左200m～ZK53+432左200m、ZK53+422左30m～ZK50+469左 15m、YK53+507右 88m ～ YK53+577右 94m、YK53+674右168m～YK53+737右143m和ZK53+702左105m～ZK53+745左91m，其中前四段呈串珠狀分布在路線兩側，對隧道施工影響最大。對隧道施工影響較大的溶蝕漏斗分布如表1所示。（3）巖溶和巖溶水的超前探測以超前地質預報為主要手段，采用動態(tài)設計、動態(tài)施工的原則進行處治[1]。根據(jù)溶洞發(fā)育的規(guī)模及與隧道主洞的關系，采用TSP和超前地質雷達等超前地質預報系統(tǒng)對溶洞和不良地質進行超前預報，對異常段采用鉆孔超前探測驗證[2]。經(jīng)過勘探發(fā)現(xiàn)，在隧道工程中巖溶造成的影響為坍塌、漏水等。（4）斷層破碎帶地質較差，會對整個隧道施工造成影響。

3 高速公路隧道穿越溶洞段處治技術

在具體的施工中，通過對公路隧道穿越溶洞段空中洞穴的整個情況進行前期探測，考慮到洞內實際情況和現(xiàn)場施工條件，有必要采取相關技術施工處理溶洞。在對溶洞段進行處理時，要遵循“動態(tài)施工、動態(tài)管理”及“先探測、管超前、短進尺、弱（非）爆破、強支護、勤量測、快封閉、仰拱超前、二襯緊跟”的原則[3]。從環(huán)境保護方面來看，要盡可能減少施工過程中對周圍環(huán)境造成的影響，秉持具體問題具體分析的理念，堅持動態(tài)施工，利用好各種勘探技術，制訂詳細、科學的方案，及時掌握施工環(huán)境的變化，制訂好相應的預防措施。高速公路中隧道穿越溶洞段處治技術的應用體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 針對圍巖問題

首先，洞口v級圍巖段由長管棚提前支護。鋼管為Φ108mm×6mm熱軋無縫鋼管，周向間距40cm，接頭直接連接15cm長的螺紋。所述管芯與所述襯套設計外形的距離大于25cm，所述管芯與所述道路中線平行布置。相鄰鋼管接頭數(shù)目錯開1m后注漿，管內應填充m20水泥砂漿。在明洞襯砌外設置縱向長度為2m、厚60cm的C20鋼框架砼拱，鉆進方向應比鋼管設計方向高1～3°。

表1 隧道區(qū)溶蝕漏斗一覽表

其次，洞身v級圍巖段采用超前長管棚支護。采用外徑42mm、壁厚4mm、長450cm的熱軋無縫鋼花管。鋼花管環(huán)向間距約30cm，外插角5～15°，設置于襯砌拱部約120°范圍。

再次，采用鋼支撐及初期支護，如圖1所示。隧道v級圍巖淺埋及偏壓段采用I18鋼拱架全斷面支撐，間距60cm，沿每榀鋼拱架設D25中空注漿錨桿，長3m，間距100cm×60cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼25cm，并及早封閉成環(huán)。v級圍巖深埋段采用I18鋼拱架全斷面支撐，間距80cm，沿每榀鋼拱架設D25中空注漿錨桿，長3.5m，間距100cm×80cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼25cm，并及早封閉成環(huán)。

圖1 鋼支撐及初期支護

最后，要嚴格控制開挖進尺，縮短工序時間，及時封閉。每周期開挖頂階不超過1鋼框架間距，每周期開挖邊墻不超過2鋼框架間距，后拱開挖前完成鋼框架鎖腳導管，每周期開挖進尺小于3m。隧道開挖后，一開始的支護應及時施工并形成環(huán)，圍巖封閉位置距洞壁小于35m，v級圍巖二次襯砌距洞壁小于70m。

3.2 針對溶蝕漏斗問題

首先，要注重對排水結構的設計，在施工時要嚴密注視有無裂縫出現(xiàn)等情況，盡量避免施工中斷，合理安排施工順序。反拱施工應提前進行，以防止浸潤水后的土失去原有的形狀和性能，進而導致頂部下沉或坍塌的情況出現(xiàn)[4]。路基膨脹土可根據(jù)實際情況進行換材料填充或添加石灰來改善土質。

其次，采用超前雙層注漿小導管，I20鋼拱架全斷面支撐，間距60cm，導管環(huán)向間距40cm，第一層與第二層環(huán)向錯開20cm，搭接長度1.5m，外插角第一排15～20°，第二排7～10°。沿每榀鋼拱架設D25中空注漿錨桿，長3m，間距100cm×60cm梅花形布置，直徑Φ8mm鋼筋網(wǎng)，噴射C25砼27cm。開挖采用三臺階預留核心土法，上段循環(huán)開挖前進距離為1榀鋼架的長度，墻邊每次循環(huán)開挖前進距離為2榀鋼架的長度。此外，需要注意在每次開挖之前要先安裝導管，且每次循環(huán)開挖前進的距離要小于3m。

3.3 針對巖溶對隧道工程造成的影響

首先，應該根據(jù)洞的大小和位置選擇相應的處理方式，如梁拱跨越、填充堵塞、護拱加固等處理方式。其次，在對巖溶水進行處治時要遵循以疏通為主，填塞為輔的原則[5]。為避免出現(xiàn)巖溶水突然泄漏的情況，在進行具體施工時要采取一定的探測手段，準備好相應的抽水設備，從而確保施工隊的安全。排水設施可采用排水管排水溝、泄水洞等構筑物。最后，考慮到充填洞穴的位置一般比較松軟、穩(wěn)定性較差，容易出現(xiàn)下沉情況，因此在穿越洞穴填充地帶時，可通過加固樁基、超前注漿加固、換填基礎等方式保證安全。

3.4 針對斷層破碎帶

應采用較為穩(wěn)固的支護方式并結合相應的輔助施工確保高速公路隧道施工的安全性。在具體的施工中應先用相應的探測儀器對施工前方的環(huán)境情況進行全面的探測[6]。根據(jù)探測結果，需采用超前小導管注漿作為輔助設施對已經(jīng)破碎的地帶進行加固。如果發(fā)現(xiàn)有承壓性地下水，應制訂堵水方案，然后在開挖后沿著洞的四周設置相應的孔洞來泄水。在斷裂破碎帶或接觸帶段，采用保留核心土三級開挖法，在土層段以機械開挖為主，輔以微弱爆破開挖，在巖層段采用控制爆破技術開挖上級臺階。挖掘工程須嚴格按照“短進尺、弱爆破”的原則進行后續(xù)施工，并緊貼挖掘面進行二次襯砌及倒拱的建造工程。

4 結束語

綜上所述，溶洞段的特征對我國高速公路隧道的建設運營產(chǎn)生了嚴重的影響，時刻威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。文章結合新田隧道穿越溶洞段的安全施工，對高速公路隧道穿越溶洞段處治技術進行了分析。由此得出，在采取隧道穿越溶洞段處治技術時，要先利用先進的技術全面了解溶洞段公路隧道的情況，然后遵循高速公路隧道穿越溶洞段施工和處治的原則，做好隧道溶洞的科學施工，進而達到高速公路隧道施工建設的工程標準，保障工程質量，進而推進我國基礎設施建設的不斷完善。