那丘隧道廊道厅堂式溶洞处治方案比选

黄胤超，王少辉，杨凤华

(1.湖南省高管局永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首　416000； 2.中交一公局第一工程有限公司， 北京　102205；

3.重庆中宇工程咨询监理有限责任公司， 重庆　400067)



那丘隧道廊道厅堂式溶洞处治方案比选

黄胤超1，王少辉2，杨凤华3

(1.湖南省高管局永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首416000； 2.中交一公局第一工程有限公司， 北京102205；

3.重庆中宇工程咨询监理有限责任公司， 重庆400067)

摘要：岩溶地质给隧道施工和运营安全带来较大安全隐患，必须妥善处治，而大型溶洞的处治尤其复杂，需要全方位考虑。以湖南省永吉高速公路那丘隧道廊道厅堂式溶洞处治为例，介绍大型溶洞处治方案的选择方法，为类似工程提供参考。

关键词：溶洞；处治；方案；比选

1工程概况

那丘隧道位于湖南省永吉高速公路第4合同段，其左线长2 875 m，起讫桩号K12+060～K14+935；右线长2 860 m，起讫桩号K12+060～YK14+920。该隧道近东西走向，所处地貌属于岩溶中低山地貌，沿线地形起伏较大，地面高程在427.06～640.27 m之间，隧道最大埋深约185 m。

2 廊道厅堂式溶洞及其补充勘测结果

2014年6月29日，那丘隧道吉首端左线主洞掌子面施工至K14+513处时，发现K14+350～520段有一大型溶洞。现场调查和勘测表明，该溶洞为廊道厅堂式溶洞。

2.1平面

那丘隧道廊道厅堂式溶洞长170 m，位于那丘隧道左洞K14+350～520处。该溶洞平面走向正好与隧道走向基本重合，如图1所示。

图1　廊道厅堂式溶洞平面位置示意

2.2纵断面

在K14+350～370段，溶洞底板在隧道设计高程以下约32 m处，顶板在隧道设计高程以下约10～28 m处，洞底基本呈水平状。在K14+370～420段，溶洞底板以约35°的坡度上升，顶板也以近50°的坡度上升，顶板最高处在隧道顶以上6 m。在K14+420～520段，溶洞底板在隧道设计高程以下6 m，洞底基本呈水平状；溶洞顶板形状不规则，大部分位于隧道中部，小部分较高，位于隧道顶以上10 m。隧道中线处溶洞纵断面如图2所示。

图2　廊道厅堂式溶洞纵断面示意

2.3溶洞水文地质

2.3.1水文

隧址区岩溶主要沿竖向裂隙发育，形态主要表现为岩溶漏斗、落水洞、竖向溶洞和竖向溶蚀裂隙等。场区地下径流途径为：大气降水汇集到地表低洼处的岩溶塌陷坑后，在地下继续沿竖向岩溶通道往深部排泄，至标高200 m附近处再沿水平向岩溶通道排入猛洞河内。隧址区地下水位远低于隧道设计标高。从发现溶洞后几个降雨周期的观测来判断，该溶洞洞内排水通畅，不会出现淤积现象。

该溶洞内汇集的地下水被K14+500附近的洞内分水岭分成2股流向，一股向西流，在地势最低的K14+360处汇入通往深部岩溶通道的小溶洞内，洞内大部分地下水流向该处；另一股向东流，在K14+520左40 m处流向通往深部岩溶通道的溶洞口，该处水量相对较小，排水较为畅通，对隧道影响较小。

2.3.2地质

由实地调查和物探、钻探结果可知，溶洞内地层主要为第4系岩溶堆积物、第4系之前形成的胶结层和奥陶系下统灰岩。隧道K13+500～K14+260段地表岩溶洼地和岩溶塌陷坑极其发育，表明该路段地下溶洞、暗河发育。

溶洞侧壁及洞顶受岩溶差异化溶蚀影响，表面很不完整，发育有裂隙，沿裂隙局部风化，存在不稳定块体，且洞顶还发育有钟乳石。受隧道开挖放炮影响，这些不稳定块体和钟乳石可能会坠落，给施工安全带来隐患。因此，施工过程中应采取必要防护措施。溶洞底板为完整的灰岩，其属微风化，强度高，致密坚硬，溶蚀不明显，仅局部浅层有小的溶蚀。由探地雷达勘测和钻孔结果可知，溶洞底板岩体完整性好，底板厚度和强度满足溶洞处治设计要求。

3处治方案比选

经多方讨论论证，针对那丘隧道廊道厅堂式溶洞处治提出了3种方案，即桥梁方案、改线方案和回填方案。

3.1桥梁方案

桥梁方案采用2×25 m预应力混凝土现浇连续箱梁结构，桩号范围为 ZK14+368~418。为使整个结构受力明确，桥梁上部结构分别采用托梁和箱梁，其中托梁设置在两侧拱脚下，箱梁设置在中间路面下，分别承受隧道衬砌自重荷载和路面行车荷载[1]。同时，隧道采用离壁式衬砌结构，使衬砌结构与围岩分离。桥型布置如图3所示，典型横断面如图4所示。

图3　桥梁方案桥型布置示意

图4　桥梁方案典型横断面示意

3.2改线方案

改线方案以安全绕避溶洞且规模最小为原则，拟定了A方案(左线右偏)及B方案(左线左偏)共2种处治方案，如图5所示。

图5　改线方案平面示意

2种改线方案均需废弃已完成的K14+510~K14+935段隧道，计425 m。A方案采用左线右偏来绕避溶洞，改线范围K12+760~K15+141，计2 381 m；B方案采用左线左偏来绕避溶洞，改线范围K13+830~K15+055，计1 225 m。A方案因受溶洞限制，线型指标较差，部分段落紧贴溶洞壁，且需在左右洞中夹岩柱内施工，存在800 m长的小净距段，与原左洞出口已开挖段干扰严重，施工难度较大；B方案可以完全绕避溶洞，线型指标较好，隧道侧墙距溶洞壁最小距离为7 m，相当于重新开挖左洞，施工难度较小。

A方案造价约为4 700万元，B方案造价约为1 200万元，但这仅是在改线范围内地质条件较好的前提下预估的金额，存在很大的不确定性。如果改线范围内还存在大溶洞，则金额将大大提高。

3.3回填方案

由于该溶洞己停止发育，仅降雨时洞内存在地下水；且洞底地质情况较好，地基承载力较大，仅K14+360~380段存在承载力较差的新近粘土层。因此，基于以上因素，拟定了回填方案，即先在溶洞底全纵向设置钢筋混凝土拱涵，以保持排水顺畅；然后对隧道底部进行回填，自下而上分别回填干砌片石、洞渣、级配碎石和片石混凝土；局部不规则段采用浆砌片石和泵送C20混凝土填充密实。回填方案纵断面示意如图6所示。

图6　回填方案纵断面示意

该方案设计与施工技术要点如下。

1) 洞渣回填质量控制。

洞渣回填按填石路堤相关技术要求进行施工。施工前，应通过铺筑试验路段确定合适的填筑层厚、粒径、压实工艺以及质量控制标准等[2]，严格清除表面软弱层后方可进行填石路基施工。填石路基的石料强度不应小于15 MPa，需水平分层填筑，先低后高，个别不平处应配合人工用细石块找平。摊铺层厚不大于600 mm，最大粒径小于层厚的2/3，且孔隙率不大于25%，需分层压实，建议选用20 t以上的重型振动压路机压实。填石路基的压实质量采用施工参数(压实功率、碾压速度、碾压遍数、铺筑层厚度)与压实质量检测联合控制，建议采用压实沉降差或空隙率进行检测。采用压实沉降差作为质量控制指标时，沉降差平均值应不大于5 mm，标准差不大于3 mm[3]；填石路堤最后1层的铺筑层厚度应不大于400 mm，石料粒径应小于150 mm，其中小于0.05 mm的细料含量不应小于30%[4]；路堤施工完毕后应进行沉降监测，如果沉降过大，则对填筑的洞渣进行注浆，以确保工程质量。

2) 排水设置。

溶洞底全纵向设C30钢筋混凝土拱涵，其壁厚为25 cm，净空面积为4.8 m2。拱涵洞壁打孔，外铺土工布反滤层，以汇集路堤内的地下水，将其排入K14+360右侧原溶洞泄水通道。纵向每间隔6 m设置1道竖向排水波纹管，管壁打孔，外铺土工布反滤层，用于排出洞身侧溶洞空腔内积水和路堤内地下水；路堤表层采用150 cm厚C20片石混凝土封闭，确保路堤表面的水不渗入路堤内部，保证路堤的稳定性。

3) 不均匀沉降处治。

K14+385~415段由于溶洞规模较大，且隧道围岩存在偏压，故衬砌两侧设置了带桩基础的C30钢筋混凝土偏压挡墙，以对溶洞顶板进行支撑。隧道地基存在纵横向不均匀沉降，故衬砌底板下设置C30钢筋混凝土纵横梁及桩基础结构，以对衬砌结构进行支撑。横梁底面与隧道底板底面之间采用C20片石混凝土填充密实。为了避免路堤工后沉降导致桩基出现负摩阻现象，同时为满足先回填路基后浇筑桩基的施工需要，在桩周设计了钢筋混凝土护壁。

4) 不良地质处理。

溶洞底的不良地质主要为K14+360~380段的新近粘土层，体积约2 600 m3，采用清除粘土层并换填干砌片石的方法进行处治。

5) 衬砌结构设置。

在设置纵横梁的段落，2次衬砌断面采用平底结构；其他段落2次衬砌仍采用结构稳定、造价较低的曲仰拱衬砌。在单侧桩基地段，承台板嵌入另一侧稳定岩壁的深度不宜小于2.5 m。隧道拱部脱空较高或围岩点带式接触地段，宜设置独立护拱及缓冲层[5]。为消除不均匀沉降造成的影响，隧道衬砌结构纵向每隔10 m设置1道沉降缝[6]。

3.4方案比选

3种方案的技术经济比较如表1所示。

表1　3种方案技术经济对比

由表1可以看出，桥梁方案施工及运营期间风险较高，改线方案地质不可控风险高，而回填方案技术可行、风险较小，故最终确定选择回填方案进行处治。

4结束语

岩溶处治所遵循的基本原则是“方案合理、结构安全、保持水环境、施工易操作、工程成本低”[8]。但对于具体溶洞的处治，则必须在查明其分布状况、发育形态、填充状况、地下水运动规律等的基础上，根据实际情况综合确定。本文针对那丘隧道大型廊道厅堂式溶洞的处治进行了方案比选介绍，希望能给类似工程溶洞处治提供参考。

参 考 文 献

[1]中交公路规划设计院.JTG D62—2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]中交第一公路工程局有限公司.JTG F10—2006公路路基施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[3]艾尼瓦尔·艾力. 高等级公路填石路堤的施工与质量控制初探[J].民营科技，2009(4)：156.

[4]中交第二公路勘察设计研究院.JTG D30—2004公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]重庆交通科研设计院.JTG D70—2004公路隧道设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[6]中交第一公路工程局有限公司.JTG F60—2009公路隧道施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2009.

[7]中交第一公路工程局有限公司.JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[8]黄钧钰.隧道岩溶处治技术探讨[J].建材与装饰，2010(8)：364-366.

Comparison and Selection of Treatment Schemes for Hall Type Caves in Corridor of Naqiu Tunnel

HUANG Yinchao1, WANG Shaohui2, YANG Fenghua3

Abstract:Karst geology brings large safety hidden trouble to construction and operation safety of tunnels and must be properly treated, while treatment of large caves is particularly complicated and shall be considered comprehensively. With the treatment for hall type caves in corridor of Naqiu Tunnel on Yongshun-Jishou Expressway, this paper introduces the methods to select treatment schemes for large caves to provide a reference for similar projects.

Keywords:cave; treatment; scheme; comparison and selection

文章编号：1009-6477(2016)01-0109-04

中图分类号：U459.2

文献标识码：B

作者简介：黄胤超(1980-)，男，湖南省汨罗市人，本科，工程师。

收稿日期：2015-05-11

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.01.024