那丘隧道大型廊道厅堂式溶洞处治技术研究

宋 立 颜佳林

（中交一公局集团华北分公司，北京 100020）

我国是世界上岩溶分布最为广泛的国家之一，尤其在我国的中部和西南地区岩溶地貌十分常见。随着我国中部崛起和西部大开发战略的推进，大量的基础设施开始在中西部地区兴建。因此，在上述地区修建隧道时，经常会碰到岩溶地形。由于前期勘察中难以准确确定溶洞的位置，导致在隧道施工过程中易发生塌方、涌水和突泥等工程事故，给隧道的施工安全造成严重威胁[1]。针对岩溶地区隧道施工过程中遇到的各种问题，许多工程师提出了有效的处理方案。采用地质雷达探测技术对霍永高速某隧道的周边溶洞进行了探测，利用雷达波在不同介质中波形振幅的差异特性，通过分析波形图来预测溶洞位置，验证了雷达技术在溶洞预测中的准确性与可靠性[2]；采用桩板结构和在基岩中置刚性桩的方法对云桂铁路富宁隧道中遭遇大型半充填溶洞进行处治[3]。王对于隧道施工中遇到小型溶洞的回填处理的方式进行了总结。针对谢家峒隧道的大型厅堂式溶洞采用了架设保护架、加固复合地基，设置隧道缓冲层的处治方案。通过对岩溶隧道施工中的重点参数进行分析，提出了可以应用于岩溶隧道的溶洞、暗河处理技术。通过对拉之洞隧道溶洞涌泥概况及处理措施进行分析，得出了可以用于防治岩溶隧道施工过程中发生突水突泥灾害的方案。采用预先处理或者溶腔揭示后的施工处理技术，对云雾山隧道在施工过程中遇到的溶洞群进行了相应的处理，取得了良好的效果。

上述岩溶隧道施工方案和溶洞处治技术大多是针对普通岩溶隧道提出的，而对于岩溶地区比较罕见的廊道厅堂式溶洞，目前相应的处治技术还不够成熟。针对这一现状，本文以湖南那丘隧道修建过程中所遇到的廊道厅堂式溶洞为研究对象，通过对在该隧道成功应用的处治方案进行总结分析，提出一套可以广泛用于处理廊道厅堂式溶洞的处治技术，为类似岩溶隧道施工提供了有效参考。

1 工程概况

1.1 工程简介

那丘隧道位于湖南省永顺县芙蓉镇，为双洞单向交通隧道，左右洞测设线间距2.98～29.8 m，永顺端属于连拱隧道 （共计37 m），采用8 m长削竹式连拱洞门，吉首端属于分离式隧道，采用l0 m长削竹式洞门及5 m长明洞。主洞净宽10.25 m，净高5 m。

隧道穿越的山地海拔高程在450～650 m之间，地表水系主要为隧道永顺端洞口附近的猛洞河，隧道范围内岩溶塌陷坑共计26个，受大气降水补给及地形的影响，单个坍陷坑汇水面积均较小，隧道场地在200～650 m的高程范围内，岩溶发育有岩溶漏斗、落水洞、竖向岩溶和竖向溶蚀裂隙等。岩溶发育导致隧道遭受渗水、涌水等灾害，围岩的稳定性也大大降低。

1.2 廊道厅堂式溶洞发育情况

隧道左洞开挖至桩号为 （K14+350～520） 段时，遇一廊道厅堂式溶洞，溶洞沿隧道走向方向长170 m，基本在左洞左侧发育，溶洞东西两端各发育有过水通道，雨季时水流各自流向两端。溶洞底板前后端基本呈水平状，中部以35度左右坡度上升。溶洞顶板大部分位于隧道中部，小部分位于隧道顶以上10 m且形状不规则。溶洞第一段主要为第四系的岩溶塌陷物和第四系之前形成的胶结层，第二段主要为胶结层，第三段主要为岩溶塌陷物。溶洞底板为完整的奥陶系下新统灰岩，微风化，岩石强度高，致密坚硬，溶蚀不明显。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，沿裂隙局部有风化，存在不稳定块体，洞顶发育有钟乳石。溶洞平面位置图如图1所示。

图1 溶洞平面位置图

2 隧道穿越溶洞的技术难点

隧道在穿越桩号为 （K14+350～520） 的廊道厅堂式溶洞时会给设计和施工带来很大风险，具体体现在以下几个方面：

（1） 溶洞内拱涵要根据溶洞内地形设置，纵坡设置较大且所处坡面较陡，不利于大型机械展开施工，施工难度大；

（2） 地质情况复杂导致路基回填方案多，施工工艺复杂且存在交叉施工，施工设计难度高；

（3） 桩基需设立于溶洞内陡坡上且无工作面；

（4） 溶洞与隧道距离近，需考虑围岩爆破开挖对溶洞稳定性的影响，因此爆破控制难度大，爆破设计是重点。

3 溶洞处治方案

根据设计图纸意图，决定采用路基回填、设置拱涵、桩基与框架梁、爆破开挖隧道，安全快速地通过溶洞地段。

3.1 拱涵施工

拱涵竖井部分必须与路基回填配合施工，竖井施工模板需有一套内模和外模，施工方法可参考桩身护壁，分节施工。竖井砼强度应达到设计要求后才能进行洞渣回填施工，竖井周围洞渣不可采用机械压实，应人工采用小型夯机压实，压实度应符合设计要求。拱涵施工图如图2所示。

图2 拱涵施工图

3.2 路基回填

溶洞内路基回填采用干砌片石、浆砌片石、洞渣回填、砼填充、级配碎石、片石砼。考虑到回填部位溶洞不规则，机械压实有局限，洞渣回填后可能产生沉降，需进行注浆加固处理，干砌片石表面应采用砂浆抹缝，并做一层薄砂浆封层。在洞渣回填过程中先预埋Φ42×3.5 mm钢花管，路基回填完毕，进行沉降观测，发现沉降过大立即对其注浆加固。浆砌片石、洞渣回填、砼填充存在交叉施工，施工过程中应进行合理安排，防止不同工班组之间出现相互干扰。

3.3 桩基、框架梁施工

3.3.1 桩基施工方案

溶洞内共设置9根桩基支撑上部结构，其中1至3号桩基设置于钢筋砼挡墙基础底部，桩身底部采用扩大基础；9号桩基设置于钢筋砼基础底部，4至8号桩基设置于纵横框架梁底部，桩身底部采用嵌岩桩基础。桩基断面尺寸为1.2 m×1.5 m矩形结构，桩基护壁采用钢筋砼结构，4至8号桩身设置钢筋砼纵横系梁，系梁端部嵌入基岩，断面尺寸为1.0 m×1.2 m矩形结构。

1至3号桩基为扩大基础桩，在路基回填施工过程中，可同步施工扩大基础。考虑1、2、3桩基的设计标高逐渐增高，可依次由下部向上部施工，即1号、2号、3号的顺序施工。4至8号桩基分别位于纵横框架梁下部，考虑纵横框架梁的施工难度较大，且进度较慢，优先考虑4至8号嵌岩桩基的施工，待达到纵横框架梁的设计标高后，再次施工框架梁。9号桩基位于钢筋砼底部，属于嵌岩桩基，桩身较长，应与路基回填同步施工。

3.3.2 框架梁施工方案

纵横框架梁设置范围为K14+381～419段，共38 m。纵横框架梁采用钢筋砼结构，纵横梁断面尺寸为1.5 m×1.5 m。纵横梁顶部设置30 cm厚钢筋砼面板。

4至8号桩基设置纵横框架梁，其中4号桩基较长，施工难度大，在优先施工4至8桩基过程中，可尽早施工纵横框架梁，以不影响下道工序的施工。框架梁布置图如图3所示。

图3 框架梁布置图

3.4 隧道通过岩溶地带施工方案

K14+350～520段溶洞内隧道开挖一般情况可采用短台阶法开挖，隧道与溶洞壁交叉时只能局部修整一次成型，这对围岩开挖的爆破控制要求非常高，爆破设计是重点，但不同情况爆破参数不一样，需根据围岩情况随时进行调整。

隧道与溶洞壁交叉段必须先进行砼挡墙施工，以抵抗围岩对初期支护形成的偏压，初期支护完成后，应加紧施工钢筋砼护拱、泵送砼施作。在施工钢筋砼护拱、泵送砼过程中应控制砼浇筑速度和一次浇筑的数量，防止因砼自重和砼对初期支护冲击力过大，使其产生变形。

4 结语

廊道厅堂式溶洞由于空洞体积大、分布范围广、填充物复杂等诸多难点，成为岩溶隧道施工中最难处理的一种溶洞类型。通过对那丘隧道开挖过程中遇到的廊道厅堂式溶洞的位置、体积、填充状况、发育情况进行深入勘察，针对溶洞的不同部位，采用了拱涵、回填、桩基和框架式桥梁等不同处置方法，取得了良好的施工效果。相关的处理经验和方案可以为今后类似工程的施工提供参考。