高速公路隧道穿越溶洞段处治技术分析

郑 坤

（中交第四公路工程局有限公司，北京 100020）

隧道溶洞严重影响了我国高速公路隧道施工及后续道路交通的安全，因此十分有必要开展专门的公路隧道穿越溶洞段处治技术分析，对当地溶洞岩溶的分布、种类、岩层的稳定性等情况进行详细的勘探和分析，并在此基础上做好相关的治理工作，确保达到高速公路施工要求，保障工程质量和行车安全。

1 工程概况

新田隧道为一座上、下行分离的四车道高速公路长隧道，隧道最大埋深约175m。隧道起止桩号左线zk52+789～zk54+810，总长2021m；右线yk52+800～yk54+825，总长2025m。隧道左边和右边两条线之间的距离约为30m。左线入口采用端墙式洞口，设有5m明洞；右线入口采用端墙式洞口，直通隧道。左线出口采用竹节式洞口，9.6m洞口结构，5.4m明洞；右线出口采用竹节式洞口结构，9.6m洞口结构，5.4m明洞。隧道围岩主要为三～五类围岩，左侧v类围岩长度为24m，占隧道总长度的1.2%；四类围岩长度为502m，占隧道总长度的25%；三类围岩长度为1478m，占隧道总长度的73.8%。右侧v类围岩长度为63m，占隧道总长度的3.1%，四类围岩长度为341m，占隧道总长度的16.9%；三类围岩长度为1609m，占道路总长度的80%。根据钻探和地质填图的结果，隧道场地山体覆盖层不断发育，厚度不均匀。覆盖层主要为黏土、粉质黏土和少量残积洪积成因的块石。隧道遗址下伏基岩岩性为中石炭统（c2）和下统（c1）灰岩，灰白色、深灰色中厚层，部分为硅质灰岩和薄层硅质岩。

2 高速公路隧道穿越溶洞段施工的重难点

对新田隧道的基本情况进行分析后，总结出施工中的重点和难点：（1）洞口浅埋段，围岩由残坡积层黏土和中风化灰岩构成，拱部易产生塌方，侧壁自稳性较差，易形成大的坍塌。（2）隧道穿越地区多低洼，计划建设的隧道需要穿越山岭，其中存在的地质问题主要是岩溶。隧道区溶蚀漏斗发育，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，其中前四段呈串珠状分布在路线两侧，对隧道施工影响最大。对隧道施工影响较大的溶蚀漏斗分布如表1所示。（3）岩溶和岩溶水的超前探测以超前地质预报为主要手段，采用动态设计、动态施工的原则进行处治[1]。根据溶洞发育的规模及与隧道主洞的关系，采用TSP和超前地质雷达等超前地质预报系统对溶洞和不良地质进行超前预报，对异常段采用钻孔超前探测验证[2]。经过勘探发现，在隧道工程中岩溶造成的影响为坍塌、漏水等。（4）断层破碎带地质较差，会对整个隧道施工造成影响。

3 高速公路隧道穿越溶洞段处治技术

在具体的施工中，通过对公路隧道穿越溶洞段空中洞穴的整个情况进行前期探测，考虑到洞内实际情况和现场施工条件，有必要采取相关技术施工处理溶洞。在对溶洞段进行处理时，要遵循“动态施工、动态管理”及“先探测、管超前、短进尺、弱（非）爆破、强支护、勤量测、快封闭、仰拱超前、二衬紧跟”的原则[3]。从环境保护方面来看，要尽可能减少施工过程中对周围环境造成的影响，秉持具体问题具体分析的理念，坚持动态施工，利用好各种勘探技术，制订详细、科学的方案，及时掌握施工环境的变化，制订好相应的预防措施。高速公路中隧道穿越溶洞段处治技术的应用体现在以下几个方面。

3.1 针对围岩问题

首先，洞口v级围岩段由长管棚提前支护。钢管为Φ108mm×6mm热轧无缝钢管，周向间距40cm，接头直接连接15cm长的螺纹。所述管芯与所述衬套设计外形的距离大于25cm，所述管芯与所述道路中线平行布置。相邻钢管接头数目错开1m后注浆，管内应填充m20水泥砂浆。在明洞衬砌外设置纵向长度为2m、厚60cm的C20钢框架砼拱，钻进方向应比钢管设计方向高1～3°。

表1 隧道区溶蚀漏斗一览表

其次，洞身v级围岩段采用超前长管棚支护。采用外径42mm、壁厚4mm、长450cm的热轧无缝钢花管。钢花管环向间距约30cm，外插角5～15°，设置于衬砌拱部约120°范围。

再次，采用钢支撑及初期支护，如图1所示。隧道v级围岩浅埋及偏压段采用I18钢拱架全断面支撑，间距60cm，沿每榀钢拱架设D25中空注浆锚杆，长3m，间距100cm×60cm梅花形布置，直径Φ8mm钢筋网，喷射C25砼25cm，并及早封闭成环。v级围岩深埋段采用I18钢拱架全断面支撑，间距80cm，沿每榀钢拱架设D25中空注浆锚杆，长3.5m，间距100cm×80cm梅花形布置，直径Φ8mm钢筋网，喷射C25砼25cm，并及早封闭成环。

图1 钢支撑及初期支护

最后，要严格控制开挖进尺，缩短工序时间，及时封闭。每周期开挖顶阶不超过1钢框架间距，每周期开挖边墙不超过2钢框架间距，后拱开挖前完成钢框架锁脚导管，每周期开挖进尺小于3m。隧道开挖后，一开始的支护应及时施工并形成环，围岩封闭位置距洞壁小于35m，v级围岩二次衬砌距洞壁小于70m。

3.2 针对溶蚀漏斗问题

首先，要注重对排水结构的设计，在施工时要严密注视有无裂缝出现等情况，尽量避免施工中断，合理安排施工顺序。反拱施工应提前进行，以防止浸润水后的土失去原有的形状和性能，进而导致顶部下沉或坍塌的情况出现[4]。路基膨胀土可根据实际情况进行换材料填充或添加石灰来改善土质。

其次，采用超前双层注浆小导管，I20钢拱架全断面支撑，间距60cm，导管环向间距40cm，第一层与第二层环向错开20cm，搭接长度1.5m，外插角第一排15～20°，第二排7～10°。沿每榀钢拱架设D25中空注浆锚杆，长3m，间距100cm×60cm梅花形布置，直径Φ8mm钢筋网，喷射C25砼27cm。开挖采用三台阶预留核心土法，上段循环开挖前进距离为1榀钢架的长度，墙边每次循环开挖前进距离为2榀钢架的长度。此外，需要注意在每次开挖之前要先安装导管，且每次循环开挖前进的距离要小于3m。

3.3 针对岩溶对隧道工程造成的影响

首先，应该根据洞的大小和位置选择相应的处理方式，如梁拱跨越、填充堵塞、护拱加固等处理方式。其次，在对岩溶水进行处治时要遵循以疏通为主，填塞为辅的原则[5]。为避免出现岩溶水突然泄漏的情况，在进行具体施工时要采取一定的探测手段，准备好相应的抽水设备，从而确保施工队的安全。排水设施可采用排水管排水沟、泄水洞等构筑物。最后，考虑到充填洞穴的位置一般比较松软、稳定性较差，容易出现下沉情况，因此在穿越洞穴填充地带时，可通过加固桩基、超前注浆加固、换填基础等方式保证安全。

3.4 针对断层破碎带

应采用较为稳固的支护方式并结合相应的辅助施工确保高速公路隧道施工的安全性。在具体的施工中应先用相应的探测仪器对施工前方的环境情况进行全面的探测[6]。根据探测结果，需采用超前小导管注浆作为辅助设施对已经破碎的地带进行加固。如果发现有承压性地下水，应制订堵水方案，然后在开挖后沿着洞的四周设置相应的孔洞来泄水。在断裂破碎带或接触带段，采用保留核心土三级开挖法，在土层段以机械开挖为主，辅以微弱爆破开挖，在岩层段采用控制爆破技术开挖上级台阶。挖掘工程须严格按照“短进尺、弱爆破”的原则进行后续施工，并紧贴挖掘面进行二次衬砌及倒拱的建造工程。

4 结束语

综上所述，溶洞段的特征对我国高速公路隧道的建设运营产生了严重的影响，时刻威胁着人们的生命财产安全。文章结合新田隧道穿越溶洞段的安全施工，对高速公路隧道穿越溶洞段处治技术进行了分析。由此得出，在采取隧道穿越溶洞段处治技术时，要先利用先进的技术全面了解溶洞段公路隧道的情况，然后遵循高速公路隧道穿越溶洞段施工和处治的原则，做好隧道溶洞的科学施工，进而达到高速公路隧道施工建设的工程标准，保障工程质量，进而推进我国基础设施建设的不断完善。