八臺山隧道穿越大型溶洞處治方案研究

劉彥波 陳揚勇

(重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，重慶 401121)

1 工程概況

城口至萬源快速公路通道八臺山隧道是一座雙向兩車道二級公路隧道，設(shè)計速度60 km/h，主洞里程樁號K43+205～K48+480、長5 275 m，避難通道里程樁號 YK43+206～YK48+450、長5 244 m，屬特長隧道。隧道穿越3個背斜、2個向斜構(gòu)造，地質(zhì)條件極為復(fù)雜。穿越二疊系茅口組、吳家坪組、長興組、三疊系大冶組、嘉陵江組;巖性為灰?guī)r、白云巖、鹽溶角礫巖、泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖等。不良地質(zhì)現(xiàn)象:巖溶及巖溶水、穿煤及瓦斯，膏巖大變形、硬巖巖爆等。

2 溶洞情況

2012年8月3日，八臺山隧道施工至K45+480時，揭露出一個大型溶洞(見圖1)。溶洞長約87 m(K45+480～K45+567)，寬35 m～66 m，高度10 m～50 m(可見高度)，走向大致與線路中線一致，由左向右前方斜交。K45+480右側(cè)發(fā)育一溶隙，K45+540洞頂見一斜向上延伸的巖溶通道，延伸未知。K45+567.9發(fā)育一溶洞，其延伸約60 m，最寬處約13 m，最高處約17.1 m(如圖2所示)。

圖1 K45+480～K45+567溶洞

圖2 溶洞平面布置圖

溶腔壁局部有掉塊現(xiàn)象，節(jié)理發(fā)育，局部有滴水現(xiàn)象。溶腔填充物主要為大塊孤石夾小塊石、碎石等。堆積物干燥無水，溶洞內(nèi)最低點處未發(fā)現(xiàn)有地表水存在，只有砂土和水浸痕跡，溶洞四壁無水。

3 溶洞區(qū)原設(shè)計情況

隧道在K45+480～K45+567段穿越地層為二疊系下統(tǒng)茅口組灰?guī)r。位于背斜2軸部，巖層產(chǎn)狀變化大，巖體相對較破碎，巖體中發(fā)育兩組裂隙。弱風(fēng)化灰?guī)rRc=50 MPa，完整性系數(shù)Kv=0.65，［BQ］=332.5。圍巖等級為Ⅳ級。

4 處治方案

4.1 處治原則

立足于保護環(huán)境，以隧道結(jié)構(gòu)安全和施工安全為基本，因地制宜，綜合治理，徹底整治，不留后患。

4.2 施工中保護措施

隧道K45+487～K45+542段完全位于溶腔內(nèi)，溶洞內(nèi)不時會有巖塊掉落，為了防止隧道施工出現(xiàn)安全事故，該段采用柔性防護鋼棚洞+工字鋼棚架進行臨時防護。

4.3 具體處治方案

根據(jù)溶洞形態(tài)、地質(zhì)勘察資料、溶洞與隧道的位置關(guān)系的不同，K45+480～K45+567段溶洞處治采用分段處治的方式。

1)K45+480～K45+487段。該段位于溶洞口部，溶腔頂部高度基本與隧道頂板齊平。采用襯砌加強的方式處理。初支采用24 cm厚C20噴射混凝土，18工字鋼加勁，縱向間距50 cm。錨桿采用 φ42 mm注漿小導(dǎo)管，@50×100 cm，長3.5 m，二襯采用70 cm厚鋼筋混凝土。拱底基礎(chǔ)處理采用C15片石混凝土換填，溶腔內(nèi)部及襯砌位于溶腔充填物內(nèi)的部分，初期支護外側(cè)增加C20混凝土護拱，厚度150 cm(見圖3)。

圖3 K45+480～K45+487段溶洞處治方案圖

2)K45+487～K45+495段。該段溶洞基本情況:a.拱頂以上空腔高度小于10 m，二次襯砌施作完成后，通過拱頂回填后空腔高度控制在6 m以內(nèi);b.襯砌施工完成后左側(cè)空腔寬度大，右側(cè)空腔范圍在1.5 m內(nèi);c.襯砌底部部分為坍塌渣充填物;d.巖溶壁裂隙較發(fā)育，但無大的貫通裂縫切割，基本無掉大塊危巖情況。

處治方案:采用拱頂回填+襯砌加強+基礎(chǔ)換填的措施處治(見圖4)。拱頂采用洞渣回填，以防止溶腔頂部巖塊掉落，砸壞襯砌，回填面離二次襯砌的最小距離大于3.5 m(靠溶腔右壁的空洞，因空間太小，洞渣回填困難，采用泵送C10混凝土填充)。襯砌采用100 cm厚的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用C15片石混凝土回填。

圖4 K45+487～K45+495段溶洞處治方案圖

3)K45+495～K45+542段。該段溶洞基本情況:a.拱頂以上高度20 m～50 m，隧道從溶腔中部偏右側(cè)通過;b.襯砌施作完成后左右側(cè)空腔寬度均大于5 m以上;c.拱底溶腔填充物厚度為3.5 m～10 m;d.巖溶壁大部分松脫巖塊、危石已掉落，偶爾出現(xiàn)小塊塊石掉落現(xiàn)象。該段拱頂及襯砌處理方式同K45+487～K45+495段，采用拱頂回填+襯砌加強的方式進行處理，對拱底基礎(chǔ)處治，提出如下三個方案(見圖5～圖7)。

圖5 K45+495～K45+542段溶洞處治方案一

圖6 K45+495～K45+542段溶洞處治方案二

圖7 K45+495～K45+542段溶洞處治方案三

方案一:樁基+承臺方案。樁承臺厚度2 m，采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，樁基直徑 1.5 m，橫向間距 5.25，縱向間距 5 m，共45根樁，平均樁長11 m。樁基嵌巖深度不小于3倍樁徑。方案二:托板+底板小導(dǎo)管注漿加固方案。托板厚度2 m，采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。基底注漿采用φ89 mm鋼花管注漿，按1.5 m×1.5 m梅花形布置，深度要求嵌入基巖不小于1.5 m，注漿壓力1.0 MPa。方案三:鋼筋混凝土整體式基礎(chǔ)+基底夯實方案。考慮到該溶洞規(guī)模較大，存在的時間應(yīng)該比較長，洞頂巖體坍塌至底部后，也經(jīng)歷了較長的時間，目前溶腔填充物應(yīng)該處于固結(jié)狀態(tài)，基本穩(wěn)定，發(fā)生不均勻沉降的幾率較小。因此，提出對基底進行夯實后，拱底增加2 m厚C25鋼筋混凝土整體式基礎(chǔ)的形式進行處理。

4)K45+542～K45+567段。K45+541揭露基巖，完整性右側(cè)較好、左側(cè)較為破碎;頂面距拱頂開挖輪廓線約5 m～6 m。采用暗挖的方式進行處理，對襯砌進行了加強，初支采用24 cm厚C20噴射混凝土，18工字鋼加勁，縱向間距50 cm。錨桿采用φ25 mm中空注漿錨桿，@50×100 cm，長3.5 m，二襯采用55 cm鋼筋混凝土。超前支護采用大管棚(見圖8)。

圖8 K45+542～K45+567段溶洞處治方案圖

4.4 防排水方案

1)K45+480～K45+487段防排水設(shè)計同隧道一般段。在溶腔內(nèi)埋設(shè)φ200 UPVC雙壁打孔波紋管(外裹無紡布)，將溶腔內(nèi)的水排至中心排水溝，波紋管每排間距2.5 m，每排2根。2)K45+487～K45+567段，二次襯砌背后防排水同隧道一般段，對環(huán)向盲溝進行加密，每環(huán)間距10 m。為了防止溶洞底部水平向流水通道被堵塞，在隧道基礎(chǔ)下方埋設(shè)碎石盲溝，20 m一道。3)K45+542～K45+567段，襯砌防排水同隧道一般段，要對環(huán)向盲溝進行加密，每環(huán)間距10 m。

5 方案比選

處治方案在隧道洞頂回填及襯砌加強方面都是相同的，區(qū)別在于K45+495～K45+542段基礎(chǔ)的處理不同。

各方案比較見表1。

表1 方案比較表

比選結(jié)果:雖然方案一在施工工期和工程造價均劣于方案二、方案三，但方案二、方案三在施工中均存在不確定因素，后期運營安全中存在一定的風(fēng)險。因此，經(jīng)綜合比較，推薦方案一。

6 結(jié)語

通過對八臺山隧道K45+480～K45+567段大型溶洞的處治，筆者有幾點體會:1)溶洞處治費用較高、工期較長，工程風(fēng)險大、難度高。在巖溶隧道選線中應(yīng)重視地質(zhì)選線，盡量避開巖溶發(fā)育區(qū)。2)溶洞處治方案選擇時應(yīng)綜合考慮巖溶不同形態(tài)、地質(zhì)條件、與隧道的位置關(guān)系等。3)溶洞處治時，要注意確保原有巖溶管的排水系統(tǒng)暢通，切忌堵塞原有排水管道。

［1］關(guān)寶樹.隧道工程施工要點集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2］支衛(wèi)青.公路隧道穿越大型溶洞處理方案的確定［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2006(5):70-73.

［3］張家銘.巖溶地區(qū)高速公路隧道溶洞處理［A］.第二屆全國巖土與工程學(xué)術(shù)大會學(xué)術(shù)論文集［C］.2006:594-600.

［4］JTG D70-2004，公路隧道設(shè)計規(guī)范［S］.