浅析公路隧道拱腰以上大型溶洞处理方法

时间：2024-08-31

姜昌银

摘要：本方案是隧道施工中拱腰以上出现大型溶洞的处理方法，因溶洞较大，先将完全暴露的溶洞回填至拱顶以下1.5m，在端头最后一榀初支钢架处设置混凝土封堵墙，然后在溶洞内填充混凝土至拱顶以上2m，在进行超前的支护、注浆处理，最后进行开挖、初支、二衬的施工。实际结果也显示采用此方法能安全开挖通过溶洞地段。

关键词：公路隧道拱腰以上大型溶洞处理

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）08（a）-0048-03

Abstract： This scheme is the tunnel construction in the arch waist above the large cave treatment method， because the cave is larger， first will be fully exposed cave backfilling to the vault below 1.5 meters， in the end of the last initial steel frame set up a concrete wall， and then filled in the cave concrete to the vault above 2 meters， in advance of the support， slurry treatment， and finally the excavation， the first branch， two-lined construction. The actual results also show that this method can be used to safely dig through the cave section.

Key Words： Highway tunnel; Arch waist above; Large cave; Treatment

1 工程概况

本隧道为双向四车道二级公路，分为左右洞，其中左洞起止里程为 L2K7+305-L2K7+732，全长427m;右洞起止里程 K7+330-K7+779，全长449m。隧道穿越区围岩为三叠系中统巴东组中风化灰褐色泥质灰岩、砾岩、灰岩互层，岩性变化大，洞身段可见落水，岩溶发育，出洞口分布少量碎石土。岩体节理、劈理发育，呈碎裂结构，开挖中围岩的自稳能力差，易产生坍塌及冒顶破坏。

设计技术标准：

（1）隧道设计时速。

隧道设计速度60km/h。

（2）隧道建筑限界。

隧道建筑限界10m×5m（宽×高）。

（3）隧道抗震。

隧道地震基本烈度为Ⅵ，抗震设防烈度为Ⅶ。

2 施工情况

隧道左洞从暗洞开始施工，自洞口采用三台阶过渡到围岩比较稳定地段后采用双台阶开挖。从L2K7+305至L2K7+384.7段开挖情况看比较理想，围岩条件基本与设计相符。强风化至中风化灰褐色灰岩，岩体节理、劈理发育，含砾岩、灰岩夹层，岩体较破碎，爆破后呈砾石土状。开挖过程中采用超前支护，断面超挖控制良好，初期支护按照设计要求施工正常。

从L2K7+384.7断面开始进入到岩溶发育地段，开挖至L2K7+386.5时，掌子面右侧拱顶溶洞越来越大，两个循环开挖至L2K7+388断面时，揭露的溶腔宽度约3m、上台阶往下深度约15m、拱顶以上高度超过20m，溶腔仍然稳定，经过机械敲帮问顶，排险处置，继续开挖到L2K7+390断面时，初期支护完成，清理掌子面准备继续开挖，结果出现严重垮塌，而且连续多日坍塌掉块，最大粒径超过1.5m。垮塌物主要为粘土质碎土、块石土，颜色为黄褐色，含水量大，结构松散，胶结性差，自稳能力极差。L2K7+390-L2K7+403段实属不规则溶腔，宽度9m、右侧拱腰位置往下深度约15m、拱顶以上高度约20m，大面积侵入隧道建筑界限内（见图1）。

3 处理方案

（1）洞内掌子面反压回填：利用回填反压的方式稳定塌方散落体，也为后续施工提供安全稳定的工作平台，回填材料选用洞渣。L2K7+387-L2K7+403段填高至拱顶下方1.5m。

（2）在桩号L2K7+390处增设混凝土封堵墙。骨架采用I18工字钢，底部用I18工字钢对齐焊接，顶部与初支钢拱架焊接，工字钢横向间距0.5m，纵向用Φ25mm钢筋间距1.0m连接，内外用模板封闭。混凝土封堵墙施工完成后，底角用洞渣回填并夯实以保證其稳固（见图2）。

（3）在L2K7+390-L2K7+403段C15素混凝土填充：采用两次填充处理，第一次填充高度至拱顶以上50cm，预埋φ108mm混凝土输送泵管、检测管;第二次填充至拱顶以上2m，第二根竖向泵管采用钢筋三角架与钢拱架焊接固定，竖向管节长2m。

（4）L2K7+390-L2K7+403段施作双层超前小导管：待填充混凝土强度达到设计要求后，在回填的混凝土中，隧道拱部150°范围内施作φ42mm超前注浆小导管，小导管长度为4.5m，纵向间距50cm，环向间距30cm，前后排注浆小导管交错布设，外插角分别为5°～12°和10°～30°。

（5）及时进行注浆作业，主要注浆参数如下：水泥浆水灰比1：1;注浆压力0.4～1.0MPa;终压2.0MPa。

（6）混凝土封堵墙拆除，洞身开挖：采用三台阶短台阶法开挖。

①先开挖上台阶，该部有部分C15填充混凝土，尽量采用机械开挖。开挖完成后，立即进行初期钢拱架的施工，并打设固定锁脚锚杆，锁脚锚杆为φ42锁脚小导管，长4m，共4根，一边两根，锁脚锚杆应和水平线呈10°～15°的夹角向下打入并和型钢焊接牢固。上台阶一次掘进1榀型钢拱架的长度，确保每循环开挖范围内有超前小导管棚护。②上台阶弧形导坑开挖支护4榀拱架后，开挖中台阶并及时施作初支钢拱架，在两侧拱脚施作固定锚杆，锁脚锚杆为φ42锁脚小导管，长4m，共4根，一边两根，锁脚锚杆应和水平线呈10°～15°的夹角向下打入并和型钢焊接牢固。中台阶一次倔进2榀拱架的长度。③当完成中台阶的初期支护后，重新开挖上台阶，循环作业。④中台阶开挖至L2K7+403后，开挖下台阶，下台阶开挖和中台阶一样，一次开挖2榀拱架。开挖完成后，立即进行初期支护，并打设锁脚锚杆，锁脚锚杆长为4m，一边2根，锁脚锚杆应和水平线呈10～15°的夹角向下打入并和型钢焊接牢固。⑤最后开挖仰拱，全断面开挖，开挖长度不超3m，一次浇筑成型，为不影响掌子面开挖，采用自制栈桥通行掌子面施工的机械。⑥该段初期支护工字钢由I20a调整为I20b，纵向间距50cm;初期支护喷射混凝土施工结束后打入系统锚杆。

（7）空腔泵砂：L2K7+390-L2K7+403段初支全部完成后，在二衬施作之前，通过预留的泵砂孔，泵入1m厚的细砂缓冲层。

（8）防排水施工：在空腔填充混凝土之前，溶腔设计界限以外左侧预埋φ100HPDE无孔波纹管，縱向间距2m，预埋高度至少拱顶以上2m，下部与二衬背后的环向排水管以三通的方式连接，以备引排顶部溶腔积水，该段范围内的环向排水管也加密设置，2m一道。

（9）二衬的施工：根据监控量测的数据，待初支稳定后开始施作隧道的二次衬砌。二次衬砌厚度调整为55cm，主筋直径调整为φ25，纵向间距调整为15cm。

4 安全、质量保证措施

隧道溶洞处理属于重大危险作业，务必引起高度重视，质量、安全保证尤为重要。

（1）确保材料质量和加工产品质量合格，特别是注浆液必须按照配合比施工，在注浆量的控制上宁多勿少，以保证达到增强围岩自稳能力的目的。

（2）进行地质的超前探测工作，及时了解地质情况，岩溶是否发育、走向等，制定出处理方案。

（3）支护参数严格控制，结构连接、焊接质量满足设计要求。

（4）加强隧道观测频率，主要两个方面，第一洞内外沉降观测，随时掌握山体变形状况;第二加强洞内净空收敛状况监测，有利于二次衬砌的及时施工。

（5）健全安全管理机构，落实安全责任，施工过程中安全员必须轮流值班。

（6）严格执行安全操作规程及规章制度，进洞人员必须穿戴好劳动防护用品。

（7）加强安全教育和安全交底工作，要让所有施工人员了解施工现场安全状况与环境。