高速公路隧道大型溶洞处理技术（上）

高速公路建设正由东部平原地区过渡到中西部重山区,所面临的地质环境问题将更为复杂。特别是贵州地区高速公路建设迅猛发展，正在成为西南陆路交通枢纽，该地区主要地貌为喀斯特地貌，隧道工程建设呈多溶洞特点，文章结合贵州省仁怀至赤水高速公路洞湾隧道大型溶洞处理方案，详细论述了隧道仰拱底大型溶洞处理方案的比选及采用回填施工的技术研究，对类似工程具有重要的借鉴意义。

一、洞湾隧道大型溶洞情况简述

由中铁五局贵州公司承建的仁怀至赤水高速公路洞湾隧道位于贵州省习水县东南方11km，隧道左洞长2126m，右洞长2090m。隧道大埋深310m，洞身穿越泥岩、泥岩夹灰岩、灰岩地层。隧道在施工过程中多次遇到溶洞，其中线路右线开挖至YK66+488时揭露出一处大型溶洞。该溶洞位于隧道底板以下，溶洞长轴与线路大致垂直，溶洞底部轴长265m、顺线路宽度57m，溶腔大高度44m，溶洞顶板与隧道底板之间厚度为3-29m，内有一处落水洞发育。溶洞围岩地质特征：

①溶腔边壁形态折转变化与结构面（断层节理面）、岩层层面基本一致，说明溶洞—溶蚀作用受结构面和岩层层面控制。

②溶洞顶部及边壁陡悬处，石钟发育，相对应的底部石笋发育，说明地下渗流水、滴水丰富，溶蚀作用强。

③溶腔顶部及边壁陡悬处围岩稳定较差，易掉块，局部不利结构面组合处易坍塌。

④溶腔底部主要为淤泥和块石堆积，块石堆积之下有流水，可听到流水声。

二、处理方案的比选

隧道穿越岩溶地段时，治理比较复杂，应根据溶洞的实际情况和隧道在其中所处的位置灵活确定。一般情况下，可按岩溶对隧道影响情况及施工条件，采取跨越、加固洞穴、引排截堵岩溶水、清除充填物或注浆对软弱地基加固，回填夯实，封闭地表塌陷、疏排地表水等工程综合治理设计方案。根据广东核力工程勘察院的《洞湾隧道进口端岩溶探测 工程物探勘察报告》和现场调查的情况，本着“安全、*、生态、经济、快速”的原则，对该溶洞初步提出了2个处理方案：“跨越处理方案”、“回填处理方案”。

1、方案一  板梁+柱支撑跨越方案

为不改变溶洞排水系，对洞底溶洞采用板梁跨越处理。同时在隧道底板下的溶腔内用钢筋混凝土柱子对板梁下的隧道底板进行支撑。具体方案如下：

（1）溶洞洞腔防护：

洞腔进行清危后喷锚防护，喷射混凝土厚10cm；锚杆采用φ22 药卷锚杆,间距为1.5m×1.5m,长4m；钢筋网采用φ6.5,网格间距为25cm×25cm。

（2）桥梁结构：

初步拟定采用桥梁跨越，上构结构型式为2×20m 整体现浇连续肋梁，两侧桥台支撑在岩体，桥墩墩采用双圆柱式墩，直径2.0m，扩大基础。仁怀侧桥台处岩层底板厚度扣除现浇梁高后薄处约为9m，溶腔的深度20m，为了确保0 号台处岩体的稳定与安全，在0 号台岩层底板下方的溶腔内设置15 根直径1.6m 的圆柱进行支撑，圆柱的间距4m，具体布置详见桥型布置图。支撑圆柱底采用扩大基础形式，顶部采用植筋的方式与上岩体锚固，由于桥上要增加护拱及二衬，桥梁宽度采用14.4m。

（3）隧道结构：

隧道边墙及拱部均为空洞段，采用45cm 厚钢筋混凝土明洞型衬砌（配合桥面设计不设仰拱）+外设80cm 厚钢拱架护拱（内设I18 工字钢骨架，间距为60cm）进行支护。

2、方案二  回填处理方案

采用洞渣回填，因不能保证回填的压实度及与隧底地板岩体的密贴，回填土无法起到对隧道底板的支撑作用，不能保证隧道结构在运营中的使用安全，方案在技术上不可行,给予舍弃。回填方案回填材料采用浆砌片石，具体方案如下：

（1）溶洞洞腔防护：

洞腔进行清危后喷锚防护，喷射混凝土厚10cm；锚杆采用φ22 药卷锚杆,间距为1.5m×1.5m,长4m；钢筋网采用φ6.5,网格间距为25cm×25cm。

（2）洞腔回填：

对隧底顶板厚度极薄处的危岩进行揭露清理后，以此为进入隧底处的工作面，搭设施工平台，对隧底处洞腔采用M7.5 浆砌片石进行回填。回填宽度为隧道衬砌中线两侧各7.5m，总宽15m，回填坡率为1:0.3。回填前应先对回填范围内基础进行清淤、清渣（原溶洞内垮塌的石渣），并要求基底地基承载力大于1.0MPa。存在隧道岩石底板部位的浆砌片石为保证回填密实，应预留注浆管于接触面采用间歇式注浆方式灌注水泥砂浆；隧道底板为空的部位，应在浆砌片石表面采用C20 水泥混凝土进行找平，找平层厚10cm。回填前根据原洞腔地下水流水方向预埋Ф100cm 的HDPE 管涵，确保溶洞内水路畅通。

（3）隧道结构：

①隧道边墙及拱部无溶洞段，隧道已开挖，初期支护已施做完毕，二次衬砌采用45cm 厚钢筋混凝土，不设仰拱。

②隧道边墙及拱部均为空洞段，采用45cm 厚钢筋混凝土明洞型衬砌（不设仰拱）+外设80cm 厚钢拱架护拱（内设I18 工字钢骨架，间距为60cm）进行支护。

3、方案比选

（1）技术比较

采用浆砌片石回填方案，施工难度小，只需确保施工过程中回填的质量。质量控制的要点为：①溶洞底部淤泥和掉块应清除干净，基底承载力大于1.0MPa；②回填浆砌片石顶部采用注浆，确保溶洞顶部无空隙；③隧底预埋管涵，确保溶洞内水路畅通。

采用桥梁板梁+柱支撑跨越方案，施工难度大。桥梁基础开挖爆破影响溶洞围岩的稳定，安全风险极大。质量控制的要点为：①墩台处松动岩石清理干净；②保证墩台基础基底承载力；③准确控制溶洞顶板支撑柱的高度，墩柱高度与设计不符应变更处理。

（2）经济比较

采用M7.5浆砌片石回填方案，M7.5浆砌片石27820m³，工程数量大，但可充分利用隧道弃渣施工，施工成本低；采用桥梁板梁+柱支撑跨越方案，主要工程数量：现浇梁C50混凝土740.4m3、墩台混凝土1026.8m3、钢绞线35.7t、钢筋285.6t，砼、钢材价格昂贵。

通过方案的技术、经济比较，从施工的难易程度、安全风险、施工成本等方面综合考虑，终促成贵州省公路局经方案评审后采用回填浆砌片石方案。