严德添 陈人豪 孟繁贺
摘要：文章介绍了广西壮族自治区三江至柳州高速公路NO11标段大塘隧道溶洞发育规模、形态特征，总结了溶洞处治原则及思路，针对典型溶洞提出了相应的处治方案，并介绍方案实施的具体步骤。该隧道已顺利实现贯通，可为以后类似溶洞处治提供借鉴。
关键词：溶洞、形态特征、处治方案
中图分类号：U457+.2A381303
0引言
近年来，随着广西高速公路的大力发展和建设，新建高速公路桥隧比有逐渐升高的趋势，且隧道占比较多。广西碳酸盐岩出露面积占全区土地的比重＞40%，很多隧道在岩溶区修建，而岩溶区隧道遇到溶洞的概率非常高，给隧道工程建设带来很大的风险。
本文以广西壮族自治区三江至柳州高速公路NO.11标段大塘隧道溶洞处治工程为依托，列举了典型溶洞发育形态特征，对该隧道溶洞的处治思路、措施和处治效果进行分析，总结了隧道溶洞处治技术措施。
1工程概况
大塘隧道位于柳城县太平镇近潭村大塘屯与新村尾屯之间的山体中。该隧道为分离式隧道，起于IK139+360、JK139+370，终于IK140+320、JK140+340，设计长度为965 m（公里桩号长），设计高程约为146～170 m（黄海高程），最大埋深约为280 m。隧道区属峰丛谷地地貌。
2地质构造
隧道位于甲伴岭区域性大断层影响带内，该断层带走向呈近东西向，断线向南、北方向弯曲呈弧形，断距为300～500 m。甲伴岭区域断层的分支逆断层太平-柳城断层（F：82°/NW∠65°）从隧道区经过，在JK140+035（IK140+021）附近与隧道大角度相交，错断石炭系地层，规模不大。隧道山体岩层呈单斜构造，进洞口处岩层产状为195°∠52°，隧道中部岩层产状为210°∠35°，出洞口处岩层产状为240°∠42°。产状变化较大。
隧道主要穿越石炭系上统（C3）及中统黄龙组（C2h）灰岩地层，该地层岩石多呈厚层状构造，包括中风化、微风化岩石，岩质较硬-坚硬状。
3溶洞发育规模与形态特征
大塘隧道属于线位斜穿岩溶孤峰高位洼地的情况，施工过程中揭露了多处规模大小不一、形态各异的溶洞，显示出该隧道所处区域岩溶不良地质强烈发育。其较典型溶洞发育形态特征见表1。
在隧道施工中所遇到的溶洞均为大中型溶洞，其中部分溶洞出现涌沙现象。从施工所揭露的情况来看，隧道穿过岩溶水垂直循环带，地表的纵深裂隙、落水洞或溶洞等向下延伸至隧道附近时逐渐扩大为溶洞。各溶洞多与地表溶蚀裂隙连通，雨季地表水多沿裂隙下渗汇集至溶洞内形成溶洞水，水流汇集和消散的时间均较长，水量随降雨变动较大。
4溶洞处治原则及思路
溶洞对隧道工程的影响主要是空穴、地下水、洞穴填充物、坍塌及洞顶地表塌陷等5个方面［1］。广西壮族自治区三江至柳州高速公路NO11标段大塘隧道施工中所遇到的溶洞均为大中型溶洞，项目根据溶洞的大小及发育形态特征，对溶洞采用“探溶洞、强支护、弱扰动、固基底”12字原则进行处治。发现溶洞后，首先结合掌子面揭露情况，进行超前地质预报，并采用长短探孔探明溶洞发育情况、填充情况；
根据溶洞情况对溶洞段衬砌支护进行加强并采用对围岩扰动更少的施工方法；
隧道基底溶洞处理不当易出现仰拱断裂和隧道整体下沉的现象［4］，根据隧道基底溶洞发育情况采用C15混凝土换填方案、板跨越方案、桩板方案、钢管桩方案或旋喷桩方案进行处治。
5典型溶洞处治方案
（1）右洞IK139+924～IK139+954段填充型大溶洞，以粉细砂、块石等填充为主，填充物具有含水量大，易流动性等特点。根据补充勘察资料，该溶洞范围横向超过隧道开挖最大宽度、竖向从上台阶至基底约12 m深。如图1所示。
①超前地质预报及超前支护：结合掌子面揭露情况，进行超前地质预报，并采用长短探孔对溶洞四周、前方、基底进行验证，要求基本探明溶洞发育及填充情况。主洞超前支护采用双层小导管，环向间距为30 cm，搭接长度≥150 cm，其中内层小导管长450 cm，角度为15°，外层小导管长600 cm，角度为40°［2］；
侧导洞超前支护采用单层小导管，长450 cm，角度为30°。
②支护方案调整：为确保施工及结构安全，结合超前地质预报及超前探孔验证，IK139+924～IK139+954段支护参数由S4-B型调整为S5-A型衬砌支護；
同时取消S5-A型衬砌系统锚杆，改成42×4 mm注浆小导管；
增大预留变形量，由10 cm调整为25 cm。
③施工方法调整：采用单侧壁导坑法，要求每循环进尺不得≥0.5 m［3］；
加强锁脚，采用两根89×5 mm钢管，长度≥8 m，角度为45°；
根据监控量测结果，在必要时设置临时仰拱。在溶洞段开挖后立即对新暴露的开挖面积掌子面进行喷射混凝土封闭，厚度为10 cm，同时对突水点预埋排水管进行临时引排。
④溶洞段基底处治：溶洞段两端填充物埋深浅的段落，采用C15混凝土换填方案；
对于填充物埋深较深的段落，采用板跨越方案，具体尺寸为13 m×12.6 m×1.5 m（纵向×横向×厚度）钢筋混凝土板，实际跨径为11 m。
（2）左洞JK139+895～JK139+937段属于半填充型大溶洞，存在导水岩溶管道与地表相通。施工期间左侧拱脚出现涌水涌沙情况，最大涌水量约为0.3 m3/s，最大一次涌出泥沙量约为3 000 m3；
降雨时洞内涌水水势急、水量大，降雨停止3 d后停止涌水。溶腔内部出现塌方，大量泥沙及孤石滚落挤压初支。溶洞发育于隧道左侧，从隧道拱顶外约2 m处向左发展，上下贯通隧道，纵向长度＞30 m，基底往下厚度约11 m，溶洞内充填泥沙、大块孤石等。如图2所示。
处治设计（见下页图3）：
①超前地质预报：结合掌子面揭露情况，进行超前地质预报，并采用长短探孔对溶洞四周、前方、基底进行验证，要求基本探明溶洞发育及填充情况。
②支护方案调整：为确保施工及结构安全，结合超前地质预报及超前探孔验证，JK139+895～JK139+937段支护参数由S4-B型调整为S5-A型衬砌支护；
取消支护溶洞侧系统锚杆，改成42×4 mm注浆小导管；
增大预留变形量，由10 cm调整为15 cm。在溶洞侧初支外侧，采用C15素混凝土浇筑形成厚度≥3 m的保护壳。
③施工方法调整：采用三台阶七步开挖法，每循环进尺≤0.5 m［3］；
加强锁脚，采用两根89×5 mm钢管，长度≥8 m，角度为45°；
根据监控量测结果，在必要时设置临时仰拱。对突水点预埋排水管进行临时引排，做好反滤措施，保证排水管通畅。
④溶洞段基底处治：拟定溶洞段大桩号侧埋深较浅的段落，直接采用C15混凝土换填方案；
对于JK139+896～JK139+926段溶洞基底处治采用梁板跨越方案。采用30 m×8.6 m×0.9 m（纵向×横向×厚度）钢筋混凝土板，增设纵向地基梁作为主力受力构件，具体尺寸为30 m×2.6 m×2.1 m（纵向×横向×厚度），同时地基梁中部设置200 cm的桩。如图3所示。
（3）左洞JK139+495～JK139+555段大型填充型溶洞，该溶洞发育贯穿整个隧道，以土夹石、软塑状黏土填充为主，隧底松软，地基承载力不足，拱部及拱脚渗水严重，开挖过程中出现了塌方、大变形、地表塌陷等问题。见下頁图4。
处治设计（见图5）：
①超前地质预报：结合掌子面揭露情况，进行超前地质预报，并采用长短探孔对溶洞四周、前方、基底进行验证，要求基本探明隧道发育情况、填充情况。
②支护方案调整：JK139+495～JK139+555溶洞段原支护形式为S4-B/S5-B，根据超前地质预报及掌子面情况，对支护进行了加强处理。支护类型中取消系统锚杆，改成42×4 mm注浆小导管；
增大预留变形量，由12 cm调整为20 cm。
③施工方法调整：采用三台阶七步开挖法，要求每循环进尺不得＞0.5 m［3］；
加强锁脚，采用两根89×5 mm钢管，长度≥8 m，角度为45°；
根据监控量测结果，在必要时设置临时仰拱。
④溶洞段基底处治：结合补勘资料、现场开挖揭露情况，仰拱下软弱下卧层最大深度达30 m，且拱顶荷载大。鉴于隧道二衬是刚性结构，对沉降（整体下沉，不均匀沉降）十分敏感。基于控制沉降目的，考虑洞内施工场地限制，通过比选论证桩板方案、钢管桩方案、旋喷桩方案，最终确定了钢管桩地基处理方案。其中A型钢管桩有效直径≥15 cm，内置89×5 mm钢花管；
B型钢管桩有效直径≥10 cm，内置42×4 mm钢花管。
6结语
溶洞处理，首先需要采取超前地质预报、超前探孔、地质钻孔、物探等综合手段查明溶洞具体的发育规模、形态特征，然后再采取针对性的处治方案。本文详细介绍了大塘隧道溶洞的形态特征，总结了溶洞处治原则及思路，并结合3个典型溶洞处治经验，证明上述处治措施是可行的，为今后类似隧道溶洞处治提供了借鉴及建议。
参考文献
［1］ 傅中文，舒磊，谢为民.复杂地质条件下隧道施工中典型岩溶处理措施［J］.山西建筑，2009，35（7）：299-302.
［2］JTG 3370.1-2018，公路隧道设计规范第一册土建工程［S］.
［3］JTG/T 3660-2020，公路隧道施工技术规范［S］.
［4］赖金星，汪珂，邱军领.溶洞位置对隧道结构影响的数值模拟研究［J］.公路，2015，60（8）：275-281.
作者简介：严德添（1990—），工程师，主要从事公路隧道勘察设计研究工作。
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