重庆外环玉峰山隧道大型溶洞处治技术

【摘 要】重庆外环玉峰山隧道右线K12＋916－947发育有一大型溶洞，溶洞长约31m，宽约34m，高约35m，溶腔体积达4万方，溶洞内地下水丰富，粘土夹角砾石填充，隧道从溶腔中间通过。此溶洞规模巨大，处治难度大，本文详细介绍了此溶洞的处治技术，为类似工程提供借鉴。

【关键词】特大溶洞；填充物；地下水丰富；防止沉降

1、工程概况

重庆外环高速公路北段N4合同段玉峰山隧道右线3月31日开挖至K12+916处，掌子面围岩为粘土夹角砾碎石及孤石，稳定性极差，且地下水十分丰富，掌子面左侧出现多处股状涌水，拱部及右侧地下水呈淋雨状。掌子面开挖至K12+936处，围岩为粘土，含有少量角砾碎石，两侧地下水呈股状涌出，开挖后出现了大范围的掉块、坍塌现象。从右侧围岩粘土夹小碎石看，疑此处为两种围岩交界面夹层，经地下水作用形成大型溶洞。

2、处治方案

2.1处治施工顺序

已开挖段K12＋916－936段上断面加固后续地段中下层、仰拱及衬砌跟进K12＋916－936段中下层开挖K12＋936－947段开挖岩溶水处治仰拱底部处治二次衬砌永久观测

2.2K12+916~K12+936段加固措施

2.2.1加固方案

⑴每个拱脚补打4根锁脚锚管，锁脚锚管长6m，注双液浆加固，并沿拱脚设置纵向托梁，纵向托梁采用25槽钢，槽钢焊接在锁脚锚管之间，并与锚管、钢支撑焊接成整体。在K12＋916－936处上断面底部设置临时仰拱、竖向设临时支撑，以加强结构整体性及防止沉降，临时仰拱及竖向支撑采用I20工钢，每榀设置，临时仰拱工钢间采用φ22连接筋连接，环向间距1m，挂双层网喷砼28cm。

⑵在该段拱墙补打径向φ42注浆锚管加固，L=6m，注双液浆加固地层，锚管尽量与钢支撑焊接成整体。

2.2.2施工工序介绍及注意事项

（1）加固措施施工时，先施做锁脚锚管、纵向托梁及临时仰拱，后施工径向注浆管。

（2）先施做托梁下侧锁脚锚管，后凿除喷射砼露出钢支撑，将槽钢焊接在钢支撑上，后施做上侧锁脚锚管，并保证锁脚锚管与槽钢焊接成整体，如位置有偏差，加焊钢板加强。焊接后喷砼封闭成整体。

（3）临时仰拱施工时，先清除地表淤泥及凿除钢支撑喷砼，并在钢支撑上放出临时仰拱安设位置加焊连接板，后安装临时仰拱，挂网连接筋施工完毕后喷砼封闭。

（4）径向锚管打设前，测量组先根据间距标出位置后打设，打设后及时下管注浆，注浆采用双液浆。注浆管规格：外径42mm，壁厚4mm的热轧无缝钢管加工制成，前端加工成锥形，管壁四周钻4排φ6mm注浆孔，孔间距15cm，呈梅花形布置，尾部长度不小于50cm，作为不钻孔的止浆段。注浆参数：注浆压力：0.7-1.0Mpa，水泥浆浓度：0.6:1，注浆管孔深：600cm，水玻璃浓度35Be'，水泥浆与水玻璃体积比：1:1，注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得注浆施工经验。

2.3后续地段中下层、仰拱及衬砌跟进

后续地段中下层加紧开挖，仰拱及早施做，保证溶洞段及早封闭成环，并组织该段衬砌加紧施工。

2.4 K12＋916－936段中下层开挖

2.4.1施工原则及方法

（1）该段中下层施工，中层及下层开挖间距不得大于3m，中下层施工时不得拆除上断面临时仰拱，并将竖向支撑及时下延。中下层施工采用左右错进，保证错进距离不得小于3m，开挖时尽量采用挖掘机配合人工开挖，开挖进尺控制在一榀拱架。施工时将挖掘机放置在下层开挖中下层，开挖时尽量将中下层间距缩短以利施工，如遇石质围岩挖掘机无法开挖，则必须采用松动爆破。

（2）施工时坚持先做超前预加固，后再开挖的原则。超前支护采用φ42注浆小导管超前预注浆加固，小导管长4.5m，环向间距40cm，纵向间距2.0m，外插角30°，以便在上断面拱脚形成扩大基础，防止出现塌拱现象。

2.4.2施工注意事项

（1）开挖前必须保证超前预支护质量，注浆后打设检查孔检查注浆质量合格后方可进行开挖，开挖时必须保证开挖进尺在一榀拱架。

（2）如拱脚承载力达不到要求，应对拱脚垫木板增大受力面积，拱脚架立后在拱脚打设两根D76自进式锚杆锁脚，L＝10m。

（3）中下层开挖后，竖向支撑及时向下延伸落底，以控制拱顶沉降。

2.5K12+936~K12+947段开挖施工方案

2.5.1施工原则

(1)施工前必须将仰拱施做至K12＋916处后方可向前开挖，K12＋916－936段临时仰拱拆除必须待该段仰拱施工完毕后方可进行。

(2)施工中坚持遵循“管超前、预注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的施工原则。

(3)在施工中必须认真执行“四个及时”，即及时支护、及时检测、及时反馈、及时修改。

(4)施工中坚持超前地质预报工作，做好超前探孔，超前探孔坚持长短结合，对地质变化地段请第三方单位进场验证。

(5)开挖采用挖掘机配合人工开挖，如遇基岩采用松动爆破。开挖方法采用三台阶，上台阶环向掏槽预留核心土法施工，上台阶底板设置临时仰拱，开挖进尺控制在一榀拱架。

2.5.2具体施工方案介绍

（1）超前地质预报。在隧道拱部及底部两侧打设50m的长探孔，施工时坚持每个循环打设短探孔，探孔长5m，在隧道拱部、底部、两帮各打设一个。施工过程中如遇地质情况变化异常，及时通知物探单位进行验证。

（2）超前支护。考虑到大管棚工作间不易开挖，采用在K12+936～K12+947段设置φ76自进式锚杆作为管棚超前预支护，自进式锚杆长15m，环向间距40cm。设置管棚的目的是防止开挖施工中拱部溶洞充填物自掌子面滑塌形成塌方。施工时锚杆沿隧道开挖外轮廓线周边以5°的外插角打入岩层中，并注浆加固地层。为防止开挖过程中溶洞充填物自管棚间滑出，在管棚之间设置超前小导管辅助注浆加固，以保证在开挖轮廓线外形成1～2m的注浆加固圈，防止溶洞充填物的重量直接作用在管棚和钢架上而导致初期支护变形过大。施工时小导管沿隧道开挖外轮廓线周边以15°～30°的外插角打入岩层中，小导管长4.5m，环向间距40cm。中下层超前支护采用φ42注浆小导管超前预注浆加固，小导管长4.5m，环向间距40cm，纵向间距2.0m，外插角30°，以便在上断面拱脚形成扩大基础，防止出现塌拱现象。

（3）开挖方法。开挖时采用三台阶开挖，上台阶环形导坑预留核心土，中下层左右错进施工，在上断面底部设置临时仰拱。开挖采用短台阶施工，控制台阶长度在5-8m，开挖时逐榀开挖。拱脚增加φ42注浆小导管作为锁脚锚管，小导管长6m，注双液浆加固。

（4）支护形式。本段采用Ⅴ级围岩洞口浅埋土质地层支护参数施工(Vat型衬砌)。其具体支护参数为：初期支护为小导管（采用φ42注浆导管代替R25中空注浆锚杆作为系统锚杆，L=4.5m,@＝70x50cm梅花型布置）、钢筋网(φ6.5，双层，@＝20cm)、喷射混凝土（厚28cm），20b工字钢作为初期支护的加劲措施，其纵向间距为0.5m。仰拱设置初期支护形成封闭圈，二次衬砌为70cm钢筋混凝土。

2.6岩溶水的处治

根据业主委托的水文常观单位对本段地表水与地下水连通情况进行观测调查的情况，对可能存在地表水渗入溶洞内的地表落水洞、岩溶漏斗进行封堵，以阻断渗水通道。洞内岩溶水其中通过径向φ42注浆小导管注浆加固溶洞充填物进行封堵（后注浆）。

2.7溶洞基底处治

2.7.1基底处治顺序

落底初支仰拱施工钻孔下管注浆检验二衬仰拱仰拱铺底。

2.7.2具体施工工序介绍

（1）该段仰拱必须紧跟，尽早落底成环，仰拱施作长度控制在3m内。

（2）仰拱开挖后，按要求施做初支仰拱，施做时按@1,5m*1.5m梅花型埋设φ133钢管作为底部钢管注浆预留孔。

（3）注浆钢管施工

①底部探孔完成后，根据堆积层范围及深度，进行注浆钢管施工，注浆钢管采用φ108钻机钻孔，从预留孔位钻孔，钻孔深度深入基岩1m，如坍孔严重，考虑前进式注浆钻进，钻孔尽量采用干钻。

②钢管桩按1.5m×1.5m间距梅花型布置，钻孔完毕后下管，钢管采用φ89钢管，钢壁钻φ8小孔，环纵向间距30cm。

③钢管到位后进行注浆，注浆采用水泥单液注浆，钻孔中岩溶出水较严重时采用水泥-水玻璃双液注浆。注浆管外径89mm，前端加工成锥形，管壁四周钻4排φ8mm注浆孔，孔间距30cm，呈梅花形布置。注浆参数：注浆压力：0.7-1.0Mpa，水泥浆浓度：1:1，水玻璃浓度30Be'，水泥浆与水玻璃体积比：1:1，注浆前应进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数，取得注浆施工经验，注浆时根据空隙率反算注浆量做为控制参考。

④注浆完毕后，钻孔检查注浆效果，如不合格应进行补注。

（4）底部探孔施工

仰拱处治至K12＋947后，向前施工时应打设底部探孔，以探明仰拱底部堆积层厚度，确定仰拱底部加固具体长度及深度。探孔5m一个断面，一个断面布置三个，中线及两侧各一个。

2.8二次衬砌及永久观测

（1）仰拱施做完毕后应及早衬砌，衬砌每组设置沉降缝。

（2）在衬砌面上埋设永久观测点，每组衬砌埋设一组桩，长期观测隧道沉降情况。

3、结束语

目前处治隧道底部溶洞的方法有桥梁通过及底部加固，桥梁通过施工干扰较大、周期长，对基底地质情况要求苛刻，且不适用于拱墙承受较大压力的情况。隧道位于溶腔内，且填充物无自稳能力，处治过程中既要考虑到上部开挖过程中的施工安全，又要考虑长期运营过程中的沉降控制。通过本文介绍的上部通过超前支护、合理的开挖方法，底部深孔注浆加固的方案，既保证了施工过程中的安全，相应的通过底部深孔注浆，提高了仰拱底部承载力，将应力传递至基岩上，将对结构运营安全十分有利。

参考文献

[1]中铁隧道集团技术专家委员会防坍技术研究小组主编的《隧道防坍技术》.

[2]公路隧道施工技术规范JTJ042－94.人民交通出版社,1995.