巖溶地區(qū)隧道大溶洞處理建議
2016-10-21
1 工程概況
謝家峒隧道是廣西河池至都安高速公路主要控制性工程之一，位于廣西西北巖溶地區(qū)，為雙洞分離式長隧道（進(jìn)、出口端為小凈距）。該隧道右洞掘進(jìn)至ZK28+807時(shí)揭穿一個(gè)大型廳堂式溶洞，該溶洞受陡傾節(jié)理和層面共同控制，豎向發(fā)育高度達(dá)25～50m左右，并橫穿左洞，右洞范圍內(nèi)從右至左到隧道右洞中線附近逐漸收斂并停止發(fā)育，左右洞之間呈一寬約10m、高25m的廊道，溶洞發(fā)育至右洞時(shí)擴(kuò)大呈一直徑約50m、高40～50m的巖溶天廳。溶洞范圍內(nèi)巖層產(chǎn)狀約為58°∠30°，巖層厚度1～2.5m，水平狀巖從下至上逐層呈懸臂狀層疊，至洞頂部為一完整巖層，溶洞范圍內(nèi)陡傾裂隙發(fā)育，巖溶水從裂隙間下滲逐漸沉積成石簾、石鐘乳等懸掛于洞壁之上，自然狀態(tài)洞室?guī)r層及鈣華堆積物均處于穩(wěn)定狀態(tài)。從現(xiàn)場觀察來看，大溶洞底部新近沉積的流軟塑狀粘土中有水流沖刷一條從右洞向左洞延伸的痕跡，而且降雨后1～2天后大溶洞內(nèi)才會(huì)漲水，4～5天后水才逐漸消退，這證明溶洞內(nèi)水主要是地表水下滲補(bǔ)給，地下河壅嚴(yán)重時(shí)有可能地下河水從小管道虹吸倒灌補(bǔ)給至大溶洞。
2 大溶洞穩(wěn)定性分析
2.1 天然狀態(tài)下穩(wěn)定性分析
在左、右洞都還沒有穿過該大溶洞時(shí)，隧道掘進(jìn)過程中時(shí)常聽到前方傳來不亞于開挖放炮時(shí)的巨響，右洞打通后，在大溶洞底部見到了大量剝落的石釧乳在溶洞底部堆積成孤島狀，從溶洞頂部和多處洞壁上的新鮮基巖面來看，該溶洞天然狀態(tài)下仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。由于溶洞內(nèi)巖層產(chǎn)狀近水平，基巖從下至上呈懸臂狀層疊，至洞頂部為一完整板狀巖層，這種結(jié)構(gòu)受力類似于拱橋，天然狀態(tài)下風(fēng)化灰?guī)r抗剪強(qiáng)度大于作用在懸臂基巖和拱頂處跨中板狀巖層上的圍巖壓力，整個(gè)受力體系處于平衡狀態(tài)，洞體穩(wěn)定。
2.2 坍塌后洞體穩(wěn)定性分析
由于溶洞范圍內(nèi)巖層陡傾節(jié)理發(fā)育，巖體被切割成塊狀、巨塊狀，完整性變差，而裂隙間雖被后期浸潤的鈣華膠結(jié)，但這種膠結(jié)結(jié)構(gòu)泥質(zhì)含量高、強(qiáng)度低、填隙能力差，加之溶洞頂部又構(gòu)成類似拱橋的結(jié)構(gòu)，且隧道開挖過程又出現(xiàn)“挖角”情況，使得下部基巖懸臂長度增大，又有爆破震動(dòng)等不利因素，導(dǎo)致洞體出現(xiàn)坍塌破壞。但這種破壞不會(huì)是無限發(fā)展的，坍塌會(huì)向洞頂方向收斂，以拱橋式結(jié)構(gòu)形式尋求新的受力平衡，從塌方后溶洞頂部情況來看，這種平衡已基本形成，目前狀態(tài)下溶洞處于基本平衡狀態(tài)。在這種基本平衡狀態(tài)，若不再擾動(dòng)或小擾動(dòng)（若控制藥量爆破、錨噴等），開挖洞壁范圍及左右洞之間的聯(lián)通部位溶洞洞頂偶有掉塊；若強(qiáng)烈擾動(dòng)如大藥量開挖爆破強(qiáng)烈擾動(dòng)破壞支撐巖體時(shí)，有可能引起頂板再次坍塌。
2.3 溶洞充填物穩(wěn)定性分析
大溶洞底部充填物主要由三部分組成，從下至上第一層為洞穴底部的石筍、小塊石等早期洞穴堆積物，第二層為新沉積的流軟塑狀粘土，第三層即為此次坍塌堆積的巨石塊。第一、二層堆積物厚度較小，粘土軟，在本次坍塌過程中均已沖擊密實(shí)，而最上邊坍塌的巨塊石由于塊徑大，相互間支撐效果較好，而且多以沖擊形式填充，因此出現(xiàn)大幅度沉降的可能也比較小，有可能出現(xiàn)的是局部小塊石較多的部位會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降。由于大溶洞本來就有小溶蝕管道和下部地下河連通，而坍塌堆積物空隙很大，因此其透水性仍較好，而溶洞水又主要是來自地表，水量和水流速度都比較小，不清楚排水效果影響大不大，因此建議隧道應(yīng)該考慮水壓
作用。
3 大溶洞處理建議
3.1 溶洞段隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2 隧道溶洞基底處理
3.3 溶洞段隧道緩沖層設(shè)計(jì)
為了隧道運(yùn)營階段的安全，結(jié)構(gòu)設(shè)置了內(nèi)外兩層緩沖層。保護(hù)架外側(cè)采用的是碎石和其他摻合物形成的混合料為緩沖層，厚度不小于3m，保護(hù)架和二襯之間采用填塞橡膠條作為內(nèi)層緩沖層，其厚度不小于50cm，通過內(nèi)外兩層緩沖層共同作用，能有效地抵御一定程度的落石沖擊。
4 施工方法及注意事項(xiàng)
4.1 施工方法
4.2 注意事項(xiàng)
溶洞段隧道處理方案實(shí)施前，應(yīng)加強(qiáng)施工人員的安全教育及培訓(xùn)工作，并制定完整的施工組織方案和突發(fā)事件的應(yīng)急、逃生預(yù)案，要求在處理施工的全過程配備有專職安全員，隨時(shí)了解施工進(jìn)程中溶洞、鋼架、支護(hù)等變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)有危險(xiǎn)，應(yīng)立即停止施工并將相關(guān)人員迅速撤離到安全
地帶。
5 結(jié)語
隧道溶處理建議主要是使方案在實(shí)施時(shí)的質(zhì)量、安全得到充分的保障。
參考文獻(xiàn)
[1] 公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D70-2004）[S].
[2] 公路隧道施工技術(shù)規(guī)范（JTG F60-2009）[S].
[3] 公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范（JTG C20-2011）[S].
[4] 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ F63-2007）[S].
作者簡介：韋志翔（1978-），男，廣西馬山人，廣西桂山高速公路有限公司工程師，研究方向：公路工程施工管理。
