岩溶地区隧道大溶洞处理建议
2016-10-21
1 工程概况
谢家峒隧道是广西河池至都安高速公路主要控制性工程之一，位于广西西北岩溶地区，为双洞分离式长隧道（进、出口端为小净距）。该隧道右洞掘进至ZK28+807时揭穿一个大型厅堂式溶洞，该溶洞受陡倾节理和层面共同控制，竖向发育高度达25～50m左右，并横穿左洞，右洞范围内从右至左到隧道右洞中线附近逐渐收敛并停止发育，左右洞之间呈一宽约10m、高25m的廊道，溶洞发育至右洞时扩大呈一直径约50m、高40～50m的岩溶天厅。溶洞范围内岩层产状约为58°∠30°，岩层厚度1～2.5m，水平状岩从下至上逐层呈悬臂状层叠，至洞顶部为一完整岩层，溶洞范围内陡倾裂隙发育，岩溶水从裂隙间下渗逐渐沉积成石帘、石钟乳等悬挂于洞壁之上，自然状态洞室岩层及钙华堆积物均处于稳定状态。从现场观察来看，大溶洞底部新近沉积的流软塑状粘土中有水流冲刷一条从右洞向左洞延伸的痕迹，而且降雨后1～2天后大溶洞内才会涨水，4～5天后水才逐渐消退，这证明溶洞内水主要是地表水下渗补给，地下河壅严重时有可能地下河水从小管道虹吸倒灌补给至大溶洞。
2 大溶洞稳定性分析
2.1 天然状态下稳定性分析
在左、右洞都还没有穿过该大溶洞时，隧道掘进过程中时常听到前方传来不亚于开挖放炮时的巨响，右洞打通后，在大溶洞底部见到了大量剥落的石钏乳在溶洞底部堆积成孤岛状，从溶洞顶部和多处洞壁上的新鲜基岩面来看，该溶洞天然状态下仍处于稳定状态。由于溶洞内岩层产状近水平，基岩从下至上呈悬臂状层叠，至洞顶部为一完整板状岩层，这种结构受力类似于拱桥，天然状态下风化灰岩抗剪强度大于作用在悬臂基岩和拱顶处跨中板状岩层上的围岩压力，整个受力体系处于平衡状态，洞体稳定。
2.2 坍塌后洞体稳定性分析
由于溶洞范围内岩层陡倾节理发育，岩体被切割成块状、巨块状，完整性变差，而裂隙间虽被后期浸润的钙华胶结，但这种胶结结构泥质含量高、强度低、填隙能力差，加之溶洞顶部又构成类似拱桥的结构，且隧道开挖过程又出现“挖角”情况，使得下部基岩悬臂长度增大，又有爆破震动等不利因素，导致洞体出现坍塌破坏。但这种破坏不会是无限发展的，坍塌会向洞顶方向收敛，以拱桥式结构形式寻求新的受力平衡，从塌方后溶洞顶部情况来看，这种平衡已基本形成，目前状态下溶洞处于基本平衡状态。在这种基本平衡状态，若不再扰动或小扰动（若控制药量爆破、锚喷等），开挖洞壁范围及左右洞之间的联通部位溶洞洞顶偶有掉块；若强烈扰动如大药量开挖爆破强烈扰动破坏支撑岩体时，有可能引起顶板再次坍塌。
2.3 溶洞充填物稳定性分析
大溶洞底部充填物主要由三部分组成，从下至上第一层为洞穴底部的石笋、小块石等早期洞穴堆积物，第二层为新沉积的流软塑状粘土，第三层即为此次坍塌堆积的巨石块。第一、二层堆积物厚度较小，粘土软，在本次坍塌过程中均已冲击密实，而最上边坍塌的巨块石由于块径大，相互间支撑效果较好，而且多以冲击形式填充，因此出现大幅度沉降的可能也比较小，有可能出现的是局部小块石较多的部位会出现不均匀沉降。由于大溶洞本来就有小溶蚀管道和下部地下河连通，而坍塌堆积物空隙很大，因此其透水性仍较好，而溶洞水又主要是来自地表，水量和水流速度都比较小，不清楚排水效果影响大不大，因此建议隧道应该考虑水压
作用。
3 大溶洞处理建议
3.1 溶洞段隧道结构设计
3.2 隧道溶洞基底处理
3.3 溶洞段隧道缓冲层设计
为了隧道运营阶段的安全，结构设置了内外两层缓冲层。保护架外侧采用的是碎石和其他掺合物形成的混合料为缓冲层，厚度不小于3m，保护架和二衬之间采用填塞橡胶条作为内层缓冲层，其厚度不小于50cm，通过内外两层缓冲层共同作用，能有效地抵御一定程度的落石冲击。
4 施工方法及注意事项
4.1 施工方法
4.2 注意事项
溶洞段隧道处理方案实施前，应加强施工人员的安全教育及培训工作，并制定完整的施工组织方案和突发事件的应急、逃生预案，要求在处理施工的全过程配备有专职安全员，随时了解施工进程中溶洞、钢架、支护等变化情况，一旦发现有危险，应立即停止施工并将相关人员迅速撤离到安全
地带。
5 结语
隧道溶处理建议主要是使方案在实施时的质量、安全得到充分的保障。
参考文献
[1] 公路隧道设计规范（JTG D70-2004）[S].
[2] 公路隧道施工技术规范（JTG F60-2009）[S].
[3] 公路工程地质勘察规范（JTG C20-2011）[S].
[4] 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ F63-2007）[S].
作者简介：韦志翔（1978-），男，广西马山人，广西桂山高速公路有限公司工程师，研究方向：公路工程施工管理。
