XXX隧道溶洞处理.docx

1、XXX隧道溶洞处理桐油山隧道 K2+312+332 溶洞处理内容摘要： 本文介绍了桐油山双连拱隧道 K2+312+332 溶洞处理方案及 实施效果，总结了该溶洞处理的施工经验体会，可供今后类似情况下，予以借 鉴、参考。关键词： 双连拱隧道 溶洞处理 钢支撑 钢筋混凝土梁 超前支护桐油山隧道为广西壮族自治区柳州市南二环路新建的一座双连拱隧道，隧道全长465m，按新奥法原理进行设计施工。隧道内轮 廓采用直中（边）墙三心圆形式；开挖断面宽度为 27.66m28.56m，高度为8.22m8.92m;三车道路面（两条机动车道，一条非机动车 道，路面净宽10.5m）,单向分离式交通；中隔墙砼厚度为2m。隧

2、道 地处碳酸盐岩地区，埋深 10140m,施工中多次遭遇溶洞。其中， K2+312+332 处溶洞规模大,处理困难,对施工影响极大。根据隧 道开挖揭露的溶洞规模、地下水及充填物情况、空间分布形态、与 隧道的相对位置关系、溶洞自身的稳定性,综合采用超前支护、型 钢支撑、隧底换填、钢筋砼梁（板）跨越的措施进行处理,确保了 施工及结构安全,顺利地渡过了该溶洞段。1.溶洞概况桐油山隧道 K2+195+365 为浅埋段,拱顶覆盖层厚度约为 1020 m。覆盖层大部分为人工杂填土，拱顶岩层厚度约为 01.5m，并已强风化成碎块状或砂屑。该段为桐油山隧道施工的关键难点部 位,采用三导洞法分部扩挖施工,为了构

3、筑中隔墙,首先开挖施工 中导洞。中导洞宽为6m，高为5.15m （比正洞拱顶低3m），采用直 边墙、圆弧拱断面，断面矢跨比为 1/4（为了控制中隔墙顶部的超挖 回填量，故采用较扁平的断面）。中导洞开挖至 K2+312，整个断面 岩性由白云质灰岩突变为粘土，沿岩土分界面有小股状渗水（水量 逐渐变小并消失），导致顶板坍塌，坍腔高约 2m。为了确保施工安 全，随后调整了中导洞临时支护措施，拱部采用 42钢管超前支护（长3m,纵向间隔2m布置一环，环向间距30cm）,拱墙采用118 工字钢支撑（纵向间距50cm）、钢筋网（ 6、20cmx 20cm、双层）、 C20喷砼（厚20cm）,断面矢跨比调整为

4、1/3,继续开挖至K2+332, 中导洞全断面岩性由粘土突变为白云质灰岩，安全顺利的渡过了粘 土段。右导洞开挖在K2+315+330遇粘土地层，右导洞宽4.5m，高 5.9m，采用直边墙半圆拱断面，临时支护采用 22四肢格栅钢支撑（间距50cm）、钢筋网（ 6、20cmx 20cm、双层）、C20喷砼（厚 20cm）,拱部采用 42钢管超前支护（长3m,纵向间隔2m布置一 环，环向间距30cm）。中导洞和右导洞开挖后，重新补作了地质钻 探和调查，判定K2+312+332段为原地勘报告未反映的一个大溶洞； 该溶洞纵向宽达20m,横向贯通了整个隧道断面（横向长度在 35m 以上）,向上延伸至地表与

5、人工杂填土地层连通,向下发育深度在 15m 以上；溶洞内全部充填含水饱和的软塑状砂粘土,地下水为地 表雨水补给,水量较小。该溶洞规模大,隧道洞周充填物软弱,覆 盖层薄（厚度约为20m）,地层压力大，成洞困难。左洞开挖揭示，溶洞左侧（岩土分界面）基本沿左洞边墙开 挖线发育，左边墙基底处溶洞纵向里程为 K2+322+336，溶洞在拱顶的出露里程为 K2+327+341.5。溶洞分布情况详见附图一2.原设计施工方案原地勘报告指明, K2+312+332 段隧道全断面处于白云质灰 岩地层内,为 III 类围岩浅埋段,按新奥法原理设计施工,采用复合 式衬砌结构。2.1.初期支护锚杆：22全长粘结型砂浆锚

6、杆，长为 300cm,纵、环向间 距为100cmX 120cm,拱墙全断面布置；钢筋网： 6,网格间距25cmx 25cm,单层，拱部布置；C20 喷砼：厚 20cm；格栅钢支撑：22四肢钢支撑，钢支撑横截面为20cmx 12cm,纵向间距 100cm；2.2.二次衬砌C25钢筋砼衬砌，厚45cm,主筋配置为18250,未设仰 拱；2.3.存在问题K2+312+332 段隧道全断面位于软塑状粘土充填的溶洞内, 地层软弱,围岩压力大（竖向、侧向） ,隧道底部松软,地基承载力 低,成洞困难,按照原设计施工,不能确保施工及结构安全。钢筋格栅钢支撑刚度小,相对型钢钢支撑为柔性结构,必须 与喷砼结合后方

7、能承载,不能对围岩即时提供支护。粘土充填物含水饱和,地层软弱,在地表渗水的作用下,极 易坍塌,开挖很难成型,施工安全无保证。隧底软弱,承载力低；岩土分界面发育不规则,与隧道轴线 呈现斜交,分界面处地基软硬差异分明；围岩竖向、侧向压力大, 衬砌结构未形成封闭环,衬砌内轮廓扁平且为直边墙结构,极易导 致大沉陷开裂；特别是中隔墙,该部位同时承受左右隧拱圈荷载, 压力大,施工过程中存在重复加载和偏压现象,受力状态复杂多变, 更易出现沉陷导致二次衬砌结构开裂。由于该段地质情况发生重大变异,原设计支护结构和施工方案已不能保证施工安全和结构安全，必须进行变更设计。3.变更设计方案 根据实际地质条件，结合工期

8、要求，在确保施工和结构安全 的前提下，业主、设计、监理、施工单位经多次研究比选，最终决 定采用“小导管超前支护、型钢钢架支撑、二衬封闭成环、钢筋砼 梁跨越”的处理方案。详见附图四。3.1.小导管超前支护 为了防止掌子面坍塌、掉块，正洞拱部布置单层小导管超前 支护；采用 42X 5无缝钢管，长4.5m;纵向间距2m布设一环（前 后两环纵向搭接长度为2.5m）,环向间距35cm;小导管仰角为5 10。3.2.型钢钢支撑 型钢钢支撑刚度很大,安设后,只要与围岩之间形成点状接触,便可立即发挥支护作用,特别适用于自稳时间短的软弱地层。 型钢钢支撑采用118工字钢，纵向间距 50cm布置一榀，沿环向 10

9、0cm 布置一根 22 纵向拉结筋,纵向拉筋与工字钢支撑焊接,保 证钢支撑整体受力均匀,防止出现纵向倾覆；工字钢支撑采用分节 加工预制，现场拼装；节与节之间通过 10mm厚钢板和 20螺栓连 接。3.3.钢筋网、喷砼采用 6 钢筋,拱墙全断面双层布置, 网格间距 25cmX 25cm, 钢筋网与工字钢支撑点焊固定；C20喷砼厚度采用25cm,保证喷砼 可全部覆盖钢支撑并保持 34cm 的保护层厚度。3.4.隧底处理该溶洞为软塑状粘土充填,隧底充填物深度在 15m 以上（补 充钻探孔深15m,仍未钻至基岩），基底软弱承载力低。由于深度大、 中（侧）导洞空间狭窄、工期紧，结合施工现场机具条件，按照

10、技 术可行、经济合理的原则，经多方案比选，采用浅层换填和钢筋砼 跨越的措施，进行隧底处理。3.4.1.隧底换填如附图四所示，隧底采用 C25 泵送片石砼换填，换填深度为 2m。泵送砼换填施工速度快，可及时圭寸闭隧底基坑，避免长时间暴 露而导致基底泥泞恶化。通过隧底换填，既可增强隧底对钢筋砼梁 的抗力作用，改善钢筋砼梁的受力状态，又可硬化圭闭隧底，创造 良好的施工场地条件。3.4.2.钢筋砼梁跨越左右边墙及中隔墙基底沿隧道纵向各设置 1 根钢筋砼梁（简 称边梁、中梁），整体跨越溶洞，避免因隧底承载力不足而导致结构 破坏失稳。断面尺寸梁高均为100cm;边梁宽为130cm,中梁宽为290cm （与

11、中 墙基础同宽）；钢筋砼梁的长度按照梁两端各与岩基搭接 5m 的原则 确定, 根据溶洞实际分布里程, 确定左边梁的长度为 24m（K2+317+341）,中梁及右边梁的长度为 30m （K2+307+337）。材料及配筋砼采用 C25 等级;钢筋采用 I 、 II 级。钢筋砼梁按照承受均布荷载的弹性地基梁进行计算,验算截 面强度,确定配筋。如附图二所示,钢筋砼梁岩基段承受负弯矩, 粘土段为正弯矩,岩土分界处正负弯矩均为最大值,中部弯矩值较 小,剪力分布呈现出同样的形态。为了提高结构安全度，取最大弯矩和剪力值进行配筋计算，并采用对称、均布配筋。中梁配筋为：纵向主筋为 3228（受拉、受压区对称配

12、置，并沿纵向贯通，中间不弯起、不切断，共64根28）; 腹筋采用6肢18240（腹筋沿纵向均布）；纵向主筋较密，会影响 砼的密实性和握裹性，设置横向架立钢筋，将纵向主筋分成 2 层布 置。边梁配筋如附图所示，纵向主筋为 2728 （共54 根）,分为3 层布置；腹筋采用 4 肢 20200。详见附图（二）。梁端岩基处理 梁端岩基承受很大的竖向压力。该处岩石受溶蚀影响，较为 破碎。如附图一所示，为提高梁端岩基的稳固性，采用水平状 22 锚杆和竖向 42 钢管注浆加固，以防岩基受压后沿竖向节理面、溶 蚀面等软弱结构面产生劈裂。3.5.二次衬砌 按照实测埋深和实际地质条件，重新验算确定二衬结构参数，

13、 如附图四所示：3.5.1.二次衬砌采用 65cmC25 钢筋砼，拱墙主筋采用 22 200,并在边（中）墙基础配置纵向受力钢筋 28 （边墙4根，中墙 13根）。3.5.2.增设C25钢筋砼仰拱，仰拱厚45cm,环向主筋为22 200,纵向仍然配置受力钢筋 16300,增强仰拱纵向承载能力。4、施工方案 该段为浅埋软弱不良地质段,施工按照“管超前、短进尺、支 护紧跟、快封闭、勤量测”的原则,步步为营,稳打稳扎,确保了 施工安全和结构安全。4.1.施工工序如附图三所示，该段采用三导洞分部扩挖施工，施工工序流程如下:42隧道开挖（导洞及正洞拱部）隧道开挖必须在超前支护的保护下方可进行，开挖后立即

14、初喷 封闭，防止拱部掉块。每循环开挖进尺为1m。粘土段采用人工修边、挖掘机挖核心的 方式开挖。先沿开挖轮廓线开挖弧形导坑，保留核心土，以保证掌 子面的稳定，待初期支护封闭后方可开挖核心土。超前支护小钢管采用 YT-28 凿岩机直接顶推，打入粘土地层， 形成超前支护。因超前支护以下的土体会自动坍落造成超挖，故应 严格控制超前支护仰角，尽可能按水平方向施作；施工采用在工字 钢支撑腹板按环向间距预先钻设 50圆孔，钢支撑安装后，通过圆 孔顶推超前小钢管，既控制了仰角，又保证了钢管位置的准确，同 时，超前钢管搭在钢支撑上，形成可靠的支点，有利于充分发挥超 前钢管的超前支护作用。开挖左正洞拱部时，采用

15、I18 工字钢水平横撑支顶在中隔墙右 侧，以免中墙在左洞拱部支护结构偏心荷载作用下，发生侧移或倾 斜，从而导致已施作的支护结构开裂。工字钢横撑在中墙顶的高度 布置 1 排，纵向间距为 100cm。4.3.边（中）墙隧底换填 中（侧）导洞通过溶洞段后，进行边（中）墙隧底换填。 隧底换填开挖极易导致导洞临时支护下沉失稳，事前采用 42 小导管注浆，对临时支护基脚进行锁固。采用分段开挖施工，分段长度为3m,深度一次性挖到设计高程。 并立即采用锚、网、喷将临时支护基脚往下顺接，避免基脚悬空失 稳。随后进行下一段开挖,循环往复直至整段粘土隧底开挖完毕。整段粘土隧底开挖完毕后,一次性浇筑该段 C25 泵送

16、砼,浇筑 过程中，采用人工抛填片石，片石掺量为 30%（体积比）。4.4.钢筋砼梁及中隔墙施工 钢筋砼梁必须通长整体一次性浇筑。纵向主筋采用双面搭接电 弧焊，并保证焊接质量。纵向钢筋通过水平横向架立钢筋进行准确 定位，保证上下两层钢筋间距。采用插入式捣固棒进行振捣。中隔墙根据施工能力分段施作， 随后进行中墙顶部超挖回填 （中 墙顶与中导洞临时支护之间的空间） ，以便发挥中墙的竖向柱撑作 用，减少左（右）正洞拱部开挖跨度。墙顶超挖采用喷射砼回填。4.5.拱墙二次衬砌 拱墙二次衬砌采用衬砌台车、泵送砼整体浇筑，以保证二次衬 砌的整体性。每环浇筑长度为 9m。拱墙二次衬砌在钢筋砼梁、钢筋砼仰拱施工后

17、进行，充分发挥 钢筋砼仰拱的作用。拱墙二次衬砌（含仰拱）在 K2+307、+337 设置沉降缝。4.6.施工监控量测 施工过程中，进行了拱顶下沉、水平收敛和地表沉降观测三个 监控量测项目。通过监控量测，全过程监控支护结构的变形，由此 判断洞室的稳定状态，及时调整施工措施和支护参数，确保施工及 结构安全。目前左洞施工已渡过溶洞段，初期支护、二次衬砌均未出现开 裂。实测拱顶下沉最大值为36mm,水平收敛最大值为27mm,地表 沉降最大值为21mm。变形位移值均属正常范围，且位移时态曲线均 已收敛、趋于稳定,说明采用的处理方案、施工措施合理可靠。5.结束语桐油山隧道 K2+312+332 溶洞处理方案和施工措施的成功,为 全断面双连拱隧道全粘土充填溶洞处理提供了借鉴、参考。小钢管超前支护（L=34.5m）可用于无显著地下水活动的粘 土地层施工（即使粘土含水量大,呈软塑状） ,相对于大管棚超前支 护,降低了施工难度和工程造价,有利于加快施工进度。软弱地层，隧道支护结构必须形成封闭环。隧底粘土充填溶洞处理，关键是要解决基底软弱、沉降大而 不均的问题。采用梁、板、桥等结构,整体跨越溶洞,是最彻底、 最可靠的解决方案。改良固结隧底地层,只能作为跨越方案的一个 辅助措施,粘土地层不管如何改良、固结,其性能总是无法与岩石 地基相比。