隧道底部大型溶洞处治措施研究

黄 达

(湖南汝郴高速公路建设开发有限公司，湖南 郴州 423000)

1 工程概况

某高速公路隧道右线开挖至YK72+697 里程时，在隧道左侧发现拱墙及基底处存在一个特大溶洞，溶洞内无水，溶洞向基底发育，深30.26 m，宽38.2 m，沿隧道纵向22.3 m，溶洞侵入左线轮廓线3.6 m，侵入右线轮廓线5.3 m。该段围岩为强风化－中风化白云质灰岩，隧道埋深40.2 m，本段隧道衬砌处在Ⅳ级围岩中。溶洞详细情况见图1、图2所示。

图1 溶洞平面(单位:m)

图2 溶洞立面(单位:m)

存在的问题:该溶洞向隧道基底发育，且侵入隧道左右线，如果处治不当，在后期隧道运营过程中隧道基底容易下沉，从而影响行车安全。

2 处治措施

该大型溶洞可以考虑采用两种方式进行处治。

2.1 跨越方案

即采用钢筋混凝土板+桩基进行跨越，见图3所示，鉴于该溶洞较宽且深，因此盖板及桩基难以施做，且工程质量难以保证，因此该方案不宜采用。

2.2 填充方案

隧道底部拱脚溶腔采用C15 片石混凝土回填，左右洞中间空腔部分采用隧道弃渣进行回填，隧道基底浇筑1 m 厚的C30 钢筋混凝土盖板，隧道边墙溶腔内浇筑C25 混凝土墙，该方案施工简单，因此决定采用，具体见图4所示。

图3 跨越方案

图4 填充方案(单位:m)

3 处治效果分析

3.1 计算模型及材料参数

溶洞处治完成之后，在隧道运营车辆荷载作用及围岩压力作用下，探讨了隧道基底钢筋混凝土盖板的位移情况及溶洞填充体位移情况、隧道二次衬砌位移情况等等。采用midas 数值计算软件对处治后的溶洞进行计算，计算模型见图5所示(为了图片效果，只显示部分围岩)，边界条件为左右固定、底部固定。隧道采用弧形导坑预留核心土法进行开挖，开挖进尺为1.0 m。车辆荷载采用P=10.2 kN/m2的均布荷载进行模拟。

图5 计算模型图

具体计算过程中围岩采用实体单元进行模拟，本构关系为摩尔库伦，隧道衬砌采用实体单元进行模拟，本构关系为弹性，1 m 厚的C30 钢筋混凝土盖板采用实体单元进行模拟，本构关系为弹性，隧道边墙溶腔内浇筑C25 混凝土墙采用实体单元进行模拟，本构关系为弹性，C15 片石混凝土采用实体单元进行模拟，本构关系为弹性，详细材料参数见表1所示。

表1 材料参数表

3.2 结果分析

1)盖板及侧墙、底部片石混凝土竖向位移分析。

通过计算分别得出盖板及侧墙竖向位移、底部片石混凝土竖向位移，见图6、图7所示。

图6 盖板及侧墙竖向位移

图7 底部片石混凝土竖向位移

从图6、图7中可以看出，盖板及侧墙竖向位移在1.7～4.4 mm 之间，位移不大;而底部片石混凝土竖向位移在1.5～3.4 mm 之间，位移也不大。说明溶洞处治效果良好。

2)衬砌位移及应力分析。

通过计算得出衬砌竖向位移图、衬砌应力图，见图8、图9所示。

从图8中可以看出，左右洞衬砌竖向位移值在靠近溶洞那一侧比其它位置稍大，不过两洞衬砌整体竖向位移值在1.5～5.4 mm 范围之内，位移不大;从图9中可以看出，衬砌最大应力值为1.89 MPa，衬砌为C25 混凝土，根据公路隧道设计规范，最大容许应力值为12.5 MPa，所以衬砌最大应力值小于容许值。从位移及应力两方面分析得出衬砌在安全范围之内。

图8 衬砌竖向位移

图9 衬砌应力(P1)

4 结论及建议

本文对隧道底部大型溶洞进行处治，在隧道衬砌靠近溶洞侧设置C25 混凝土边墙，在隧道底部设置C30 钢筋混凝土盖板，对底部溶腔采用片石混凝土及隧道弃渣回填，并对处治之后的溶洞进行数值计算，得出各结构均在安全范围之内，说明处治效果良好。后期隧道运营过程中溶洞内部可能会有积水，一旦有积水，隧道结构的稳定性会受到影响，因此建议加强溶腔内部排水管的设置，把溶腔内部的积水引入到隧道边沟中;另外混凝土侧边墙顶部应加强锁脚锚杆的设置，使得侧边墙能更好地承担围岩压力。

［1］赵朝阳，傅鹤林.隧底岩溶对围岩稳定性影响分析［J］.公路工程，2013，5(38):1～2.

［2］JTG D70 －2004，公路隧道设计规范［S］.

［3］李治国.隧道岩溶处理技术［J］.铁道工程学报，2002，76(4):61～62.

［4］熊学军.大瑶山隧道病害研究及治理［J］.中国铁路，1997，10(3):39～42.

［5］庄金波.圆梁山隧道岩溶管道群涌水处理技术阴［J］.隧道建设，2004，24 (3):20～24.

［6］黄继勇，何现启.浅谈岩溶地段隧道处理措施［J］.地下工程，2007，11(1):57～58.