高速公路隧道穿越溶洞段处治技术及监控量测分析

蒲文明 赵国军 王永庆

(中电建路桥集团有限公司，北京 100048)



高速公路隧道穿越溶洞段处治技术及监控量测分析

蒲文明 赵国军 王永庆

(中电建路桥集团有限公司，北京 100048)

结合梁忠高速公路礼让隧道岩溶段空腔与隧道的位置关系，将岩溶段划分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ三段分别进行相应处治，并针对这三段增设监控量测断面进行周边收敛、拱顶下沉监测，结果表明：溶洞处治段围岩拱顶下沉量及周边收敛量都在隧道允许变形范围内，把倾斜状溶洞划分成三段分别进行处治的方法是可行的。

公路隧道，溶洞，监测点，围岩

我国是世界上岩溶地貌分布最广的国家之一，尤其是在西南地区更为普遍。据不完全统计，岩溶地质隧道约占西部已建和在建隧道总数的50%，严重威胁着隧道施工和运营安全。对于穿越岩溶地段的隧道，前人已做了大量研究：黄继勇等[1]据岩溶的分布、类型、岩层稳定性和地下水流情况等，采用引、堵、越、绕等措施，保证施工、结构和环境安全；王峥峥等[2]采用“超前管棚+小导管注浆”的方法治理岩溶隧道的坍塌灾害，取得了较好的效果，对类似工程事故处理有一定的借鉴作用；张民庆、田四明等[3，4]建议根据充填介质、工程及水文地质特征等对岩溶进行分类，根据岩溶的特征不同，分别在施工过程中针对性地采取释放、排泄、注浆等措施，对不同类型的岩溶都取得了较好的治理效果；李治国[5]提出了“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的岩溶处理的原则，并探讨了隧道中不同类型的岩溶的处理方法。现有研究关于岩溶段隧道处治技术取得了一定成果，但对于隧道穿越倾斜状溶洞处治方法及相应现场监控量测却鲜有报道。因此，本文将以梁忠高速公路某隧道为工程背景，对隧道穿越倾斜状溶洞段进行处治，并通过监控量测工作来判断围岩稳定性情况及处治效果。

1 工程背景

梁忠高速公路礼让隧道位于重庆，进口位于七星镇金柱村蒋家沟，出口位于礼让镇河川村流长沟，隧道设计为左右分离式、双向四车道、全长5 519.15 m的特长隧道。隧道从进口、出口两侧相向施工。隧道左洞在进口端开挖到ZK11+765处，右边墙下部揭露一溶洞，经入内勘查，空腔宽约7 m～23 m，高约1.1 m～7.8 m，向上、向下均未发现末端，空腔顶部和侧壁稳定情况良好，溶洞轴线与岩层倾向基本一致。经现场地质雷达法、瞬变电磁法、TGP/TSP、超前钻探法等相结合的综合物探法探测发现，ZK11+710～ZK11+755段溶洞位于隧道仰拱正下方3 m～30 m，空腔呈宽而扁的形状，宽约18 m～23 m，高约1.4 m～2.2 m。ZK11+755～ZK11+765段溶洞紧邻隧道仰拱和右侧边墙，空腔呈宽而扁的形状，宽约10 m～16 m，高约1.4 m～1.6 m。ZK11+765～ZK11+805段溶洞位于隧道右上方，空腔呈扁平形或椭圆形，宽约6 m～13 m，高约1.4 m～1.6 m。溶洞与隧道的空间位置关系见图1。

ZK11+710～ZK11+787段为侏罗系中统新田沟组地层，为灰、深灰色粉砂质页岩夹薄层砂岩；粉砂质页岩属软岩，岩体受地质构造影响较重，构造裂隙发育。围岩级别为Ⅳ级；原设计衬砌类型为S4b。ZK11+787～ZK11+805段为侏罗系中下统自流井组三段地层，为页岩夹薄层灰岩，围岩级别为Ⅴ，原设计衬砌类型为S5b。

2 处治技术

根据前期探测的岩溶空腔与隧道位置关系，以及现场开挖已揭露的地质情况，考虑洞内实际情况和现场施工条件，提出将处治段落划分为 Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三段进行相应处治的方案。处治段划分图见图2。

处治段 Ⅰ：ZK11+710～ZK11+755，长45 m；处治段 Ⅱ：ZK11+755～ZK11+765，长10 m；处治段 Ⅲ：ZK11+765～ZK11+805，长40 m。

2.1 处治段Ⅰ处治步骤

处治段Ⅰ位于仰拱正下方，根据现场施工情况及处治原则，其工艺流程如下：1)安全探测。探测瓦斯等有毒有害气体及浓度、空腔拱顶、侧壁稳定情况及空腔内地下水发育情况，必要情况下采取临时措施确保施工安全。2)埋管。顺着空腔铺设300 mm国标钢筋混凝土管。3)修建堵头墙。进入空腔并下至ZK11+710处修建堵头墙。4)泵送混凝土回填。泵送C20混凝土回填空腔。5)质量检验。

2.2 处治段Ⅱ处治步骤

处治段Ⅱ紧邻隧道仰拱和右侧边墙，根据现场施工情况及处治原则，其工艺流程如下：1)清渣。施工前清除空腔内杂物。2)埋管。埋设300 mm钢筋混凝土圆管。3)C15混凝土回填。4)质量检验。

2.3 处治段Ⅲ处治步骤

处治段Ⅲ位于隧道右上方，根据现场施工情况及处治原则，其工艺流程如下：1)空腔壁支护。距离隧道外轮廓5 m范围内空腔锚喷支护。2)加强隧道初期支护参数，采用20 b工字钢@50 cm，确保稳定和安全。3)泵送C25混凝土护拱。在隧道外轮廓范围外泵送1.5 m厚C25混凝土护拱。4)加强二次衬砌。二次采用钢筋混凝土。5)质量检验。

3 监测方案及结果分析

隧道开挖时必然会对围岩带来较强的扰动，打破原来岩体的平衡状态，引起应力重分布，直到达到新的平衡状态。应力重分布过程中也伴随着围岩的变形、失稳等工程现象发生，势必要采取有效的监测措施进行预测预报以避免工程事故的发生和扩大。根据现场实际情况以及JTG F60—2009公路隧道施工技术规范相关规定，共设计5个监测断面，并布设拱顶下沉和周边收敛变形监测点，对应里程桩号分别为ZK11+745,ZK11+755,ZK11+765,ZK11+775,ZK11+785。

通过拱顶下沉和周边收敛量测可以直观地了解隧道施工过程中围岩变形情况。两个监测项目同时进行，且布在同一断面，从图3可以看出，5个断面的拱顶沉降、周边收敛曲线大致都可以分成3个阶段：快速上升阶段、缓慢增加阶段、逐步平稳阶段。自监测日起，5个断面的拱顶累计沉降值分别为16.6 mm,23.4 mm,25.1 mm,30.3 mm,28.7 mm，最大日变形速率分别为3.2 mm,4.3 mm,4.6 mm,5.9 mm,5.2 mm，最终拱顶沉降都趋于稳定，变形在隧道规范允许的变形范围之内；5个断面的周边收敛累积变形量分别为9.7 mm,10.3 mm,17.3 mm,14.7 mm,14.2 mm，最大日变形速率分别为1.8 mm,3.3 mm,2.6 mm,1.8 mm,1.6 mm，最终周边收敛变形都趋于稳定，变形在隧道规范允许的变形范围之内。同时还可以看出，拱顶下沉累积变形量大小为处治段Ⅲ>处治段Ⅱ>处治段Ⅰ，说明倾斜状溶洞段，当溶洞位于隧道拱顶比位于隧道底部时对拱顶变形的影响大；周边收敛累积变形量中，处治段Ⅱ变形量为最大，说明位于隧道边墙位置的溶洞对周边收敛变形影响最大。

4 结语

本文结合梁忠高速公路礼让隧道岩溶段空腔与隧道的位置关系，将岩溶段划分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三段分别进行相应处治，并针对这三段增设监控量测断面进行周边收敛、拱顶下沉量测，可得到如下结论：1)溶洞处治段围岩拱顶下沉量及周边收敛量都在隧道允许变形范围内，本文所采用的把倾斜状溶洞划分成三段分别进行处治的方法是可行的，为以后类似溶洞段隧道处治提供了借鉴。2)溶洞段隧道拱顶沉降、周边收敛曲线大致都可以分成3个阶段：快速上升阶段、缓慢增加阶段、逐步平稳阶段。3)对于倾斜状溶洞隧道来说，拱顶下沉累积变形量大小为处治段Ⅲ>处治段Ⅱ>处治段Ⅰ；周边收敛累积变形量中，处治段Ⅱ变形量为最大。

[1] 黄继勇,何现启.浅谈岩溶地段隧道处理措施[J].岩土工程界，2007，11(11):99-101.

[2] 王峥峥,孙铁成,张胜林,等.断层破碎带岩溶大断面隧道坍塌事故处理[J].北京工业大学学报，2013，39(10):157-159.

[3] 张民庆，黄鸿健，苗德海,等.宜万线隧道工程岩溶治理技术与工程实例[J].铁道工程学报，2008(1):36-38.

[4] 田四明，张民庆，黄鸿健,等.齐岳山隧道进口背斜地段岩溶发育特征分析与治理[J].现代隧道技术，2006，43(4):222-224.

[5] 李治国.隧道岩溶处理技术[J].铁道工程学报，2002(4):196-198.

Analysis on processing technology and monitoring measurement for highway tunnel crossing karst section

Pu Wenming Zhao Guojun Wang Yongqing

(ChinaPowerConstructionHighway&BridgeGroupCo.,Ltd,Beijing100048,China)

Combing with location relationship of cavity and tunnel at Lirang tunnel karst section of Liang-Zhong highway, the paper divides the karst section into Ⅰ,Ⅱ, Ⅲ phases and carries out corresponding treatment, carries out surrounding convergence and top arch subsidence monitoring in light of setting monitoring measurement section on the above-mentioned three sections. Results show that: surrounding rock top arch subsidence and surrounding convergence at karst processing sections are within the tunnel deformation domain; the processing method of dividing inclined karst into three sections is feasible.

highway tunnel, karst, monitoring point, surrounding rock

1009-6825(2017)15-0152-02

2017-03-15

蒲文明(1978- )，男，硕士，高级工程师

U459.2

A