浅谈灯盏窝隧道大型溶洞处理

摘要：岩溶不良地质条件给隧道的施工和运营造成了严重的威胁，如何正确处理隧道大型溶洞是隧道施工中面临的一项重要课题。文章以灯盏窝隧道为例，对岩溶地区隧道的大型溶洞处理工程进行探讨，以提供一定的工程实践参考。

关键词：公路隧道；大型溶洞；处理

1.工程概况

灯盏窝隧道为上、下行分离的四车道高速公路隧道，位于湖北省宜都市聂家河镇丁家坪村，紧邻县道X224，隧道洞轴线走向方位角225。。隧道左洞起止里程为ZK61+628-ZK62+523，长895米，最大埋深为104米；隧道右洞起止里程为YK61+635-YK62+527，长892米，最大埋深为115米，隧道进口采用端墙式洞门，出口采用削竹式洞门。

2.设计隧道不良地质

隧址区主要不良地质为岩溶，主要表现为溶蚀裂隙发育，不仅影响岩体间的结合状态，还是地下水的有效途径。隧址区属构造剥蚀溶蚀低山地貌，受肖家隘断层影响，构造变形较大，节理发育，节理贯通性好，局部存在风化和溶蚀强烈的白云岩，地表水和地下水流量受季节影响明显。地下水的补给主要靠大气降雨，排泄方式主要为地表径流、蒸发以及通过小型溶蚀裂隙向河流或坡脚排泄等方式。

3.超前地质预报

隧道超前预报采用地质雷达结合工程地质调查分析推断法进行。地质雷达每次预报长度为30m，并且重叠5m。工程地质调查分析推断法是隧道超前预报中使用最早的方法。通过区域地质调查与资料分析、隧道轴线地表和洞内工程地质调查，了解隧道所处地段岩层地质年代、结构构造。借助地质学有关理论、经验公式、岩体力学、工程地质学和传统方法，推断前方的地质情况。包括地层与岩性的产出特征、构造的发育规律、地下水成因规律和水量等，预测隧道掌子面前方不良地质现象可能的类型、部位、规模，为隧道施工中采取合理的工艺与措施提供科学依据。

地质雷达利用超高频窄脉冲电磁波反射探测不同介质分界面的一种勘测方法。基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至1200M、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号。当这一讯号在岩层中遇到探测目标时，会产生一个反射讯号。直达讯号和反射讯号通过接收天线输入到接收机，放大后由示波器显示出来。根据示波器有无反射汛号，可以判断有无被测目标；根据反射讯号到达滞后时间及目标物体平均反射波速，可以大致计算出探测目标的距离。

根据灯盏窝隧道超前地质预报报告显示，灯盏窝隧道右洞YK62+217附近左侧及前方存在一大型溶洞，溶洞长度约20m，宽度约22m，高度16米。

4.溶洞发育情况

灯盏窝隧道右洞掘进至掌子面YK62+216时，掌子面上台阶左侧拱脚揭露出一宽约4m、高约2m的溶洞口。经过现场勘察，溶洞位于隧道上台阶左侧下方，围岩岩性为中风化白云岩：浅灰色、灰白色，中厚层状，细一中晶结构。岩体较完整，节理裂隙不太发育，无粘土充填。岩层锤击声较清脆，属于较坚硬岩。围岩岩溶溶槽发育，岩溶各向性明显，竖向、侧向溶蚀交替出现，沿其岩溶发育走向、倾向追踪呈条带状分布特点较明显，以垂直溶蚀为主。

溶洞位于隧道YK62+216-YK62+165段隧道上台阶左侧下方，沿隧道轴向发育2个垂直型大型溶洞和1个水平管道型溶洞。第一个大型溶洞长21米、宽23米、高15米；第二个大型溶洞长30米、宽20米、高20米。2个大型溶洞相对独立，第一个大型溶洞在下部经一狭窄溶蚀缝隙与第二个大型溶洞底部连通。水平管道型溶洞位于在第一个大型溶洞底部，沿与隧道轴线约15。夹角发育。发育长度约60m范围洞径约在0.6-3m之间，可容纳一人通过。发育长度50m后洞径变窄，无法通过。洞底及洞身有泥质、钙质胶结物，钟乳石极其发育，洞底沟槽有流水，流水经岩溶溶隙向下排泄。

通过地质雷达和钻孔相结合的方法，进一步探明溶洞底部地质情况，发现溶洞底部以下无明显异常情况及大型溶洞发育。

5.方案比选

根据YK62+215-YK62+165溶洞勘察情况，围岩为中风化白云岩，溶腔稳定，且无填充物。结合实测溶洞断面，溶洞位于隧道上台阶左侧下方，约一半溶腔与隧道相交，并考虑溶洞底部溶槽排水。提出了C15砼回填及跨越两种处理方案。

对于跨越方案，由于采用桩基、墩柱及纵横梁，为混凝土刚性结构，确保了隧道整体稳定性，并且对溶洞内排水没有影响。但是由于先开挖隧道，将整个溶洞揭露，导致上台阶拱架或下台阶拱架长时间悬空，存在安全隐患，只能在横梁施工完成后才能封闭成环。在溶洞内施工桩基及墩柱，施工难度大，并且隧道开挖时，掉落石块对墩柱存在严重影响。施工纵梁横梁采用现浇，支架搭设极其困难。施工难度大，施工安全存在隐患，造价高，进度慢。

对于回填方案，由于采用C15素混凝土回填，为刚性结构，确保了隧道整体的稳定，能够确保施工过程安全及后期运营安全，并且施工进度快，施工较简单，排水利用溶槽设置排水通道。

经过比选采用C15素混凝土回填的方案。根据溶洞发育特点和洞内水文情况，并保证隧道施工安全及衬砌结构安全，采用C15素混凝土进行回填至隧道仰拱底，回填前对溶洞底进行清理，并预留好排水通道。

6.处理方案

6.1根据地下水的流向及泄水路径，清除底部掉落洞渣，利用溶槽设置排水通道，排水通道采用φ60cm钢筋混凝土圆管涵，沟底回填范围内并设置一处平均宽度2m高度lm的碎块石外包+q-布，溶洞内的天然泄水通道相连，以便能及时排出溶洞内的过境水。

6.2采用C 15素混凝土分层回填至隧道仰拱底。

6.3该段初期支护及二衬加强处理。拱架由原设计的格栅调整为118工字钢，间距由120cm调整为100cm，C20喷射混凝土厚度由原来20cm调整为25cm，08钢筋（20cm×20cm）由单层调整为双层，系统锚杆由纵向间距为120cm调整为100cm，环向间距为140cm。二衬和仰拱由40cmC25素混凝土调整为45cmC25钢筋混凝土，主筋φ25双层钢筋间距为25cm。

6.4增设锁脚注浆小导管。

6.5加强监控量测，周边收敛和拱顶下沉观测，每5m一个断面。

7.主要施工工序

7.1下台阶开挖至掌子面YK62+216，施作初期支护。

7.2揭开溶洞后，在溶洞内竖向分层浇筑C15素混凝土至仰拱底。

7.3全断面进行隧道开挖，每循环进尺控制在1.0m。

7.4施作初期支护，靠空洞侧顶部工字钢采用注浆小导管进行锁脚，初期支护施工完毕后，初期支护外空洞侧泵送C15混凝土进行回填。

7.5施工钢筋混凝土仰拱及回填；

7.6根据监控量测结果，施工钢筋混凝土二衬。

8.结语

文章通过对灯盏窝隧道YK62+215-YK62+165段溶洞处理介绍，并通过超前地质预报准确预测出溶洞的位置，并通过进一步对溶洞勘察，方案比选，确定了溶洞处理方案，在处理过程中加强了监控测量，监控量测结果显示，溶洞处理段的初期支护和二次衬砌都是稳定的。最终使灯盏窝隧道安全、顺利、成功的穿越过溶洞，在工程实践中有一定的借鉴意义。