白须公#隧道特大型溶洞处理研究

1、白须公白须公1#隧道内大型溶洞处理隧道内大型溶洞处理白须公白须公1#隧道特大型溶洞施工总结隧道特大型溶洞施工总结第一部分 工程概况及溶洞规模 v 白须公1#隧道，位于清连（清远-连州）高速公路杜步岭改线段，杜步1#、2#大桥之间，设计里程K2178+015-K2178+425,长410m，竣工里程K2178+015-K2178+429,长414m。2007年5月13日，开挖到K2178+074时，在隧道上半断面意外发现特大溶洞。在现场可以看到，掌子面左侧被炸开的窟窿有23m高，45m宽 。白须公1#隧道溶洞洞口 经实地踏勘，该溶洞洞内表面溶蚀发育，到处是钟乳石、石笋、石柱，表面有水流痕迹，安静

2、时可听见微弱的水流声，溶洞外露2025m左右，最宽处约56m，深度约为46m，地表约面积3000m2；溶洞顶部呈倒锅底形，基本岩体为巨厚状坚硬整体的硅质石灰岩，稳定性良好；但侧壁局部为强风化呈黄灰色的悬崖，层间结合较差，夹全风化粘土，风化裂隙发育，有发生掉快和小型坍塌的可能性（实际也发生了小坍塌）；v 沿洞壁向溶洞底行走至600m左右处时仍看不到洞口，无法直通洞外，但明显听见水流声，洞里有暗河。在溶洞内，桩号K2178+136.5处，往下有一宽约0.7m的小道，通过小道至隧道中心线右侧，还有一横向溶洞，横向高度最高15m左右，最宽处25m左右，深度约为15m。本隧道揭露的特大溶洞，在隧道施工中

3、罕见。溶洞前38m（K2178+074K2178+112）需要在溶洞中部右侧扩挖12.4m隧道，后28m（K2178+112K2178+140）段隧道要横穿溶洞。白须公1#隧道溶洞周壁围岩 第二部分 溶洞处理设计思路v 发现此溶洞后，有关检测单位作了物探及地质调查，业主也组织专家对溶洞进行了考察评审。据了解，该隧道构造上属华南褶皱系南岭纬向复杂构造带，褶皱断裂发育，地质构造复杂，在粤北的公路建设中也曾碰到类似情况，但溶洞仅数平方米大小，容易处理，本隧道在导洞K0+090处和主洞K2178+303处也出现过小溶洞，仅清淤，锚喷支护处理后就能正常施工，象这样的特大溶洞是第一次遇到。v 在以往施工中

4、，溶洞处理主要有以下两种方式：v一、溶洞和裂隙堵填:v1、对已停止发育，径跨较小且无水的溶洞，根据其与隧道相交的位置采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封堵。v2、拱部以上空溶洞，可视溶洞的岩石破碎程度采用喷锚支护加固或加设护拱及拱顶回填的办法处理。破碎程度较严重的夹粘土充填，采用劈裂注浆固结技术或长大管棚支护法施工。v二、溶洞跨越:v1、如果所遇溶洞较大较深，采用梁、拱跨越，将梁端或拱座置于稳固可靠的基岩上。当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞时，采用加深该侧边墙基础通过。v2、当隧道底部遇到较大溶洞并有流水时，可在隧道底以下砌筑浆片石，支承隧道结构，并在墙脚内设排水管引排岩溶水。v3、当隧道边

5、墙部位遇到较大、较深的溶洞，采用在边墙部位或隧底以下筑拱通过。v4、当隧道中部及底部遇到溶洞时，采用加强边墙基础，或根据情况设置桥台架梁通过。v5、溶洞上大下小且有部份充填物时，可将隧道顶部的充填物清除，然后在隧道底部标高以下设置钢筋混凝土横梁及纵梁。v6、隧道穿过大溶洞情况较为复杂时，可根据情况以边墙梁及行车梁通过。v 经过反复调查研究，专家组慎重做出初步处理方案：先对溶洞靠隧道一侧施工安全影响范围洞顶及侧壁围岩采用清除危石和喷锚加固处理，溶洞一侧采用片石混凝土基础，在基础上构建承台及支撑墙；溶洞底与隧道结合处采用横向联系梁连接；并结合超前管棚、钢拱架、锚喷支护、仰拱等隧道结构通过溶洞，在承

6、台下边设截水沟及圆管涵将裂隙水引入溶洞底的天然沟谷。白须公1#隧道底部v 经补充勘察，从溶洞原始地表起算软塑可塑性粘土夹溶洞小型塌方块石的充填物，厚度达20余米，承载力不能满足原设计的片石混凝土基础要求，经总部研究决定，采用桩基础承台支撑墙结构；结合溶洞洞壁围岩较好（级围岩）及施工实际情况，取消超前管棚，采用超前锚杆结构，并取消仰拱。第三部分 溶洞处理施工过程v 溶洞底部采用桩基础；桩基上构建承台及支撑墙，支撑墙采用钢筋混凝土；洞身段衬砌均按新奥法原理设计，初期支护采用喷、锚、网、钢架支护，二次衬砌采用钢筋混凝土，并视地层、地质条件设超前锚杆预加固措施。考虑在施工中还需通过施工过程及运营检修的

7、需要，在K2178+078左侧设置了车行横洞，K2178+127.5右侧设置了人行横洞。一、溶洞顶部及侧壁处理 1、施工前清理溶洞内危石，再进行喷锚支护，保证施工安全。 2、溶洞拱部及侧壁围岩的支护方案 溶洞拱部及侧壁围岩的支护采用22药卷锚杆（拱部锚杆长度2m、6m；侧壁锚杆长度2.5m、4m），呈梅花型布置，间距150cm150cm，挂6钢筋网，间距15 cm15cm，并喷射15cm厚C25混凝土。二、溶洞入口段隧道洞身处理 目的在于加强溶洞入口段隧道的支护结构，因K2178+060K2178+083段原施工过程中已按照级围岩开挖并喷锚支护完毕，扩挖施工难度较大，且会造成围岩再次扰动，根据

8、围岩稳定性好，开挖段面形状，对已开挖段落突出部位进行局部凿除后，在满足二衬35cm厚的条件下进行加强锚喷，采用5m22药卷锚杆，间距140cm120cm，环向11根，与原有锚杆交错布置，并尽快喷射混凝土及挂6钢筋网，间距20 cm20cm。三、溶洞底部处理 隧道左侧采用双排（每排9根）桩径1.6m桩基，中部及右侧采用单排（每排4根）桩径2m桩基，桩底嵌入基岩不小于3m。 1、桩基概况 设计桩心纵向间距5m，桩底嵌入基岩不小于3m，成孔后大部分桩长为20m25m。桩基按隧道中心线方向分四排平行布置，从隧道左边开始，第一排桩桩径1.6m，桩心向左偏离隧道左初支外轮廓线5m，从K2178+085至K

9、2178+125，共9根；第二排桩桩径1.6m，桩心位于隧道左初支外轮廓线，从K2178+085至K2178+125，共9根；第三排桩桩径2m，桩心位于隧道中心线，从K2178+115至K2178+130，共4根；第四排桩桩径2m，桩心向右偏离隧道右初支外轮廓线1m，从K2178+120至K2178+135，共4根。总共26根桩，平均长度为22.44m，最长桩长为28m。 2、地质情况 根据地质勘探资料显示，地层从上往下基本上为：粘土（呈软塑性）；岩溶强发育灰岩；岩溶弱发育灰岩；岩溶微弱发育灰岩，且部分钻孔显示溶洞底存在若干层不规则小溶洞，呈串珠型分布，溶洞内均为软塑状粘土全充填。3、施工方案

10、v3.1 成孔方案：同于普通人工挖孔桩，桩基进尺过程中增设护壁，护壁混凝土C25混凝土，厚度150mm，护壁钢筋笼纵筋采用16200，箍筋采用12200。v3.2 钢筋笼制作：受制于溶洞高度，钢筋笼在井下制作。根据不同桩径采用不同钢筋笼。 、桩径为1.6m的桩基纵筋采用25螺旋筋（环向40根），单面焊10d；每隔2m设置22加强筋，自身搭接部分采用单面焊；同时在加强筋四周设置16定位钢筋，每组4根；箍筋为8200，满扎。 、桩径为2m的桩基纵筋采用28螺旋筋（环向40根），单面焊10d；每隔2m设置22加强筋，自身搭接部分采用单面焊；同时在加强筋四周设置16定位钢筋，每组4根；箍筋为8200，

11、满扎。 、钢筋笼预留140cm伸入承台。 混凝土采用垂直导管法进行灌注，下料顺利，C25混凝土为搅拌站拌，罐车运输，管理处及项目部实验人员随时对混凝土进行质量控制，根据灌注情况随时调节混凝土性能，较好的满足了施工需要。现场由专业工程师控制灌注进度和振捣效果，保证成桩质量，但由于增设护壁，扩大了桩径，混凝土方量超方率达到25%以上。浇筑结束时要确保桩基嵌入承台1015cm。 4.施工安全vA、孔内必须有照明设备,所有电器设备均应设置漏电保护开关；vB、挖孔工人必须配有安全帽、安全绳，必要时应搭设掩体；vC、出渣的吊桶、吊钩、钢丝绳、卷扬机等机具，必须经常检查，要求稳定牢固；vD、第一节护壁以高出

12、地面30cm为宜，防止土块、石块等坠落孔内伤人，无关人员不得靠近桩孔口。挖孔工作暂停时，孔口必须罩盖；vE、井孔应安设牢固可靠的安全梯，以便于施工人员上下；vF、孔内放炮后须迅速排烟，采用电动鼓风机放入孔底吹风，并按时对溶洞内进行通风，下井前先放“鸟笼”；vG、一个孔内进行爆破作业，其它孔内的施工人员也必须到溶洞外安全处躲避。四、溶洞内承台及支撑墙等混凝土结构施工 1、概况v 针对该溶洞上部洞径大、洞内施工条件好的无充填情况，采用了C30混凝土承台及C25钢筋混凝土支撑墙进行加固。承台分三段，厚度为2m，第一段承台起讫桩号为K2178+083.7K2178+097.5，位于隧道左侧；第二段承台

13、起讫桩号为K2178+097.5K2178+112.5，位于隧道左侧；第三段承台起讫桩号为K2178+112.5K2178+136.5，横穿隧道。隧道左侧承台宽度为6.7m，右侧承台宽度为2.23m，隧道左侧支撑墙底部宽度为5.7m，外侧坡比为1:0.2，上部紧贴岩壁，右侧支撑墙底部宽度为1.93m，外侧坡比为1:0.1，上部紧贴岩壁。在各段承台之间设置了1cm宽的变形缝，用泡沫板隔开。白须公1#隧道溶洞承台平面位置图 为加强承台支撑墙与隧道及溶洞洞壁的粘结力，在承台及支撑墙靠隧道一侧设置药卷锚杆。承台侧锚杆伸入围岩5m，间距0.6m0.6m，梅花形布置；并在承台侧架设通长横向联系梁，系梁钢筋

14、与隧道二衬钢筋连接；支撑墙侧锚杆长3.5m，伸入围岩2.5m，支撑墙顶部锚杆长4m，伸入围岩3m；支撑墙顶部约1m范围内采用C25早强喷射混凝土充填，并在混凝土内设置3m长50（壁厚4mm）注浆小导管，小导管间距1.5m。v 支撑墙作用有二：一是用来控制溶洞的横向跨度不再扩大；二是浇注支撑墙的同时，拱顶原有空隙部分用C25混凝土进行充填，消除支护与围岩之间的空隙，避免新建隧道洞顶出现空洞和偏压。v K2178+140处为避免隧道开挖对溶洞洞壁扰动造成塌方，在隧道右侧紧贴溶洞洞壁构建一道岩壁混凝土挡土墙，墙身长约10m，厚2m，高度至溶洞顶部。v 左侧支撑墙外侧考虑到隧道贯通后支撑墙将承受来自溶

15、洞顶围岩压力，采用了反压回填，回填高度为9m。v 2、施工同于普通钢筋混凝土结构。v 以上对特大溶洞先支护和加固工作宣告完成，为后开挖溶洞段隧道，创造了相对安全条件。 第四部分 监控量测v 业主委托长沙理工大学在溶洞处理及溶洞段的主洞开挖过程进行全程监控，其监测的主要技术路线如下：v1、在现有水文地质与工程地质勘测研究成果的基础上，采用工程类比法预估溶洞围岩变形分布特征，预测围岩稳定性状况。v2、监测点的合理布置，以使其更经济有效地满足洞室群施工全过程的安全监控和实现动态支护设计的资料需求。v3、采用数值模拟方法，评价结构整体以及处治结构与隧道、溶洞相结合部位的安全性和可靠性。v4、研究溶洞影响条件下隧道空间变形规律的研究，以及目前溶洞位置和尺寸条件下的施工对隧道围岩-支护体系的稳定性。v5、桩基作用在溶洞顶板上，其上部荷载主要通过桩基和周围岩土的摩擦力承担，研究桩基和下部溶洞整体是否处于一种稳定的状态。v6、采用激光断面仪调查溶洞精确形状，从静力学和动力学角度分析评价溶洞拱脚位置的隧道开挖对溶洞稳定性的影响。v7、对开挖爆破震动进行监测，控制爆破震动速度，优化爆破参数。第五部分 结束语 白须公1#隧道意外发现溶洞，结构复杂、处理困难、工程量巨大。上部20多米高一定范围溶洞顶要清理危石、锚喷加固，下部洞底由松