[摘要]319国道柘村隧道溶洞处理方法及效果。
[关键词]：隧道 溶洞处理方法
薄板焊接
一、工程简介及溶洞现状
柘村隧道是319国道萍莲段改建工程项目两座隧道之一，位于萍乡市湘东区白竺乡柘村与莲花县六市探家坊之间交界处。隧道全长760m，起止桩号为k1010+390~k1011+150，直线隧道。隧道断面采用单心圆设计，净宽为10.8m，最大净高为7.42m，最大埋深168m，二级公路，双向两车道，路面宽9m。隧道从出口往进口采取单口掘进施工，I、II、III类围岩采取上下长台阶开挖施工，IV、V类围岩采取全断面施工，二衬采用全段面整体衬砌。施工到k1010+480附近时揭露出有较大的溶洞与隧道横穿。
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该溶洞为充填性溶洞，无长流水，洞内水源主要为雨季地表塌陷区汇集水，填充物为粘土夹石或孤石。地表相对位置靠线路右侧为古塌陷区，塌陷影响面积已有500m2左右，塌陷中心在溶洞揭露后3个月内坍塌成为深约3m，直径4m的坍孔。经过物探和地质钻探后揭露该溶洞继续向左右两侧延伸发展，溶洞下填充物物探显示深达70米以上，钻探于15m全为粘土填充物，但局部地方有石笋出露。
二、处理思路和方法
根据溶洞现状，该溶洞洞体稳定，当地表采取注浆加固等防排水措施后，洞内充填物可维持现状，不会再出现流失。当充填物不流失，隧底可以采取软土地基加固的方法进行处理。软土地基处理方法分两部份，一为两侧边墙墙底基础加固，二为行车板下基础加固。边墙墙底基础加固采用桩基托梁的形式跨越溶洞，梁底桩基为高压旋喷桩，桩径为80cm，桩长为12m，每侧45根。边墙托梁设计为20m长，1.4m×1.0m的C25钢筋混凝土矩型梁，梁两头搭在基岩上不小于50cm。 行车道板基础加固采用复合地基加承载板，并对板下换填石渣进行注浆充填的形式跨越溶洞。复合地基旋喷桩桩径为120cm，桩长为9m，5排共60根。行车板设计为18m长50cm厚的C25钢筋混凝土板，板下换填石渣1m。
旋喷桩采用超高压，压力为28～32mpa；流量为90L/min；钻杆提速为8cm/min；转速为1
0r/min；喷嘴为2×φ1.8；旋喷桩28天抗压强度大于1.5mpa。施工时桩数和桩长可以根据实际情况进行调整，如桩长范围内遇有基岩，桩头需嵌入基岩不少于50cm。
三、边墙桩基托梁地基承载力计算：
边墙单侧桩基45根，3列15排，桩距较小，主要承受竖向静止荷载，可以把桩与桩间土看成为一个实体基础进行基底应力和沉降量计算。
1、基底应力p可以按式计算
f ——经深度（d+l）和宽度b修正的地基承载力设计值450kpa；
rG——桩基础与土平均重度，取20kN/m3；
F ——上部荷载，不考虑20米钢筋砼梁荷载再分配作用，为便于计算，并从保守角度出发，18米跨度的梁上荷载全部传递给桩基。F=1.2×18×1/2×(21+5+20)×2.5×104=12420kN；
CU——桩侧极限摩阻力，取20kpa；
U ——实体基础周长；
2、基底附加应力p0及地基沉降值计算
四、行车板复合地基承载力验算
fk——复合地基承载力；
m——面积置换率， m=1.22/(1.13×(1.5×1.8)0.5)2=0.42
n——桩土应力比，取3；
fs,k——桩间土天然地基承载力，取100kpa；
h0——荷载换算土层厚度；
N——车辆横向排列，路面可以并排3列汽车；
Q——汽-20一列布置荷载为440KN；
B——行车板宽度；
L——行车板长度；
五、施工方法和顺序废气焚烧
当地基加固处理完成后，经检查桩基满足设计要求，即开始施工两侧钢筋混凝土托梁，然后喷射施工二衬后的钢筋混凝土薄壳拱。薄壳拱主要作用是起模筑二衬混凝土时外模作用，同时可以简单防护洞顶零星掉土，挂防水布，布设环向盲管等作用。
薄壳拱形成后，分三模从最危险的区域向安全区域灌注钢筋混凝土衬砌，并在k1010+485和k1010+493处洞顶各予埋泵送混凝土管道两个和排气孔一个，便于回填时泵送混凝土。泵送混凝土时，两侧管道泵送混凝土不宜相差过多，一般30m3左右就需换边泵送混凝土，防止一侧混凝土泵送过多，对衬砌造成偏压，使之开裂。
溶洞段隧道排水主要依靠防水布后的环向盲管、纵向盲管。回填结束后还应再向溶洞内打眼引水并结合地表注浆封堵地表水等措施进行综合处理。
由于洞内溶洞与地表相连，洞顶覆盖层只有50多米，其中岩石圈25米左右，且岩石圈中溶洞空隙大，0.6m3左右的孤石可以从洞顶溶洞跌落到隧道中。当有地表水的挠动，地表土和和溶洞中的填充物必定会继续塌陷，当达到一定程度时，将会影响隧道结构安全。为减轻溶洞对隧道的影响，保证隧道营运安全，需要对塌陷区范围内的地表土进行注浆加固，一是围堵地表水，减轻地表水对地表土的影响，防止地表土继续塌陷。二是加固地表土，使地表土固结为一个整体，能够承受自身的重量，不再继续塌陷，所以地表采用静压注浆加固。浆液采用粘土固化浆液，比例为（粘土：水泥：水玻璃：粘土固化剂=750，750，15，2）。
首先根据塌陷区范围，圈定静压注浆加固面积，布置注浆孔位，确定注浆顺序，第一批先按设计压力1.5mpa注四周孔位的浆液，结束后再注中心孔位的浆液，中心孔位的注浆压力比设计压力要有所提高，增加到2.5～3mpa。
确定注浆孔位布置和方法后，先回填蹋空区，整平作业场地，然后用地质钻按布孔位置和顺序开始钻孔注浆。钻孔深度要根据钻孔地质情况而定，钻孔要深到岩石层6~8m，防止钻到较大孤石发生误判。
钻孔结束后，开始配置浆液进行注浆，由于粘土固化浆液凝结时间较慢，约一天才能完全凝固，所以注浆进度可以根据实际情况调整而不影响注浆效果。当发现单位时间内注浆量未减少而注浆压力却长时间处于低压，这时浆液通道有可能与溶洞贯通，浆液被压入溶洞空隙而流失，有违注浆加固初衷，就应暂停注浆，等过3~5小时后再重新压注浆液。这时注浆压力上升较快，浆液就大部分被压入土体，从而达到注浆加固土体效果。
静压注浆共布孔9个，经过一个半月的注浆作业，共钻孔318米，注2790m3浆液，地表蹋陷区基本得到稳定。
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六、溶洞处理效果
溶洞从5月8日开始进行处理，到8月31日溶洞回填结束，共经历了116天有效工作日，成功解决了隧道跨越溶洞问题。共完成工作量为：高压旋喷桩1620m，静压注浆2790m3，溶洞回填混凝土300m3。经过测量观测，k1010+500溶洞段隧道二衬无开裂现象，地板托梁无明显下沉，从托梁施工完成到回填混凝土施工结束，左侧累计最大下沉量为13mm，右侧累计最大下沉量为11mm，地基处理结果比较理想，达到预期效果。
七、经验总结
柘村隧道从2003年11月25日发现溶洞到2004年4月30日确定溶洞处理意见，共经历了5个月零5天，错过了处理溶洞的黄金时间。在发现溶洞到开挖通过溶洞至贯通隧道的一个半月中，溶洞基本上处于稳定状态，只有零星掉土，在这段时间中处理溶洞极为有利，但由于盲目贯通隧道和溶洞处理方案迟迟未定，导致后来雨季来临时，在地表水的挠动下，洞顶溶洞填充物和地表土冲开砸穿封堵溶洞的初期支护，以及因岩隙间的填充物的流失，使独立的孤石顺溶洞而下，给施工增加很大的危险性。
溶洞处理方法充分利用了溶洞中充填物的稳定性，在隧道狭小并充满危险的施工环境中，只有采取这种极为简单易行的办法才能发挥作用。相对其他的处理方法，这种处理所需机具，时间和施工难易程度都大为简单和节约。
备注：图表及公式请以PDF形式查看
