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中铁八局集团第一工程有限公司 重庆 400053
摘要：在高速公路修建过程中，若遇到喀斯特地质，隧道极易穿越溶洞，会给工程建设带来巨大的难度，处理不当将会给隧道运营带来严重的安全隐患。本文以城口至万源快速公路八台山隧道为例，详细阐述了公路隧道遇到溶洞的情况下的处置技术，包括底部处理、地基加固、拱圈加强，望能为类似工程提供参考数据。
关键词：隧道；溶洞；加固；防护；结构
一、工程概况
城口至万源快速公路通道工程八台山隧道位于重庆市城口县双河乡柳河村。本工程分为主洞和避难通道两个隧道。主洞为双向单车道，为主隧道，设计公路等级为二级，设计时速60km/h；主洞起讫里程为K43+210～K48+480，全长5270m；避难通道起讫里程为YK43+206～YK48+450，全长5244m。
八台山隧道洞身穿越二叠系下统茅口组、上统吴家坪组、长兴组、三叠系下统大冶组一至四段、嘉陵江组一至四段，其主要岩性为灰岩、白云岩、岩溶角砾岩、泥质灰岩等，龙潭河构成隧道区地下水最低排泄基准面。
1-1八台山隧道纵断面图
八台山隧道进口端于2012年8月3日施工，至K45+480时揭示出大型溶洞，该溶洞长约87米（K45+480～K45+567），宽约35-66米，高度10-50米（可见高度），走向大致与线路中线一致，由左向右前方斜交，揭露后溶腔壁局部有掉块现象，节理呈发育状态，总体较完整、稳定，局部有滴水现象。在溶腔内有填充物主要为大块孤石夹小块石、碎石等，既有堆积物干燥无水，以隧道路面高程为基准，自K45+500向大里程方向约45度向上堆积，至K45+560最高点近30m。
二、溶洞工程水文地质条件
隧道区穿越八台山-大宁厂向斜两翼，两翼均有次级构造，岩层产状变化较大八台山-大宁厂向斜次级背斜-2。位于隧道里程K45+625处，隧道近垂直穿越，轴向北西-
南东向，轴部地层为二叠系茅口组，两翼地层为二叠系至三叠系大冶组，北东翼
2-1溶洞平面图
倾角50度～58度，南西翼倾角58度～69度。
地勘报告显示，该溶洞内既有堆积物干燥无水，溶洞四壁无水，为干溶洞，在8月、9月雨季时，只局部有少量滴水现场，现阶段溶洞垂直向上发育，其渗入的岩溶水对隧道影响有限。对经过区内水文地质条件分析，受W607地下暗河系统河道下切影响，目前推测其雨季水位位于高程818m以下，由于该地下河汇水面积相对较小，地表地形地貌及背斜外围页岩隔水层阻隔不利于雨水下渗，平水期水量较小，为1L/s，雨季出口可达约100L/s，通过溶洞段雨季水位距离路面设计标高大于26m，暗河水在目前条件下不可能进入溶洞内对隧道产生影响。
三、溶洞处理技术
3.1辅助坑道
为解决八台山隧道主洞（进口端）掌子面掘进受阻问题，由3#车行横通向避难通道迂回至K45+752，进入主洞继续施工。
3.2堆积体清理及溶腔壁加固
（1）挖机配合自卸车清理溶洞内堆积物，沿隧道纵向开挖至设计标高下2m。
（2）K45+480-K45+500段是隧道主洞与溶洞过度段，围岩破碎且裂隙发育，应对其进行加固处理，加固范围为沿两侧溶洞壁至拱顶上3m可操作范围内。采用18工字钢作为初支加劲措施，纵向间距0.5m；Ф22砂浆锚杆（L=3.5m），垂直巖面打入，并施作环向及纵向排水波纹管，喷射厚24cmC20混凝土造壳；待喷射混凝土强度达到要求后，对围岩裂隙泵送C25混凝土，厚1.5m；完成过渡段支护处治。
3.2-1溶腔壁加固处理
3.3溶洞防护
由于溶洞整体呈椎形，溶腔壁局部有掉块，且受避难通道掘进爆破施工影响，扔有零星块石掉落，溶洞内作业十分危险。为保证施工安全，溶洞内设置多处照明设施并有专职安全员时刻观察危险情况，人工操作范围内设置临时安全防护棚架，防护棚架采用18型钢和HRB335钢筋制作。
3.3-1防护棚示意图
3.4溶洞基底注浆
（1）溶洞内为坍塌堆积物，且夹杂大块孤石，为保证注浆加固效果，将露出孤石爆破清除，挖机粗平后对结构物范围内溶洞基底采用20t振动式压路机碾压6-8遍。
（2）碾压密实后进行人工找平，施作20cm厚的C25止浆层，并对K45+480-K45-548段基底堆积物进行注浆加固处理。由于钻孔位于堆积物上，塌孔严重，成孔十分困难，为防止塌孔，将钻孔直径加大为110mm。
（3）溶洞内堆积物存在夹杂大块孤石等情况，推测堆积物内空隙大小不一，每孔注浆分两次进行：第一次注浆为避免浆液过浓导致不能充分渗透堆积物，采用0.5：1水泥浆液，注浆压力0.5Mpa，使浆液充分向下渗透空隙；第二次注浆因前一次注浆已将堆积物底部压注密实，因此采用1：1水泥浆液，注浆压力0.3-0.5Mpa，使浆液向四周充分渗透扩散，达到注浆效果。
3.5基础底板、偏压墙及护拱
（1）注浆加固完成后，在止浆层上施作1.8m厚钢筋混凝土底板及偏压墙，偏压墙 与二衬有连接筋连接形成整体。
（2）偏压墙完成后，在顶部预埋护拱工字钢连接钢板，护拱为工字钢结构（外层18工字钢，内层22a工字钢），分段加工吊车吊装。因护拱最大跨度达14m，在吊装时采用开挖台车进行临时加固，每榀护拱间采取钢筋纵向连接形成整体，连接筋间设网片。外层工字钢喷射24cm厚C20混凝土造壳。
（3）护拱混凝土采取整体浇筑成型，对护拱内外层钢架间采用14工字钢进行加固；护拱内层工字钢安装模板并加固；在工字钢上设固定监控量测点位，混凝土采取泵送，浇筑期间定时测量，及时掌握工字钢形变数据并配合控制混凝土浇筑速度。 3.6拱顶吹沙
（1）溶洞揭露后，洞内空气运动加速，洞顶岩体风华速度可能加快，不排除出现较大体积的块石掉落情况，威胁衬砌结构安全，因此在护拱顶部以上施作2m厚吹沙回填，作为预防落石的缓冲层。
（2）二次衬砌完工后施作拱顶吹沙，采用JCK-800普压喷砂机施作，通过预留孔进行吹砂作业。吹填料选取砂质洁净中、粗沙，含泥量小于15%的干砂。吹沙结束后及时用水泥砂浆封堵吹沙孔，封堵厚度同衬砌厚度。
3.7隧道结构
（1）K45+480-K45+490段为过度加强段，隧道采用加强型复合式衬砌，24cm厚C20喷射混凝土初期支护及70cm厚C25钢筋混凝土二次衬砌。
（2）K45+490-K45+548段为明洞衬砌段，隧道采用拱顶设置2m吹沙缓冲层，1m厚C25护拱混凝土及1.2m厚C25钢筋混凝土二次衬砌的加强型衬砌。
3.7-1八台山隧道溶洞处理典型断面图
四、结语
八台山隧道K45+480-K45+567大型溶洞处理完成后即开展隧底沉降监测工作，根据监测结果，隧底沉降量满足相关规范要求，隧道结构处于正常工作状态，说明处理方案是安全、可靠的，经以上工程实践，有如下认识：
（1）八台山隧道K45+480-K45+567大型溶洞为干燥无水溶洞，采用的基础加固+明洞方案可充分利用溶洞内原堆积物，避免大量换填，施工工艺简单，结构安全可靠。
（2）为避免堆积物过多的工后沉降，采用了注浆加固+钢筋混凝土底板的综合地基处理方案，保证了结构安全。
（3）溶洞揭露后空气流动导致洞顶岩石风化加速，在隧道二次衬砌外加设1m厚混凝土护拱及2m厚吹沙缓冲层，保证了在施工期间及漫长的营运期间避免出现大块石掉落对隧道衬砌造成损害的风险，保证了隧道的营运安全。
参考文献：
[1]重庆市交通规划勘察设计院.城万快速公路通道工程CW09合同段八台山隧道K45+480-K45+567段溶洞处治方案设计[R]，重庆：2012
[2]重庆市重庆江北地质工程勘察院.八台山隧道K45+480-K45+567段溶洞施工勘察报告[R]，重庆：2012
[3]马涛.宜万铁路龙麟宫隧道1#大型溶洞处理技术研究[A].湖北武汉，《铁道标准设计》 2010年08期
[4]宋长甫.龙麟宫隧道大型溶洞支顶加固技术[J]；铁道标准设计；2007年09期
[5]杨兵.宜万铁路马鹿箐隧道岩溶灾害的工程处治技术[J]；地下空间与工程学报；2011年03期
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图4.3 主墩应力测点布置示意图
施工过程中各主要截面应力误差分析：（以6号墩1号块为例）
表1 6号墩1号块施工完成后应力误差（MPa）
测点 施工块号 阶段长度（m） 理论应力（MPa） 实测应力（MPa） 差值（MPa） 控制压应力（MPa） 控制拉应力（MPa） 是否满足
2断面 1 1#块 3 1.01 0.97 -0.04 29.05 -3.37 是
2 3 1.01 0.95 -0.06 29.05 -3.37 是
3 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
4 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
3断面 1 3 1.01 0.96 -0.05 29.05 -3.37 是
2 3 1.01 0.92 -0.09 29.05 -3.37 是
3 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
4 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
通过对浇筑后以及预应力束张拉后各节段标高和控制断面的应力数据的监测，实测数据显示，梁体高程與控制截面应力均符合设计和规范要求，成桥后各测试截面均为压应力，未出现危及结构安全的拉应力，结构强度满足设计要求，且具有一定的安全储备。
6 结论
本文对某山区长大桥从有限元模型建立、施工监测方法、线形控制、应力控制等方面的施工监控过程进行了阐述。通过实际监测数据对各种有限元模拟参数进行估计和修正，用于指导和控制施工，使得各施工阶段的实际状态，最大限度地接近理想状态，确保了成桥后的内力状态和几何线型符合设计要求。
参考文献：
[1]范立础.桥梁工程（上、下册）.北京：人民交通出版社，1996
[2]邹积君，王全录.瞪口黄河预应力混凝土大桥施工控制技术研究.森林工程，2004
[3]彭昌利，王荣辉.悬臂施工预拱度的研究.广州：华南理工大学土木与交通学院，2009
[4]张启伟，袁万城，范立础。大型桥梁结构安全监测的研究现状与发展。同济大学学报，第25卷（增刊），1997
[5]程翔云.悬臂施工中的预拱度设置.公路，1995
[6]史家钧，邵志常。上海徐浦大桥结构状态监测系统。第十三届全国桥梁学术会议论文集，1998.11.16～19，上海
摘要：在高速公路修建过程中，若遇到喀斯特地质，隧道极易穿越溶洞，会给工程建设带来巨大的难度，处理不当将会给隧道运营带来严重的安全隐患。本文以城口至万源快速公路八台山隧道为例，详细阐述了公路隧道遇到溶洞的情况下的处置技术，包括底部处理、地基加固、拱圈加强，望能为类似工程提供参考数据。
关键词：隧道；溶洞；加固；防护；结构
一、工程概况
城口至万源快速公路通道工程八台山隧道位于重庆市城口县双河乡柳河村。本工程分为主洞和避难通道两个隧道。主洞为双向单车道，为主隧道，设计公路等级为二级，设计时速60km/h；主洞起讫里程为K43+210～K48+480，全长5270m；避难通道起讫里程为YK43+206～YK48+450，全长5244m。
八台山隧道洞身穿越二叠系下统茅口组、上统吴家坪组、长兴组、三叠系下统大冶组一至四段、嘉陵江组一至四段，其主要岩性为灰岩、白云岩、岩溶角砾岩、泥质灰岩等，龙潭河构成隧道区地下水最低排泄基准面。
1-1八台山隧道纵断面图
八台山隧道进口端于2012年8月3日施工，至K45+480时揭示出大型溶洞，该溶洞长约87米（K45+480～K45+567），宽约35-66米，高度10-50米（可见高度），走向大致与线路中线一致，由左向右前方斜交，揭露后溶腔壁局部有掉块现象，节理呈发育状态，总体较完整、稳定，局部有滴水现象。在溶腔内有填充物主要为大块孤石夹小块石、碎石等，既有堆积物干燥无水，以隧道路面高程为基准，自K45+500向大里程方向约45度向上堆积，至K45+560最高点近30m。
二、溶洞工程水文地质条件
隧道区穿越八台山-大宁厂向斜两翼，两翼均有次级构造，岩层产状变化较大八台山-大宁厂向斜次级背斜-2。位于隧道里程K45+625处，隧道近垂直穿越，轴向北西-
南东向，轴部地层为二叠系茅口组，两翼地层为二叠系至三叠系大冶组，北东翼
2-1溶洞平面图
倾角50度～58度，南西翼倾角58度～69度。
地勘报告显示，该溶洞内既有堆积物干燥无水，溶洞四壁无水，为干溶洞，在8月、9月雨季时，只局部有少量滴水现场，现阶段溶洞垂直向上发育，其渗入的岩溶水对隧道影响有限。对经过区内水文地质条件分析，受W607地下暗河系统河道下切影响，目前推测其雨季水位位于高程818m以下，由于该地下河汇水面积相对较小，地表地形地貌及背斜外围页岩隔水层阻隔不利于雨水下渗，平水期水量较小，为1L/s，雨季出口可达约100L/s，通过溶洞段雨季水位距离路面设计标高大于26m，暗河水在目前条件下不可能进入溶洞内对隧道产生影响。
三、溶洞处理技术
3.1辅助坑道
为解决八台山隧道主洞（进口端）掌子面掘进受阻问题，由3#车行横通向避难通道迂回至K45+752，进入主洞继续施工。
3.2堆积体清理及溶腔壁加固
（1）挖机配合自卸车清理溶洞内堆积物，沿隧道纵向开挖至设计标高下2m。
（2）K45+480-K45+500段是隧道主洞与溶洞过度段，围岩破碎且裂隙发育，应对其进行加固处理，加固范围为沿两侧溶洞壁至拱顶上3m可操作范围内。采用18工字钢作为初支加劲措施，纵向间距0.5m；Ф22砂浆锚杆（L=3.5m），垂直巖面打入，并施作环向及纵向排水波纹管，喷射厚24cmC20混凝土造壳；待喷射混凝土强度达到要求后，对围岩裂隙泵送C25混凝土，厚1.5m；完成过渡段支护处治。
3.2-1溶腔壁加固处理
3.3溶洞防护
由于溶洞整体呈椎形，溶腔壁局部有掉块，且受避难通道掘进爆破施工影响，扔有零星块石掉落，溶洞内作业十分危险。为保证施工安全，溶洞内设置多处照明设施并有专职安全员时刻观察危险情况，人工操作范围内设置临时安全防护棚架，防护棚架采用18型钢和HRB335钢筋制作。
3.3-1防护棚示意图
3.4溶洞基底注浆
（1）溶洞内为坍塌堆积物，且夹杂大块孤石，为保证注浆加固效果，将露出孤石爆破清除，挖机粗平后对结构物范围内溶洞基底采用20t振动式压路机碾压6-8遍。
（2）碾压密实后进行人工找平，施作20cm厚的C25止浆层，并对K45+480-K45-548段基底堆积物进行注浆加固处理。由于钻孔位于堆积物上，塌孔严重，成孔十分困难，为防止塌孔，将钻孔直径加大为110mm。
（3）溶洞内堆积物存在夹杂大块孤石等情况，推测堆积物内空隙大小不一，每孔注浆分两次进行：第一次注浆为避免浆液过浓导致不能充分渗透堆积物，采用0.5：1水泥浆液，注浆压力0.5Mpa，使浆液充分向下渗透空隙；第二次注浆因前一次注浆已将堆积物底部压注密实，因此采用1：1水泥浆液，注浆压力0.3-0.5Mpa，使浆液向四周充分渗透扩散，达到注浆效果。
3.5基础底板、偏压墙及护拱
（1）注浆加固完成后，在止浆层上施作1.8m厚钢筋混凝土底板及偏压墙，偏压墙 与二衬有连接筋连接形成整体。
（2）偏压墙完成后，在顶部预埋护拱工字钢连接钢板，护拱为工字钢结构（外层18工字钢，内层22a工字钢），分段加工吊车吊装。因护拱最大跨度达14m，在吊装时采用开挖台车进行临时加固，每榀护拱间采取钢筋纵向连接形成整体，连接筋间设网片。外层工字钢喷射24cm厚C20混凝土造壳。
（3）护拱混凝土采取整体浇筑成型，对护拱内外层钢架间采用14工字钢进行加固；护拱内层工字钢安装模板并加固；在工字钢上设固定监控量测点位，混凝土采取泵送，浇筑期间定时测量，及时掌握工字钢形变数据并配合控制混凝土浇筑速度。 3.6拱顶吹沙
（1）溶洞揭露后，洞内空气运动加速，洞顶岩体风华速度可能加快，不排除出现较大体积的块石掉落情况，威胁衬砌结构安全，因此在护拱顶部以上施作2m厚吹沙回填，作为预防落石的缓冲层。
（2）二次衬砌完工后施作拱顶吹沙，采用JCK-800普压喷砂机施作，通过预留孔进行吹砂作业。吹填料选取砂质洁净中、粗沙，含泥量小于15%的干砂。吹沙结束后及时用水泥砂浆封堵吹沙孔，封堵厚度同衬砌厚度。
3.7隧道结构
（1）K45+480-K45+490段为过度加强段，隧道采用加强型复合式衬砌，24cm厚C20喷射混凝土初期支护及70cm厚C25钢筋混凝土二次衬砌。
（2）K45+490-K45+548段为明洞衬砌段，隧道采用拱顶设置2m吹沙缓冲层，1m厚C25护拱混凝土及1.2m厚C25钢筋混凝土二次衬砌的加强型衬砌。
3.7-1八台山隧道溶洞处理典型断面图
四、结语
八台山隧道K45+480-K45+567大型溶洞处理完成后即开展隧底沉降监测工作，根据监测结果，隧底沉降量满足相关规范要求，隧道结构处于正常工作状态，说明处理方案是安全、可靠的，经以上工程实践，有如下认识：
（1）八台山隧道K45+480-K45+567大型溶洞为干燥无水溶洞，采用的基础加固+明洞方案可充分利用溶洞内原堆积物，避免大量换填，施工工艺简单，结构安全可靠。
（2）为避免堆积物过多的工后沉降，采用了注浆加固+钢筋混凝土底板的综合地基处理方案，保证了结构安全。
（3）溶洞揭露后空气流动导致洞顶岩石风化加速，在隧道二次衬砌外加设1m厚混凝土护拱及2m厚吹沙缓冲层，保证了在施工期间及漫长的营运期间避免出现大块石掉落对隧道衬砌造成损害的风险，保证了隧道的营运安全。
参考文献：
[1]重庆市交通规划勘察设计院.城万快速公路通道工程CW09合同段八台山隧道K45+480-K45+567段溶洞处治方案设计[R]，重庆：2012
[2]重庆市重庆江北地质工程勘察院.八台山隧道K45+480-K45+567段溶洞施工勘察报告[R]，重庆：2012
[3]马涛.宜万铁路龙麟宫隧道1#大型溶洞处理技术研究[A].湖北武汉，《铁道标准设计》 2010年08期
[4]宋长甫.龙麟宫隧道大型溶洞支顶加固技术[J]；铁道标准设计；2007年09期
[5]杨兵.宜万铁路马鹿箐隧道岩溶灾害的工程处治技术[J]；地下空间与工程学报；2011年03期
上接第73页
图4.3 主墩应力测点布置示意图
施工过程中各主要截面应力误差分析：（以6号墩1号块为例）
表1 6号墩1号块施工完成后应力误差（MPa）
测点 施工块号 阶段长度（m） 理论应力（MPa） 实测应力（MPa） 差值（MPa） 控制压应力（MPa） 控制拉应力（MPa） 是否满足
2断面 1 1#块 3 1.01 0.97 -0.04 29.05 -3.37 是
2 3 1.01 0.95 -0.06 29.05 -3.37 是
3 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
4 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
3断面 1 3 1.01 0.96 -0.05 29.05 -3.37 是
2 3 1.01 0.92 -0.09 29.05 -3.37 是
3 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
4 3 -0.03 -0.03 0 29.05 -3.37 是
通过对浇筑后以及预应力束张拉后各节段标高和控制断面的应力数据的监测，实测数据显示，梁体高程與控制截面应力均符合设计和规范要求，成桥后各测试截面均为压应力，未出现危及结构安全的拉应力，结构强度满足设计要求，且具有一定的安全储备。
6 结论
本文对某山区长大桥从有限元模型建立、施工监测方法、线形控制、应力控制等方面的施工监控过程进行了阐述。通过实际监测数据对各种有限元模拟参数进行估计和修正，用于指导和控制施工，使得各施工阶段的实际状态，最大限度地接近理想状态，确保了成桥后的内力状态和几何线型符合设计要求。
参考文献：
[1]范立础.桥梁工程（上、下册）.北京：人民交通出版社，1996
[2]邹积君，王全录.瞪口黄河预应力混凝土大桥施工控制技术研究.森林工程，2004
[3]彭昌利，王荣辉.悬臂施工预拱度的研究.广州：华南理工大学土木与交通学院，2009
[4]张启伟，袁万城，范立础。大型桥梁结构安全监测的研究现状与发展。同济大学学报，第25卷（增刊），1997
[5]程翔云.悬臂施工中的预拱度设置.公路，1995
[6]史家钧，邵志常。上海徐浦大桥结构状态监测系统。第十三届全国桥梁学术会议论文集，1998.11.16～19，上海