第３９卷，第５期 ２ ０’１ ４年１ ０月 公 路 工 程 Ｈｉｇｈｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．３９，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２ ０ １ ４ 隧道特大溶洞处理方案研究 罗（１．湖南交通职业技术学院，湖南长沙［摘斌 ，周利金 ４１０１３２；２．湖南交通科学研究院，湖南长沙４１００１５） 要］高速隧道特大溶洞在施工过程中一直存在大面积塌方，腔壁不稳定等问题。根据广西河池至都安 高速谢家峒一特大溶洞的实际情况及安全经济的原则，针对全断面回填泵送砼反开挖法、直接回填混合料反开挖 法、斜井回填混合料反开挖法及整体钢架台车支四种施工方案，进行了风险评估、可行性及经济性比较。综合 对比表明：泵送素混凝土回填反开挖的方案为首选方案。 ［关键词】隧道；特大溶洞；处理方案；对比 ［中图分类号］ｕ ４５６．３ ［文献标识码】Ａ 【文章编号］１６７４－０６１０（２０１４）０５－０２２０－０４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｓｕｐｅｒ－ｈｕｇｅ Ｋａｒｓｔ Ｔｕｎｎｅｌ ‘ＬＵＯ Ｂｉｎ ，ＺＨＯＵ Ｌｉｊｉｎ （１．Ｈｕｎａｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１０１３２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｈｕｎａｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ ４１００１５，Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｄｕｒｉｎｇ Ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｔｕｎｎｅｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｓｕｐｅｒ—ｈｕｇｅ ｋａｒｓ ｗａｓ ｍｅｔ．Ｂｅｃａｕｓｅ ｉｔ’Ｓ ｃａｖｉｔｙ ｗａｌｌ ｗａｓ ｉｎｓｔａｂｌｅ，ｉｔ ｎｅｅｄｅｄ ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ，ｓａｆｅ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ， ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｔｈｅｙ ｗｅｒｅ ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ．ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｐｕｍｐｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｔｉ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｄｉｒｅｃｔ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｍｉｘ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｓｌｏｐｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｍｉｘ ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｔｅｅｌ ｔｒｏｌｌｅｙ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｆｏｕｒ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｃｈｅｍｅ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｓｈｏｗｅｄ ｐｕｍｐｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｂａｃｋｆｉｌｌ ｂａｃｋ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｗａｓ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｔｕｎｎｅｌ；ｓｕｐｅｒ・ｈｕｇｅ ｋａｒｓｔ ｔｕｎｎｅｌ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｃｏｎｔｒａｓｔ １ 问题提出 广西河池至都安高速谢家峒在施工过程中揭露 一特大溶洞，溶洞高５０ ｍ，宽５２ ｍ左右（见图１），与 左洞ＺＫ２８＋８１７溶洞相连通，此溶洞与左线隧道相 交处宽１４ ｍ，与右线隧道中心相交处宽度约５０ ｍ。 本隧道区属岩溶峰丛谷地，隧道穿越三座连体山峰， 山峰问为洼地，地形呈锯齿状，局部呈瓶状，整体中 部高，两侧低。隧道进出口前为谷地，高程在１５４～ ｌ８３ ｍ之间，隧道区未见滑坡、崩塌等不良地质现 象，进出口自然斜坡较稳定。隧道区岩溶不甚发育， 主要发育有溶洞、落水洞、溶蚀裂隙，但大部分岩体 较完整，局部破碎，掘进时洞顶及侧壁可能产生小坍 塌或掉块现象（见图２～图４）。 图１大溶洞实物图 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｌａｒｇｅ ｃａｖｅ ｒｅａｌ ｔｕｔｕ 前期溶洞顶板水平状围岩出现断板、掉落是因为受 早期爆破震动及外力作用所致，而目前大溶洞水平 围岩已趋于稳定，可采用保护架作为施工安全保护 措施的方案进行施工。然而，在施工准备阶段，大溶 洞再一次发生塌方，塌方量有３ ０００ ｍ 左右，（见图 ５）所示，故应采用更安全的方法进行施工。 大溶洞第一次塌方后，经过～段时间观察，认为 【收稿日期］２０１４—０４—０４ ［作者简介】罗斌（１９７３一），男，湖南长沙人，硕士，副教授，主要从事岩土工程施工和教学工作。 第５期 罗 斌，等：隧道特大溶洞处理方案研究 ２２ｌ 况，提出了“隧道特大溶洞”４种处理方案 引。 ２．１ 方案１全断面回填泵送砼反开挖法 全断面回填泵送砼反开挖法（见图６）所示，具 体施工步骤如下…： 图２溶洞地质图 Ｆｉｇｕｒｅ ２ Ｋａｒｓｔ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｍａｐ 图６全断面回填泵送砼反开挖法 Ｆｉｇｕｒｅ ６ Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ ｐｕｍｐｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｔｉ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ①根据溶腔的高度选用短臂架混凝土泵车（壁 架高度ｌ３～２８ ｍ，布料水平距离不小于３５ ｍ），摆放 在溶洞口加固及平整处，同时要确保臂架能完全伸 展开： 图３溶洞正面左视图 Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｋａｒｓｔ ｆｒｏｎｔ ｌｅｆｔ ｖｉｅｗ ②操作人员站在溶洞外隧道已施工二衬位置， 通过遥控器指挥布料，布料要由水平最远处向溶洞 口处泵送，从隧道左侧向右侧，分层缓慢泵送，以减 少隧道右侧的自然流淌量； ③接近隧道溶洞口交接处，安装支架模板，预 留泵送管口，进行端头混凝土封闭； ④待回填混凝土有一定强度后，再进行反开 挖，初支采用间距５０ ｅｍ的Ｉ２０ａ型钢拱架，初支闭 合成环，直至安全穿越大溶洞； 图４溶洞正面右视图 Ｆｉｇｕｒｅ ４ Ｋａｒｓｔ ｆｒｏｎｔ １ ｒｉｇｈｔ ｖｉｅｗ 最后实施复合地基加固处理和二次衬砌的施 工。 ２．２ 方案２直接回填混合料反开挖法 直接回填混合料反开挖法（见图７）所示，具体 施工步骤如下 ： ①按照方案１的方法泵送混凝土并封闭端头； 泵送混凝土 图５ 大溶洞再次塌方落石图片 Ｆｉｇｕｒｅ ５ ｌ，ａｒｇｅ ｃａｖｅ ａｇａｉｎ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｒｏｅｋｆａｌｌ ２处理方案比选 由于溶洞围岩稳定性不能确定，因此方案必须 本着安全稳妥、万无一失的原则。根据现场实际情 图７直接回填混合料反开挖法 Ｆｉｇｕｒｅ ７ Ｄｉｒｅｃｔ ｆｉｌｌｉｎｇ ｍｉｘｔｕｒｅ ａｎｔｉ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ２２２ 公路工程 ３９卷 一／ ＼ 一 ｄ７ ４２ ｘ４超Ｉ２０ ａ型钢拱 荔ｍｍ ４ａｒ ｍ，＇１ 攀 Ｌ Ｉ１ １ ＼／ 距５塑，纵向 ．０ｔｉｎｊ栌 ． ＼ ＼ ：；；露： 图９整体钢架台车支 Ｆｉｇｕｒｅ ９ Ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓｔｅｅｌ ｔｒｏｌｌｅｙ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ 架台车不足的洞壁进行扩挖，一次性扩挖的距离无 需过长，要确保扩挖的人员机具的安全以及钢架台 车第一次拼装的长度； ②采用型钢拱作为主骨架，设置门架式横纵绗 架支撑，加强整个钢架台车的刚度和稳定性；整个节 段尽可能采用开孔螺栓联接，钢板要分层错位预留 窗口以便后续的泵送混凝土护拱； ③将加工好的节段进行简易定位拼装，加固好 后再从预留的窗口，从隧道左侧向右侧，分层缓慢泵 送混凝土，以减少隧道右侧的自然流淌量； ④第一节钢架台车护拱形成并具有一定的强 度后，再按照①一③的循环步骤完成后续节段的钢 架台车施工，直至安全穿越大溶洞；最后实施复合地 基加固处理和二次衬砌的施工。 ３ 方案评价 ３．１施工安全风险评估 根据交通部《公路桥梁与隧道工程施工安全风 险评估制度及指南解析》中的作业条件危险性评估 法评估如下Ｈ’。佗］： 方案１：事故发生的可能性为极不可能，分值取 ０．２；暴露于危险环境（溶洞裸腔内）的频繁程度：仅 仅为驾驶泵车驶入溶洞口进行摆放的时间，为偶然 暴露，分值取３；发生事故造成的后果：为严重伤残， 分值取７；风险值为４．２。 方案２：事故发生的可能性为完全意外，很少可 能，分值取１；暴露于危险环境（溶洞裸腔内）的频繁 程度：为传送回填碎石所用铲车及泵送砼的泵车，为 工作时间内暴露，分值取６；发生事故造成的后果： 为一人死亡，分值取１５；风险值为９０。 方案３：事故发生的可能性为完全意外，很少可 能，分值取１；暴露于危险环境（溶洞裸腔内）的频繁 程度：为开挖斜井的工人及平整回填碎石所用的铲 车，为偶然暴露，分值取３；发生事故造成的后果：为 第５期 一罗斌，等：隧道特大溶洞处理方案研究 表１风险评估及危险等级表 ２２３ 人死亡，分值取１５；风险值为４５。 方案４：事故发生的可能性为完全意外，很少可 Ｔａｂｌｅ １ Ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｉｓｋ ｒａｔｉｎｇ ｓｃａｌｅ 能，分值取ｌ；暴露于危险环境（溶洞裸腔内）的频繁 程度：平整台车前方场地的勾机、铲车，拼装钢架台 车的工人，为工作时间内暴露，分值取６；发生事故 造成的后果：为一人死亡，分值取１５；风险值为９０。 ４种方案施工安全风险评估结果（见表１）。 ３．２施工经济性分析 ４种施工方案经济性分析结果（见表２）。 ３．３综合对比评价 综合对比评价结果（见表３）。 表２施工经济性分析表 Ｔａｂｌｅ ２ Ｔａｂｌｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｅｃｏｎｏｍｙ ［４］ 张守周．隧道穿越大型充填型溶洞的工程地质勘察技术研究 ４ 结论 ①充分考虑施工经济性可行性以及安全系数， 特别是要保证一切以施工和运营期间安全为最重要 的前提，推荐采用方案１。 ②此次对该隧道溶洞处理方案设计及评估，为 以后相类似的隧道工程积累了宝贵的经验和财富， ［Ｊ］．科技信息，２００９（２４）：５０—５３． ［５］ 支卫清．公路隧道穿越大型溶洞处理方案的确定［Ｊ］．现代隧 道技术，２００６（０５）：７０—７３． ［６］ 余善荣．红岩隧道特大坍方段处理方案设计［Ｊ］．公路，２００３ （１１）：１２０—１２２． ［７］ 李杰，黄永红．隧道施工中几种典型岩溶的处理［Ｊ］．铁道建 筑技术，２００２（１）：６０—６２． 以后遇到类似的工程可以借鉴以上的处理方法。 ［参考文献］ 何新凯．隧道塌方的处理技术［Ｊ］．公路工程，２０１１（２）：１３７ 一［８］ 秦茂军．高速公路长大隧道施工塌方及处理方案研究［Ｊ］．建 筑技术，２００９（１０）：９３８—９４０． ［９］ 刘清文．铁路隧道溶洞处理技术［Ｊ］．西部探矿工程，２００５ （Ｏ７）：５０—５２． ［ｔ０］ 贾朝林，吴亮，大岩隧道溶洞处理施工技术［Ｊ］．硅谷，２０１１ （１）：９２—９５． ｌ３９． ［２］ 蒋正华．隧道洞口地形偏压段的新型设计与施工方法［Ｊ］．公 路工程，２０１０（２）：８９—９０． ［１１］ 姜云．公路隧道围岩大变形的预测预报与对策研究［Ｄ］．成 都：成都理工大学，２００４． ［１２］ＪＴＧ ０４２—９４，公路隧道施工技术规范［Ｓ］． ［３］ 史晓琼．青坪隧道浅埋偏压及滑坡处治安全监测研［Ｊ］．公路 工程。２０１２（２）：１５７—１５９． （上接第２１９页） ［２］ 何憔登．地震勘探原理和方法［Ｍ］．北京：地质出版社，１９８６． ［３］ 王振东．浅层地震勘探应用技术［Ｍ］．北京：地质出版社 １９９４． ［参考文献］ ［１］傅良魁．应用地球物理教程［Ｍ］．北京：地质出版社，１９９１ ［４］ 朱长安．断层破碎带隧道地震反应规律的数值模拟研究［Ｊ］公路，２０１２（４）：２５４—２５９．
