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【摘要】岩溶是可溶性岩层（如石灰岩、白云质灰岩等）受具有溶解能力（含CO2）的水的长期作用而产生的，由于溶蚀的形成、位置、塌陷作用的不同，岩溶体形态、大小也不同。以洞头山隧道在施工中所遇岩溶处治方案为例，介绍在该类溶岩处治过程中的一些施工方法，供类似隧道岩溶处治参考。
【关键词】公路隧道；岩溶；处治方案
1、工程概况
1.1工程概述
武靖高速洞头山隧道位于邵阳市城步县丹口镇至长铺子镇为分离式隧道，隧道呈曲线型展布，隧道总体轴线方向约309°；左线隧道起讫桩号ZK37+270～ZK38+620，总长1350m，隧道最大埋深约247m，位于ZK37+740。右线隧道起讫桩号YK37+285～YK38+600，总长1315m，隧道最大埋深约243m，位于YK37+720处。隧道形式为离式，净空（宽×高）均为10.25×5m，采用电光照明，机械通风。隧道洞门形式进口均为端墙式，出口均为削竹式。
1.2 岩溶的基本特征
2016年5月17日洞头山隧道右洞出口掌子面向进口方向开挖至YK38+001，右线隧道剩余86贯通，在施工超前探孔时发生涌水现象，初始涌水含大量泥质填充物，初始涌水量约1500m?/d。现场采取了相关应急措施后，在上台阶掌子面中部施工三个泄水孔进行排水，排水三天后，掌子面涌水量减小至400m?/d。
通过对掌子面超前地质预报、地表水系调查、洞内45～50m超前小平钻孔等地质资料确定：YK37+915～YK38+001段主岩溶发育段，灰岩带宽约75米，与隧道交角约60?，区段内岩溶溶腔发育，在YK37+920～YK37+945段、YK37+960～YK37+990段形成两大主要溶腔，溶腔内富含岩溶水为进、出口掌子面涌水的主要原因。
2、岩溶段总体施工方案
2.1总体处置方案
采用长管棚对拱部土体进注浆加固，管棚内置4根Φ20钢筋笼，形成较大刚度的棚架固结支护体系，保证下方开挖施工的安全。考慮本段拱部以上均为岩溶空腔填充体，目前能探测到的厚度已超7m厚，管棚的注浆加固范围有限，主要起大刚度棚架作用。当拱部填充体厚度较大时，恐难以满足支护刚度要求，同时边墙无管棚部位也需进行超前加固，避免边墙部位产生涌水涌泥。为保证施工和后期结构安全，弥补管棚加固范围较小的不足， 采用4.5m长Φ42mm小导管进行全断面径向注浆加固（仰拱部位可根据实际开挖后地质条件现场确定是否进行注浆加固）。具体步序如下：
⑴洞内管棚套拱施工，套拱内设置4榀I20b工字钢架。
⑵洞内管棚施工及注浆。
⑶掌子面突水突泥预注浆
⑷施工超前小导管。
⑸开挖掘进。
2.2管棚施工（跟管钻）
2.2.1大管棚设计要求
1.导管规格：采用Φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长3m、6m；
2.管距：环向间距中至中40cm；
3.外插角：钢管轴线与衬砌外缘线5°～6°；
4.注浆材料：水泥P.O42.5，水泥浆水灰比：0.5：1，水泥浆液与水玻璃1：0.25；注浆压力：0.5～1mpa，终压2mpa；水玻璃浓度：35波美度，水玻璃模数：2.4。
5.钢管施工误差：径向不大于20cm；
6.长度：管棚平均入土长度为28m；
7.钢花管上钻注浆孔，孔径10mm，孔间距30cm×30cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段350cm；
8.钢管接头采用丝扣连接，丝扣长度15cm，隧道纵向同一断面处得接头数量不大于50%，相邻钢管的接头至少错开1m；
9.套拱基底承载力大于0.3mpa；
2.2.2施工准备
2.2.2.1技术准备
测量组根据隧道施工图纸和有关勘测资料，对交付使用的隧道轴线桩、平面控制三角网基点桩及高程控制的水准基桩等，进行详细的测量检测和核对，将测量成果报送监理工程师。
进行洞顶沉降观测点，基点布设，并取得第一组数据。
工程技术部组织技术人员熟悉施工图纸、明白设计意图，编制隧道施工方案，对作业班组进行技术交底。
2.2.2.2试验准备
C25混凝土配合比在施工前由试验室试配完毕，并经监理工程师审批。混凝土所用原材进场后进行检验。对进场的钢筋进行试验检验。确保材料全部合格。
由于套拱基础设计要求基底地基承载力为>0.3MPa，当套拱基础底部整平压实后，通知试验室做地基承载力试验，当地基承载力数值大于0.3MPa时，且监理工程师认可后即可进行下一道工序施工；如果地基承载小于0.3MPa，立即反馈技术部，经技术部同设计沟通后确定处理方案后进行处理，确保套拱基础的承载力满足设计要求。
2.2.2.3物资准备
套拱混凝土在拌和站集中拌合，施工前提前联系拌和站，确保套拱施工所需的各种强度的混凝土原材备料充足，能够满足施工需要。管棚注浆浆液（水泥浆水灰比：0.5：1）在现场根据试验室提供的配合比进行拌制。
套拱钢筋及模板支撑钢拱架在钢筋加工场统一加工，确保施工前能够将套拱施工所需要的钢筋、钢拱架加工成型。
2.2.3施工方案
2.2.3.1 施工顺序
施工准备→测量放样→套拱基础浇筑→套拱浇筑→搭设工作平台→钻孔、清孔、验孔→报监理验收→安装管棚→注浆→封孔。
2.2.4施工工艺
2.2.4.1测量放样
由测量组将套拱位置放出，采用红油漆标记；将套拱基础开挖线放出、并撒上白灰线标记。 2.2.4.2套拱施工
2.2.4.2.1施工套拱基础、安装套拱底模、绑扎钢筋、安装导向管、安装堵头板
套拱基础施工完成后，安装套拱底模。
套拱底模采用弧形I18工字钢做底模支持，工字钢每榀间距为60cm，工字钢之间用Ф20钢筋纵向焊接连接以保证底模的整体性，纵向连接钢筋环向间距为1.0m。
⑴套拱基础施工完毕后，在基础边墙内侧顺边墙基础底面使用混凝土进行硬化。
⑵在2米套拱段架设整榀工字钢（间距为60cm），架立的工字钢底端与预埋的工字钢焊接牢固。工字钢之间采用25的螺纹钢纵向连接。
⑶待工字钢搭设加固好以后，将厚/宽（5cm/30cm）的木板通过钢筋固定在工字钢上作为底模；
⑷底模安装完之后根据设计图纸由测量组对Φ127导向钢管进行定位测量。导向钢管位置及角度确定后，用Φ12钢筋焊接固定牢固。导向管两端头用泡沫制成的塞子将管口塞住防止混凝土流入管中。
⑸套拱钢筋绑扎完成后，在套拱钢架上焊接法向80cm长的Ф22的架立钢筋，架立钢筋环向间距为90cm，纵向间距为100cm。沿套拱外边缘线外侧5cm位置设置Ф22的外模外箍筋，外箍筋顺线性和架立钢筋焊接固定。外模采用厚×宽=3×30cm的木板拼装组合而成，外模模板采用铅丝同外箍筋绑扎固定。以保证套拱混凝土厚度，外模随套拱混凝土施工，由下至上逐段安装每次安装3个块段。
2.2.4.2.2浇筑套拱混凝土
套拱混凝土的浇筑采用地泵送入模，在套拱长边每隔3m设一个浇筑入口，每浇筑50cm采用插入式振捣棒振捣一次，振捣密实的标准为：混凝土不在下沉，混凝土不出现气泡。左、右对称浇筑，浇筑过程中保证左、右侧混凝土的高差不能超过60cm。
2.2.5大管棚施工
2.2.5.1钻孔及安装
钻孔从两侧拱脚开始由下而上间隔钻孔，首次只钻奇数孔，当奇数孔注浆完成后，再跟偶数孔，以检验奇数孔的注浆质量。
管在专用的管床上加工好丝扣，管节长度为3.0m和6.0m二种，导管四周钻设孔径15mm注浆孔（靠孔口3.5m处的棚管不钻孔），孔间距30cm。奇数号孔采用注浆钢花管，钢花管由热轧无缝钢管加工而成，即在钢花管壁上设置12mm直径的注浆孔，呈梅花形布置，孔间距为30×30cm。
管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。管棚钻设中，管壁和土体摩擦力随着钻孔深度增加而增加，为了减少摩擦力，在钻孔中，同时往孔内加压注润滑剂。当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。
加工大样图见钢花管加工大样图。
接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
2.2.5.2注浆
完成所用奇数孔钢管的下管后，在管端头焊接止浆阀，并用砂浆将导向管与管棚间的缝隙填塞住，并预留排气孔，待砂浆凝固后准备注浆。
连接注浆管路后，利用注漿泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，而后再做压水试验。以检查设备的完好性。
浆液及凝胶时间控制：注浆前先进行注浆现场试验，以调整注浆参数，注浆压力取初压0.5Mpa，终压2.0MPa。
注浆要先注单号孔，双号孔作为观察孔，以观察单号孔的注浆效果。
2.2.6施工质量要求
2.2.6.1钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
2.2.6.2钻孔外插角5°～6°以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在5°～6°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
2.2.6.3严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
2.2.6.4经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
2.2.6.5掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
2.2.6.6孔径比管棚钢管直径大15～30mm，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔。
2.2.6.7接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm。接头应在隧道横断面上错开。
2.2.6.8管棚施工前的工作面封闭，喷射混凝土厚度要满足要求，其误差小于5cm。孔内止浆施工难度较大，选择责任心强、经验丰富的专人负责施作。
2.2.6.9管棚施工精度要求极高，不仅应测量放样标注孔位，其允许误差小于1.0cm；就位后的钻机应以钻杆前后端的坐标测定，前后端三维坐标点测定误差应小于0.5cm，并对每个孔进行编号。
2.2.6.10管棚钻进过程中密切注意钻进时的岩层情况并作好详细记录为进洞提供初步地质情况。
结语：
岩溶处治根据所揭露岩溶发育规模及隧道位置关系、地下水情况后期进行有针对性动态处治。施工过程中密切注意观察掌子面及拱顶渗水情况，对后方已支护段进行跟踪监控量测。对岩溶区已建成隧道，在运营过程中可能出现的一些病害，需形成一套完善的处理技术，并建立一个后评价体系对其耐久性进行评价。
参考文献：
[1]（JTG D70-2004）《公路隧道设计规范》.
[2]（JTG F60-2009）《公路隧道施工技术规范》.
[3]（GB50108-2008）《地下工程防水技术规范》.
[4]（GB50086-2001）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》.
[5]（JTG B04-2010）《公路环境保护设计规范》.
[6]（JTJ 064-98）《公路工程地质勘察规范》.
[7]（JTG C30-2002）《公路工程水文勘测设计规范》.
[8]（JTG F80-2004）《公路工程质量检验评定标准》.
[9]中国公路工程咨询集团有限公司，洞头山隧道施工图.
【关键词】公路隧道；岩溶；处治方案
1、工程概况
1.1工程概述
武靖高速洞头山隧道位于邵阳市城步县丹口镇至长铺子镇为分离式隧道，隧道呈曲线型展布，隧道总体轴线方向约309°；左线隧道起讫桩号ZK37+270～ZK38+620，总长1350m，隧道最大埋深约247m，位于ZK37+740。右线隧道起讫桩号YK37+285～YK38+600，总长1315m，隧道最大埋深约243m，位于YK37+720处。隧道形式为离式，净空（宽×高）均为10.25×5m，采用电光照明，机械通风。隧道洞门形式进口均为端墙式，出口均为削竹式。
1.2 岩溶的基本特征
2016年5月17日洞头山隧道右洞出口掌子面向进口方向开挖至YK38+001，右线隧道剩余86贯通，在施工超前探孔时发生涌水现象，初始涌水含大量泥质填充物，初始涌水量约1500m?/d。现场采取了相关应急措施后，在上台阶掌子面中部施工三个泄水孔进行排水，排水三天后，掌子面涌水量减小至400m?/d。
通过对掌子面超前地质预报、地表水系调查、洞内45～50m超前小平钻孔等地质资料确定：YK37+915～YK38+001段主岩溶发育段，灰岩带宽约75米，与隧道交角约60?，区段内岩溶溶腔发育，在YK37+920～YK37+945段、YK37+960～YK37+990段形成两大主要溶腔，溶腔内富含岩溶水为进、出口掌子面涌水的主要原因。
2、岩溶段总体施工方案
2.1总体处置方案
采用长管棚对拱部土体进注浆加固，管棚内置4根Φ20钢筋笼，形成较大刚度的棚架固结支护体系，保证下方开挖施工的安全。考慮本段拱部以上均为岩溶空腔填充体，目前能探测到的厚度已超7m厚，管棚的注浆加固范围有限，主要起大刚度棚架作用。当拱部填充体厚度较大时，恐难以满足支护刚度要求，同时边墙无管棚部位也需进行超前加固，避免边墙部位产生涌水涌泥。为保证施工和后期结构安全，弥补管棚加固范围较小的不足， 采用4.5m长Φ42mm小导管进行全断面径向注浆加固（仰拱部位可根据实际开挖后地质条件现场确定是否进行注浆加固）。具体步序如下：
⑴洞内管棚套拱施工，套拱内设置4榀I20b工字钢架。
⑵洞内管棚施工及注浆。
⑶掌子面突水突泥预注浆
⑷施工超前小导管。
⑸开挖掘进。
2.2管棚施工（跟管钻）
2.2.1大管棚设计要求
1.导管规格：采用Φ108mm，壁厚6mm的热轧无缝钢管，节长3m、6m；
2.管距：环向间距中至中40cm；
3.外插角：钢管轴线与衬砌外缘线5°～6°；
4.注浆材料：水泥P.O42.5，水泥浆水灰比：0.5：1，水泥浆液与水玻璃1：0.25；注浆压力：0.5～1mpa，终压2mpa；水玻璃浓度：35波美度，水玻璃模数：2.4。
5.钢管施工误差：径向不大于20cm；
6.长度：管棚平均入土长度为28m；
7.钢花管上钻注浆孔，孔径10mm，孔间距30cm×30cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段350cm；
8.钢管接头采用丝扣连接，丝扣长度15cm，隧道纵向同一断面处得接头数量不大于50%，相邻钢管的接头至少错开1m；
9.套拱基底承载力大于0.3mpa；
2.2.2施工准备
2.2.2.1技术准备
测量组根据隧道施工图纸和有关勘测资料，对交付使用的隧道轴线桩、平面控制三角网基点桩及高程控制的水准基桩等，进行详细的测量检测和核对，将测量成果报送监理工程师。
进行洞顶沉降观测点，基点布设，并取得第一组数据。
工程技术部组织技术人员熟悉施工图纸、明白设计意图，编制隧道施工方案，对作业班组进行技术交底。
2.2.2.2试验准备
C25混凝土配合比在施工前由试验室试配完毕，并经监理工程师审批。混凝土所用原材进场后进行检验。对进场的钢筋进行试验检验。确保材料全部合格。
由于套拱基础设计要求基底地基承载力为>0.3MPa，当套拱基础底部整平压实后，通知试验室做地基承载力试验，当地基承载力数值大于0.3MPa时，且监理工程师认可后即可进行下一道工序施工；如果地基承载小于0.3MPa，立即反馈技术部，经技术部同设计沟通后确定处理方案后进行处理，确保套拱基础的承载力满足设计要求。
2.2.2.3物资准备
套拱混凝土在拌和站集中拌合，施工前提前联系拌和站，确保套拱施工所需的各种强度的混凝土原材备料充足，能够满足施工需要。管棚注浆浆液（水泥浆水灰比：0.5：1）在现场根据试验室提供的配合比进行拌制。
套拱钢筋及模板支撑钢拱架在钢筋加工场统一加工，确保施工前能够将套拱施工所需要的钢筋、钢拱架加工成型。
2.2.3施工方案
2.2.3.1 施工顺序
施工准备→测量放样→套拱基础浇筑→套拱浇筑→搭设工作平台→钻孔、清孔、验孔→报监理验收→安装管棚→注浆→封孔。
2.2.4施工工艺
2.2.4.1测量放样
由测量组将套拱位置放出，采用红油漆标记；将套拱基础开挖线放出、并撒上白灰线标记。 2.2.4.2套拱施工
2.2.4.2.1施工套拱基础、安装套拱底模、绑扎钢筋、安装导向管、安装堵头板
套拱基础施工完成后，安装套拱底模。
套拱底模采用弧形I18工字钢做底模支持，工字钢每榀间距为60cm，工字钢之间用Ф20钢筋纵向焊接连接以保证底模的整体性，纵向连接钢筋环向间距为1.0m。
⑴套拱基础施工完毕后，在基础边墙内侧顺边墙基础底面使用混凝土进行硬化。
⑵在2米套拱段架设整榀工字钢（间距为60cm），架立的工字钢底端与预埋的工字钢焊接牢固。工字钢之间采用25的螺纹钢纵向连接。
⑶待工字钢搭设加固好以后，将厚/宽（5cm/30cm）的木板通过钢筋固定在工字钢上作为底模；
⑷底模安装完之后根据设计图纸由测量组对Φ127导向钢管进行定位测量。导向钢管位置及角度确定后，用Φ12钢筋焊接固定牢固。导向管两端头用泡沫制成的塞子将管口塞住防止混凝土流入管中。
⑸套拱钢筋绑扎完成后，在套拱钢架上焊接法向80cm长的Ф22的架立钢筋，架立钢筋环向间距为90cm，纵向间距为100cm。沿套拱外边缘线外侧5cm位置设置Ф22的外模外箍筋，外箍筋顺线性和架立钢筋焊接固定。外模采用厚×宽=3×30cm的木板拼装组合而成，外模模板采用铅丝同外箍筋绑扎固定。以保证套拱混凝土厚度，外模随套拱混凝土施工，由下至上逐段安装每次安装3个块段。
2.2.4.2.2浇筑套拱混凝土
套拱混凝土的浇筑采用地泵送入模，在套拱长边每隔3m设一个浇筑入口，每浇筑50cm采用插入式振捣棒振捣一次，振捣密实的标准为：混凝土不在下沉，混凝土不出现气泡。左、右对称浇筑，浇筑过程中保证左、右侧混凝土的高差不能超过60cm。
2.2.5大管棚施工
2.2.5.1钻孔及安装
钻孔从两侧拱脚开始由下而上间隔钻孔，首次只钻奇数孔，当奇数孔注浆完成后，再跟偶数孔，以检验奇数孔的注浆质量。
管在专用的管床上加工好丝扣，管节长度为3.0m和6.0m二种，导管四周钻设孔径15mm注浆孔（靠孔口3.5m处的棚管不钻孔），孔间距30cm。奇数号孔采用注浆钢花管，钢花管由热轧无缝钢管加工而成，即在钢花管壁上设置12mm直径的注浆孔，呈梅花形布置，孔间距为30×30cm。
管棚施工中，用棚管代替钻杆，其最前端加装导向钻头，后续棚管之间采用丝扣进行连接，利用水平定向钻机将棚管依次打人土体中。在钻进过程中，依据导向钻头内置的定位传感器传出的角度信号，对钻进角度进行调节，使棚管按设计轨迹钻进。管棚钻设中，管壁和土体摩擦力随着钻孔深度增加而增加，为了减少摩擦力，在钻孔中，同时往孔内加压注润滑剂。当棚管打进至设计深度后，撤回定位传感器，随后立即向管内注浆。
加工大样图见钢花管加工大样图。
接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。
2.2.5.2注浆
完成所用奇数孔钢管的下管后，在管端头焊接止浆阀，并用砂浆将导向管与管棚间的缝隙填塞住，并预留排气孔，待砂浆凝固后准备注浆。
连接注浆管路后，利用注漿泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常，而后再做压水试验。以检查设备的完好性。
浆液及凝胶时间控制：注浆前先进行注浆现场试验，以调整注浆参数，注浆压力取初压0.5Mpa，终压2.0MPa。
注浆要先注单号孔，双号孔作为观察孔，以观察单号孔的注浆效果。
2.2.6施工质量要求
2.2.6.1钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
2.2.6.2钻孔外插角5°～6°以为宜，工点应根据实际情况作调整。钻孔仰角的确定应视钻孔深度及钻杆强度而定，一般控制在5°～6°。施工中应严格控制钻机下沉量及左右偏移量。
2.2.6.3严格控制钻孔平面位置，管棚不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
2.2.6.4经常量测孔的斜度，发现误差超限及时纠正，至终孔仍超限者应封孔，原位重钻。
2.2.6.5掌握好开钻与正常钻进的压力和速度，防止断杆。
2.2.6.6孔径比管棚钢管直径大15～30mm，钻孔顺序由高孔位向低孔位进行。先钻奇数孔，后钻偶数孔。
2.2.6.7接头应采用厚壁管箍，上满丝扣，丝扣长度为15cm。接头应在隧道横断面上错开。
2.2.6.8管棚施工前的工作面封闭，喷射混凝土厚度要满足要求，其误差小于5cm。孔内止浆施工难度较大，选择责任心强、经验丰富的专人负责施作。
2.2.6.9管棚施工精度要求极高，不仅应测量放样标注孔位，其允许误差小于1.0cm；就位后的钻机应以钻杆前后端的坐标测定，前后端三维坐标点测定误差应小于0.5cm，并对每个孔进行编号。
2.2.6.10管棚钻进过程中密切注意钻进时的岩层情况并作好详细记录为进洞提供初步地质情况。
结语：
岩溶处治根据所揭露岩溶发育规模及隧道位置关系、地下水情况后期进行有针对性动态处治。施工过程中密切注意观察掌子面及拱顶渗水情况，对后方已支护段进行跟踪监控量测。对岩溶区已建成隧道，在运营过程中可能出现的一些病害，需形成一套完善的处理技术，并建立一个后评价体系对其耐久性进行评价。
参考文献：
[1]（JTG D70-2004）《公路隧道设计规范》.
[2]（JTG F60-2009）《公路隧道施工技术规范》.
[3]（GB50108-2008）《地下工程防水技术规范》.
[4]（GB50086-2001）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》.
[5]（JTG B04-2010）《公路环境保护设计规范》.
[6]（JTJ 064-98）《公路工程地质勘察规范》.
[7]（JTG C30-2002）《公路工程水文勘测设计规范》.
[8]（JTG F80-2004）《公路工程质量检验评定标准》.
[9]中国公路工程咨询集团有限公司，洞头山隧道施工图.