高铁隧道底部大型溶洞先通过后处治技术要点

高铁隧道底部大型溶洞先通过后处治技术要点

蒋文军

中铁上海工程局第五工程有限公司   广西 南宁 530201

摘要：高铁隧道在进行施工时，经常会遇到底部有大型溶洞的现象，直接开挖施工肯定是有风险的，那么如何做好安全分析，减少影响，就是企业不可忽视的任务。针对这种常见的难题，工作人员可以采用数值模拟和模型试验分析的方法，根据施工的实际情况提出先通过后处治的施工方案。高铁隧道底部出现大型溶洞可以采用专业化的处理模式，填满底部溶洞，进行永久性处理，从而减少对施工工期的影响，先通过后处治的施工技术可以有效保障工程的施工安全，保障施工质量，本文针对工程中的现状提出几点解决措施，希望对企业工程有所帮助。

关键词：高铁；隧道底部；大型溶洞；先通过后处治

高铁隧道底部遇到大型溶洞是工程的重要问题，是事关安全的重要环节，应当妥善处置。目前，市场上针对这种难题可以采用先通过后处治的方式，也就是

上台阶进行施工处理，之后要进行拱部锚索，再进行支护工作，掌子面在进行继续推进，再通过洞渣快速回填底部，这种处理方式可以在底部形成桩板结构，减少对施工的影响，提高施工的效率。还有的工程采用的是注浆回填方式和桥梁跨越方法，这些方法都存在一定的安全隐患，跨越的工期也较长，对施工工程产生影响较大。而采用数值分析和理论分析的方法可以针对底部溶洞进行合理的分析，深入研究，再提出有针对性的措施，进行可行性的实验分析。

一、高铁隧道底部大型溶洞的施工难点

（一）检查结构稳定性：必须对溶洞的形态进行监控，结合真实数据进行分析处理。

（二）初步处理任务：保留溶洞厚层顶板结构作为施工通道，中间已经开挖的空间隧道要经过合理检测，为后期的先通过后处治工作做好设计处理。

（三）施工过程中相互干扰：桩板结构施工与正洞掘进施工同步进行，就会相互干扰。

（四）安全风险大：拱部结构缺少支撑，结构就可能失去稳定性，出现坍塌的危机。

二、处治方案选择原则

（一）安全性好：变形量能够在可控范围内，保障能够保障工程稳定发展。

（二）可操作性高：选择灵活性好的设备和人工进行现场施工

（三）经济性强：在不影响工期的前提下，保障工程的质量和安全，增加企业的利润空间。

三、施工方案安全性数值模拟分析

（一）数值模型分析

工程施工前要进行数值计算模拟分析，可以先根据真实情况，建立数值计算模型，针对不同的隧道形状，进行开挖过程的模型试验，在计算模型过程中可以采用FLAC 3D有限差分通用程序。在计算过程中，数值要选取合理的范围，可以进行中地层弹塑性实体单元模拟，初期支护，桩基础是采用Beam单元模拟。为了确保有充分的模拟隧道空间效应，在进行工程计算时，要选取的数值是，沿横向取120 m,深度取隧道仰拱下方25m,拱部以上40m，纵向为50m。约束情况为:前后左右方向受水平位移约束，垂直方向底面受竖向位移约束，顶面为自由面。

模拟台阶法进行挖掘隧道，第一步是挖上台阶，做好上台阶的开挖工作，然后进行支护工作，最后在进行下台阶挖掘，在开挖的过程中如果遇到溶洞，就不需要挖掘了，先处理溶洞任务。处理完之后，要进行的是溶洞的揭示和回填工作，最后是板桩结构的施工。

整个模拟分析的过程要做好结果参数的计算，分析，包括位移分析，围岩应力分析，初期支护应力分析，围岩能量分析等等，这些数值都会随着溶洞模型的开挖而不断变化，要做好实时监控，要及时跟进数值突变，并做好安全防护措施。 现将围岩应力分析如下：

通过数据表格分析，可以准确分析出试验结果，无溶洞段的围岩应力更小，主要原因是没有溶洞的影响，上部的整体初始应力就相对较少。

（二）模型试验分析

通过对数据计算结果分析得出结构的安全性是满足要求的，是可以进行下一步工作的，那么接下来就是对溶洞段和非溶洞段进行隧道监测，从模型试验分析方案的可行性和安全性，模型试验参数如下：

实验步骤：第一是做好溶洞填土预埋工作，可以在顶部使用千斤顶，模拟隧道土体自重，一般荷载要控制在705千克，这样才更符合实际需求，第二是使用长细针，透过土层将预埋的溶洞扎破，静置待变形数据稳定，第三是进行初期的支护工作，上下台阶之间要注意间隔，一般控制在5cm即可，同时，在过程中要注意监测点的位置，在开挖的过程中每一次都要及时的记录，要做好监测工作，第四，要封闭初期支护，第五，针对整个过程的数据要进行统一汇总处理，要分析数据，反思在模拟中出现的问题，解决问题，完成实验工作。

最后要对试验数据进行总结分析，有溶洞段和无溶洞段的统计数值，沉降数值是否满足条件，差别大小，能够构成风险等等，都要进行专业化的数据分析，可行性分析，安全系数分析，保障各项要求都符合标准，确保整体安全性。

四、处治技术关键

（一）施工准备

通过对地质调查结果和雷达扫描能够准确分析开挖工作前遇到的存在的情况，而采用地址钻孔是最直接有效的方法，可以对周围的地质做到探测，

探测出的情况在进行具体分析，一旦发现溶洞问题就要进行顶板标高处理，等处理后再进行钻探工作，针对顶板厚度进行准确检测，确认影响不大，然后再进行下一步开孔，最后对行车路线进行整体性规划。

（二）行车路线规划及开孔位置布置

高铁隧道中行车路线是重要的数据，必须确保安全性才能保障车辆的安全，人员的安全，因而行车路线规划是重要的安全工作，要保障行车道和作业面有2米以上的安全距离，根据实际作业情况合理设定分割带。选择开孔位置时，要有数据监测，要选择最合适的位置，保障间距，一般都是15米，确保有足够的自由坍落空间。

（三）总体方案

采用机械设备对整个溶洞内的孤石及危石做加固或清除处理，排除风险，等到溶洞顶部的空腔填充物、局部围岩达到稳定之后，需要对撑子面进行封闭处理，通常采用C20混凝土将其喷射至撑子面，能够起到封闭加固的作用，避免发生坍塌。针对溶洞内空腔的临空面，也需要做封闭处理，可喷射10cm的C20混凝土。此外，还需要在空腔岩壁的四周打孔加固，打设Φ22砂浆锚杆，要求砂浆锚杆长3m，各个锚杆之间的间距为1.2m，深度必须深入基岩1.5m以上。上述工作完成之后，还需要作I20b工字钢拱架，要求各个拱架之间的举例为40cm，采用双层Φ8钢筋网(15*15cm)进行双层布置，系统锚杆采用Φ25中空注浆锚杆，要求长度为3.5m，锚杆之间的间距纵0.4m×环1.2m，锁脚锚杆采用Φ42无缝钢管，壁厚3mm，长3.5m，最后喷射混凝土(厚度26cm)，对溶洞空腔临空面完成整体初期支护。对于溶腔部位系统锚杆取消，喷射混凝土加厚至40cm，喷射前预留6根Φ108钢管，用于以后泵送C20混凝土或吹砂回填。

（四）溶洞顶板开洞

 首先要加强拱架锁脚，保证安全性的前提下，再进行溶洞顶板开洞工作。实际工程中一般都是采用弱爆破或者机械开挖的方法，这种方式可以降低影响，可以减少对隧道的波动，可以降低风险，在开孔过程中直径要控制在2米左右，这个距离才能更方面机械作业。

（五）溶洞回填

回填前对隧底溶洞内剩余虚渣进行清理干净，溶洞回填的工作一般用的是洞渣，渣体的直径一般都是小于1米，采用装载机、挖机进行配合，回填密实；隧底溶洞顶面施作30cm仰拱保护层（即回填顶部30cm时，采用C25混凝土回填至二次衬砌仰拱底面），并在溶洞范围内预留Φ200PVC打孔排水管，纵向间距1m，排水管伸出边墙护拱外50cm，外裹无纺布，排水管接入侧沟。

（六）桩基施工

   开孔工作前要做好准备工作，包括桩位侧放，设置护桩，并进行开孔工作，在开孔后对设计的桩位孔口平面位置，高程进行复核。确保每一个偏差都控制在合理范围；对开孔的随口混凝土结构位置要进行标高控制点标记，只有这样操作才能为后期孔径，孔深的测量工作打下基础，才能保障孔径，孔深是符合施工要求的。

    综上所述，高铁隧道底部遇到大型溶洞可以采取模型分析，采用先通过后处治的施工技术，做好施工中的关键技术要点，持续推进安全工程，提高隧道施工工效，希望在工程中能够广泛应用。

参考文献：

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