浅谈贵州喀斯特熔岩区隧道溶洞处理施工技术

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摘 要 溶洞为岩溶洞穴，是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为结构物部分及全部悬空，大大降低隧道使用的可靠度；溶洞填充物外涌，给施工造成困难和安全隐患；季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此，制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶发育地段极为重要。本文根据贵阳枢纽白龙线Ⅰ标第四项目部胡家坡隧道DI2K24+932溶洞处理方案的具体情况，总结贵州喀斯特地貌区溶蚀发育地区溶洞的处理方法，以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。

关键词 铁路 隧道 溶洞 处理

胡家坡隧道为贵州省新建双线高速铁路隧道，全长2104.4 m，设计行车速度为250 km/h。该隧道位于贵州省贵阳市南明区阿栗村，处于云贵高原中部，地势东高西低，北高南低，山脉和水系多呈南北向展布。隧区属于构造剥蚀作用形成的中低山地貌区，隧道轴线通过地段为低山垭口及自然沟谷交汇区域，地面标高1076.70～1132.83。相对高差56.13 m，此段隧道埋深12 m～16 m，地形坡度25°～55°。地表熔蚀结构发育，可见熔岩漏分布，属溶蚀、剥蚀构造中、低山地貌。沿线各时代地层分布较为齐全，沉积类型繁多。隧址所在区构造复杂，断裂、褶皱发育，致使岩体节理极其发育、破碎。主要不良工程地质有富水断层破碎带、泥石流、溶洞等。水文地质条件复杂，地表水、地下水发育不均，部分地下水、地表水对混凝土具有侵蚀性。

一、溶洞概况

2011年3月19日晚6时20分，胡家坡隧道出口段掌子面（里程：DI2K24+932）爆破后，拱顶上部线路左侧位置揭示小型半充填溶洞，溶洞内填充物为松软红黏土夹岩体碎屑或岩块。7时50分，在出碴快完成时，溶洞内填充物自行涌出，形成溶腔，经现场观测，溶腔发育斜向掌子面上方，与掌子面夹角约70°，空腔体积约为25 m3。随即项目部采取紧急处理措施对揭示溶腔及掌子面喷砼封闭处理， 3月20日下午4时，已封闭掌子面拱顶上方溶腔位置，出现再次流涌，涌出量约为5 m3，待稳定后，我项目部对掌子面上方溶腔进行复喷封闭。21时10分，隧道掌子面拱顶溶腔位置再次出现掉渣现象，随即突发大规模流涌，涌出量约为448 m3，堆积物仍为松散软塑状黏土夹岩体碎屑或块石，根据现场接近溶腔位置观察，溶腔内部已经基本稳定，填充物基本外泄完全，内腔已出露为岩石，且较平坦，为葫芦状，仍处于原掌子面前方拱顶左侧位置。且溶腔与地面连通，形成腔体漏斗贯通至地表。地表位置呈现直径4 m孔道。山体地表基本趋于稳定。经掌子面探孔探测，发现掌子面流涌软塑性粘土夹岩体碎石堆积体厚度约6.5 m～13.5 m，根据随后施工情况，溶腔竖向局部延伸至仰拱底，根据钎探结果，深度3 m～4 m，见图1。

二、地质情况及原因分析

1.隧道地质情况。该隧道出口段地处东西向冲沟边部，刚好位于山体洼地中部。地形较缓，洞口轴线与地面等高线小角度相交，存在一定偏压，地表基岩，岩质多为泥质灰岩或青灰岩，间或低洼地区覆盖黄黏土，地表岩溶发育强烈，多见贯通地下漏斗。本段岩层节理水平或带小角度沿隧道轴线小里程方向向上发育。层状节理明晰，发育强烈，局部可见小型溶隙。

2.原因分析。根据掌子面揭示溶腔位置及地表观察结果，溶腔周围岩石基本完整，溶腔轮廓清晰，腔体填充物与腔体周围岩壁形成鲜明对比，从地表观测可知，腔体贯通地表位置，显示为地表水汇集洼地区域，推测其为一溶蚀漏斗贯通地下形成腔体。经过长年累月的溶蚀发育，地表软塑性黄黏土已经充填溶腔，形成流涌体。当隧道掘进到溶腔位置时，揭示腔体出露，充填物涌出，最终形成溶洞结构，并贯通至地表，见图2。

三、隧道溶洞处理方案

（一）方案选择原则

1.安全性。确保施工安全及质量安全，围岩累计变形量不大于10cm，衬砌完工后隧道不渗不漏。

2.可操作性强。要充分考虑现场机械设备状况和操作人员的技能水平，并尽可能降低施工难度。

3. 灵活性好。根据断面形状和尺寸，因地制宜地选择施工方案，而不局限于一种固定的模式，一旦一种方案不能实时或实施效果差时，能较好地转换为替代方案。

4.具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同，能顺利地进行施工工艺、工序的转换。

5. 经济性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。

（二）施工处理方案

首先保留并加固坍塌体，防止塌方扩大，然后施做套拱和超前大管棚，保证正洞开挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌体，进入隧道正常开挖、支护工序，考虑溶腔竖直贯通深度，对隧道基底进行注浆加固处理，增强隧底承载力；溶洞段通过后，进行拱部坍腔回填处理。

处理顺序为：封闭掌子面施作套拱施作超前大管棚挖除坍塌体洞身开挖、支护边墙及基底加固处理二次衬砌坍塌溶腔回填处理，见图3。

溶腔防护层：采用锚网喷防护，防止溶腔坍方、掉块。

结构保护层：隧道外侧设置混凝土护拱，护拱外设置缓冲层

缓冲层：采用砂垫层或粉煤灰垫层。

初期支护加强层：根据岩溶发育规模，设置合适的钢架支撑。

排水系统：设置加强透水盲管与纵向排水管或与边墙泄水孔的联通。

当基底也存在小型填充岩溶时，一般可采用以下方案处理：当发育深度5m时，采用弃渣等回填基地5 m范围以下部分夯实，并保证满足承载力及沉降要求，隧道基底以下5 m采用混凝土回填，回填过程中应进行振捣，保证密实。

根据本隧道随后进一步施工揭示情况，本隧道基地也存在小型呈纵向狭长状填充溶洞，为保证基底承载力，不留质量隐患，根据现场施工条件，按照一般隧道基底处理方法开挖深度较深，施工周期较长，对二次施做的整体初支结构层的扰动较大，存在安全隐患，经过现场对溶腔填充深度试探并多次研究后，采取钢管桩对基底进行加固处理，可以满足施工质量及安全要求。

（三）溶洞处理施工技术总结

1.喷射混凝土封闭掌子面。首先保留并加固坍塌流涌体，依靠坍塌流涌体支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭处理。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面，厚度为20 cm。

2.施做洞内超前大管棚。首先，在DI3K24+930位置施作导向墙。导向墙长1.5 m，厚0.8 m，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用。在钢格栅加上焊接37根1.5 m长φ127的无缝钢管作为导向管，间距及外插角同大管棚，完成后浇注C25模筑混凝土。拱部144°范围采用φ108大管棚（共计37根）超前支护并注浆加固溶洞填充物，管棚尾端设钢格栅混凝土套拱导向墙，角度水平向上3°～6°。拱顶溶腔范围内适当间距加密，为0.3 m；其余施做部位间距0.4 m～0.5 m。管棚采用外径108 mm，壁厚6 mm热轧无缝钢管，前端呈尖锥状，尾部固定与导向墙，管壁四周钻设8 mm压浆孔，尾部预留1.5 m不钻孔止浆段落。经现场研究注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力为0.5 MPa～1.0 MPa。管棚施做完成后形成复合的固结体，使周围地层的力学性质得到改变，稳定性能加强；根据现场实景情况管棚长度可做适当调整，保证前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用，见图4。

3.洞身开挖及支护。注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长3 m～5 m，开挖后立即施做初期支护结构。对初期支护加强处理。初支参数全环设I20工字钢加强支护，钢架间距0.6 m，拱墙增设φ42小导管注浆加固溶洞充填物，每根长4 m，间距为1m（纵向）×0.8 m（环向），C25早强喷射混凝土厚度为25 cm，φ8钢筋网网格20 cm×20 cm。溶洞处理段围岩大部分为溶洞充填物，采用人工配合挖掘机开挖；对于石质围岩部分则采用松动爆破开挖，以尽量减小对溶洞充填物的扰动，避免引发二次流涌。

4.边墙及基底加固处理。对隧道顶部进行注浆预加固处理仅保证隧道拱部开挖安全，边墙及基底围岩力学性能得不到改善，并且曾受到过扰动，极有可能会发生坍塌事故；另外，即使开挖安全通过溶洞段，也会因溶洞段与溶洞前后隧底岩性不同，使后期隧道衬砌结构沉降不均，从而造成衬砌严重开裂，甚至影响行车安全。因此，必须对边墙及基底进行加固处理。

（1）上台阶拱脚至边墙脚采用φ42超前小导管注浆加固溶洞充填物。小导管每根长L4.5 m，间距0.4 m（环向）×2.4 m（纵向），外插角α=25°，浆液采用1 1水泥净液，采用劈裂注浆方式，注浆压力为2 MPa。

（2）基底采用φ75钢管桩对隧底围岩注浆加固，加固范围为仰拱开挖轮廓线以下5 m，局部基岩位置可不设钢管桩或减短钢管桩长度。钢管桩间距为1.0 m，梅花形布置。钢管桩采用φ75 mm、δ=6 mm的无缝钢管加工制作，每根长L=5.5 m，尾端0.5 m伸入仰拱支护结构内，同时为增强结构的纵向刚度，钢管桩尾端之间采用I16工字钢连接，以增强整体受力性能。浆液采用1 1水泥单浆液，亦采用劈裂注浆方式，注浆压力2.0 MPa，见图5。

（3）拱部坍塌溶腔回填处理。为确保隧道衬砌结构安全，保证运营安全，需对拱部坍塌的溶腔进行回填处理。回填在二次衬砌施作完成且其强度达到100%后进行。在综合考虑周边环境及溶洞状态，并结合本隧道结构特点，采用C15泵送混凝土回填。为减小流塑态的泵送混凝土对支护结构的冲击力和侧压力，回填应对称、分次、分层施工完成，隧道支护结构两侧混凝土面每次施工高差不得超过0.5 m，层厚不大于30 cm，泵送混凝土厚度不得超过2 m，且方量不超过50 m3。

（4）监控量测。加强监控量测，实行信息化管理。在洞身开挖施工过程中，每3m设一组监测点，主要监测项目为拱顶下沉和周边收敛，检测频率为6 h～8 h一次，并进行数据分析，及时反馈于施工，以指导下一步施工。

（5）超前地质预报。加强超前地质预报工作，手段多样化、综合化（地质雷达、超前探孔、红外探水）对开挖面前方地层进行探测预报并对每一循环开挖岩体做好地质素描，以便在下一步开挖前及时发现溶洞或不良地质，并及时调整施工方法，做好有效的处理措施。

四、结束语

通过以上处理措施的实施，我项目部胡家坡隧道安全通过了此处溶洞，经长时间不间断量测表明，该段围岩变形已稳定，支护结构表面无明显渗漏水现象。本次溶洞处理技术方案工期较短，经济投入也相对较少。此次处理方案为我项目部以后出现类似溶洞的处理提供了借鉴经验，提供了宝贵的技术参数。也对其他处于喀斯特熔岩区隧道穿越溶洞的处理有一定的借鉴意义。同时，充分的提醒我们在今后的岩溶隧道施工中，必须加强地质超前预探、预报工作，对隧道前方岩溶进行准确预测，并提前做好穿越岩溶溶洞的应急预案，防止突泥和突水的发生。

参考文献

[1] 铁道部第二工程局主编.隧道（下册）[M].北京.中国铁道出版社，1999.

[2]铁道部.铁路隧道施工技术规范第1版[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]冯卫星，况勇，陈建军.隧道坍方案例分析[M].西安：西安交通大学出版社，2002.

[4]袁真秀.浅谈对隧道坍方的几点认识[J].隧道建设，2001.（3）.

[5]陈豪雄，殷杰.隧道工程[M].北京：中国铁道出版社，1995.

[6]傅中文，舒磊，谢卫民. 复杂地质条件下隧道施工中典型岩溶处理措施[J].山西建筑，2009，35（7）：299-303.

[7]彭刚.大型岩溶隧道处理技术[J].山西建筑，2009，35（1）：321-322.

[8]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，2002：52-54.

[9]薛俊峰.龙麟宫隧道岩溶处理施工技术[J].铁道标准设计，2008，9：89-92.