浅谈隧道溶洞的处理

浅谈隧道溶洞的处理

摘要：随着我国社会经济的快速发展，国家将交通建设的重点向西部地区转移，由于高速公路的快速发展，为了克服高差，获得良好的线性，高速公路网的建设必须面临大量的隧道工程，公路隧道的发展随着交通建设的发展而不断增加。本文以某高速公路隧道为例，对岩溶地区隧道的溶洞处理工程进行探讨，以提供一定的工程实践参考。

关键词：岩溶隧道；溶洞；处理方法

1、前言

在岩溶发育的卡斯特地区修建高速公路时，隧道常遇到发展或者衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞。由于岩溶地质的复杂性、差异性及高风险性，岩溶地层的隧道施工始终是隧道建设的一项关键技术。一般溶洞规模大，洞内填充物较松软，基础处理工程耗资大，修建困难，该类型溶洞隧道的处理应本着“确保隧道的衬砌结构有足够的安全保证、在可预见期内洞穴的稳定性有保证、原有水流通道不会被阻断、方案比较经济适用”的通用原则，可采用换填、桩基及注浆等处理措施以加固周围岩体。

2、隧道概况

隧道为起讫桩号为ZK42+480～ZK43+957，L=1477m；YK42+425～YK43+965，L=1540m。 本隧道为双洞单向交通隧道，左右线测设线间距16.5～24.5m，左线出口段洞身曲线半径为R＝950m，路面最大超高为-3％；右线出口段曲线半径为R＝1100m,路面最大超高为3％。 隧道左线为单向坡：+2.86%；右线为单向坡：+2.86％隧道区属溶蚀构造中山区。隧道出口靠近陡峭的山崖下斜坡中部，洞门与地形线斜交，隧道出口位于地形陡峭的悬崖底部。洞门与地形线正交，山体表层植被覆盖率低，灰岩大多裸露。

隧道里程桩号YK42+880~YK42+790原设计为IV级围岩，衬砌支护形式为S4d复合式衬砌。掌子面开挖施工至YK42+880里程处时，在掌子面正前方出现一个大型溶洞（图1），该溶洞规模较大，并且历时久远。

图1 溶洞平面示意图

3、溶洞地质特征

3.1 区域地质构造

该隧道场地中溶洞区围岩为灰岩，受区域性兰花菁断裂（F1）的影响，灰岩中垂直向与水平向节理裂隙发育，多数呈闭合状，少数呈张开状，且发育成垂向溶洞。根据本次调查，该溶洞地表为亚粘土及碎石土，覆盖层厚度约3-8m，地表未见与该溶洞有联系的岩溶现象。隧道左幅ZK42+900左约45m处，有一条南东转北西向溶洞，延伸约70m， 最大宽度（洞口）9.5m，最小宽度约0.5m，最大高度（洞口）约35m，最小高度约1.9m，进入洞内70m后沿85°方位角向上延伸约25m，再垂直向下呈张开裂隙状，人无法进入其中，深度不详，推测与Y42+880大溶洞相连。

3.2 水文地质条件

隧道场地中溶洞区地表水贫乏。

场地内地下水类型主要为孔隙水和岩溶裂隙水。孔隙潜水主要赋存在第四系亚粘土层中。第四系分布广泛，但厚度小，地下水量贫乏。岩溶裂隙水主要赋存于灰岩溶蚀裂隙中。隧道场地内溶洞区溶蚀裂隙发育，岩石完整性较差，含岩溶裂隙水，水量较贫乏，但季节性变化十分明显，雨季时水量较大，干旱季节枯竭。本次调查时有少量滴水现象。

场地内地下水主要接受大气降水和地表水垂直补给。隧道中溶洞区地表水欠发育，冲沟中均为季节性溪流。根据调查，该区内冲沟，仅在暴雨季节才有雨水流出，但时间很短，一般在一天左右溪沟内水流消失。本次调查时未见地表水。

场地内地形切割强烈，地下水位埋深较大。场地内地下水排泄方向受地形和构造发育方向控制，由高向低迳流，大部份地下水排入场地南侧及北东侧冲沟中。

3.3 地勘结果

经过对溶洞实地进行地质雷达探测并结合地质钻孔勘察后，地勘资料显示：

1）隧道左右幅里程桩号K42+880~K42+855段从设计隧道路面标高以下9m范围皆为黄色淤泥质粘土，软塑状，可搓条，扣除路面、仰拱及仰拱回填高度1.9m，基底下淤泥7.1m厚。

2）整个隧道右幅在溶洞之内，该溶洞纵向向小里程方向延伸发育约90m，横向向两侧发育，横向宽47-63m。路线右侧超出边墙开挖轮廓线4-6m，路线左侧超出边墙开挖轮廓线15.4-24.3m，两个隧道间净距15.4m，左幅隧洞右半部基本也在溶洞之内。

3）该溶洞纵剖面上呈阶梯状，主要由两个台阶构成：

桩号YK42+880~YK42+855为第一台阶（溶洞充填区），由软塑状淤泥质粘土构成，台阶高出隧道设计路面约1.2m，溶洞充填区纵向长约25m，横向宽约37m，溶洞充填物较深，该段拱顶溶洞空腔高度约1.2-2.5m；

桩号YK42+855~YK42+790为第二台阶，表面主要为钟乳石石质结构，二级台阶中部有宽20m，长约30m米的岩溶发育区段，台阶高出隧道设计路面标高4-11m，沿小里程方向呈上升趋势，逐步与溶洞顶部围岩汇合连接，该段拱顶溶洞空腔高度约3-5m。

4）YK42+830~YK42+810段右侧边缘，发现三个小型溶洞，洞宽2-3m，洞高0.5-1m。向西走向285°方向，向下延伸，洞内可见长度大于50m，为溶洞内的地下水通道。

5）溶洞顶板岩层产状很平缓，节理裂隙及岩溶发育，局部存在张开裂隙及小溶洞空腔，并有滴水，整个溶洞内布满钟乳石。其中YK42+833~K42+853段，由于垂直向与水平向节理裂隙发育，受节理切割，溶洞顶板分布有几组走向145°的横向宽约40m，厚约1.5-2m，呈微张状的危岩体，稳定性较差，易产生塌落。

4、溶洞处理方案

根据实地勘察资料，针对该隧道右幅溶洞的具体问题，经过各方共同认真分析研究，形成了如下处理方案（图2）：

1）为了保证洞内的施工安全及结构安全，右幅隧道YK42+880~YK42+790段支护形式调整如下：采用明洞直墙式支护形式，初期支护调整为I20a工字钢（纵距50cm，仰拱部位不封闭成环），外铺φ8钢筋网一层；采用无纺布及石棉瓦遮挡，在内侧施作26cm厚的喷射砼，形成第一层保护层；取消系统锚杆。二次衬砌由40cm厚调整为80cm厚（45cm厚的C25钢筋砼+35cm厚的C25模筑砼），40cm厚的C25模筑砼仰拱调整为45cm厚的C25钢筋砼仰拱。

YK42+880~YK42+855段周边裸露，没有围岩受力，因此在拱脚部位左右侧各增设M7.5浆砌片石挡墙一道（长25m、高2.0m、宽1.5m）对初支进行加固。

2）为了保证洞内的施工安全,对右幅隧道YK42+853~YK42+833段拱顶上方危岩先进行人工清理，而后在拱顶8m范围增设φ22的药卷锚杆（长度L=4.5m，纵环间距100*100cm，梅花形布置），局部增设钢支撑加固拱顶围岩。

3）软基处治方法有以下两种：碎石桩及清淤换填。前者施工周期较长，费用低；后者施工对围岩扰动较大，且会增大临空面，但效果优于前者。经过对比，决定采取后者。对隧道K42+880～K42+855段软基采用清淤换填处治方案：对隧道轮廓线外两米范围内进行换填，路面至仰拱及仰拱以下3m范围采用C15片石

砼回填，3~6 m范围采用M7.5浆砌片石回填，6-7.1m范围采用洞渣回填（拱脚对应位置须用M7.5浆砌片石回填），要求确保达到路基换填压实度要求（形成基底盲沟）；隧道轮廓线两米外采用洞渣换填至路面标高。

先对右线进行换填，左线待开挖至此再换填。

换填之前应将淤泥清理干净；换填时采取分段换填，减少对围岩扰动。

4）对YK42+830-YK42+810段右侧边缘原有的地下水通道进行维护，保证水系畅通，将YK42+855~YK42+790段水量引排至此；通过修建排水沟、沉淀池及预埋排水管道将YK42+880~YK42+855段水量引排至中心排水管排出洞外；根据水量、水向定期观测资料再决定中心排水管是否需要加大。

5）鉴于溶洞内地质情况复杂，施工之前先对YK42+853~YK42+833段洞顶危石进行排查清理，加强溶洞顶部围岩监控量测等预报工作。YK42+855~YK42+790段开挖时，尽量减少扰动，控制放炮与开挖进尺，尽量减少施工部位的作业人员，降低安全隐患。

图2 溶洞处理平面示意图

5、结语

岩溶地区的隧道溶洞如果处治不当，会给隧道施工和运营带来各种问题和危害，因此，在岩溶发育地区进行隧道施工时，进行详细的地质勘探，合理确定溶洞的处理方案，及时进行隧道溶洞加固处理是非常重要的。

通过运用前述方法，对该隧道的溶洞进行了合理处理，处理效果明显，完全稳定，实践证明了采取以上方法对溶洞的处理是行之有效的，为相关工程提供了有效的技术处理参考。若在岩溶隧道施工中遇到类似溶洞，可结合现场施工条件以及溶洞的发育大小、岩溶水的发育分布和与隧道的相关位置等具体情况采取综合治理措施。

参考文献：

[1] 浅谈岩溶地层隧道施工中典型溶洞的处理技术与措施. 鲍宏伟. 科技传播，2011，(13)