隧道溶洞处理技术与实施要点

丁浩航

中铁建大桥工程局集团第五工程有限公司 四川成都 610000

摘要：修建隧道时经常遇到溶洞地质，在部分或全部结构的施工中，对隧道施工的影响尤为明显，不但会降低围岩的使用可靠性，而且会对施工产生负面影响，带来更大的困难和隐藏的安全风险。确保岩溶断面施工的安全性和可靠性是处理岩溶断面时急需解决的问题。本文即结合具体工程案例详细阐述了隧道溶洞处理技术与实施要点。

关键词：隧道；溶洞；处理；支护；地下水

1. 工程概况

某隧道区进口处地面标高约为 717.927m，出口处海拔约 554.417m。中间地段主要以中山为主，地形切割较浅，其中沟谷发育，海拔一般在 511.93～850.0m，隧道在此位于深切沟谷的小里程，埋深 152m。隧道区域内地表水、地下水均不发育，勘察、施工期间未见地表水和地下水。溶洞充填物为黏土（含碎石、块石），可塑，掌子面无渗水现象。隧道 DK313+350 ～ DK313+375 段洞身穿越地层为奥陶系中下统交界面，岩性为石灰岩，此段施工过程中遇一大型半填充干溶洞，溶腔纵向长度约 25m，横向最大宽度约 20m，溶洞顶板最高点在拱顶以上约 6 ～ 8m，溶洞底板最低点在隧底开挖轮廓以下 22m，顶板以下 9m 左右为空溶洞，9m 以下溶洞充填物为黏土（含碎石、块石），可塑，黏土（含碎石）承载力基本值 100kPa。黏土（含块石）承载力基本值300kPa。

2. 隧道溶洞的稳定分分析及处理原理

1. 溶洞自身稳定性分析

1. 现场勘察现场勘察发现，溶洞远离隧道方向的部分，溶洞围岩完整，表面较平整，弱风化，稳定性较好，推算该部分围岩在近百年内不会发生较大变化。溶洞靠近隧道方向的部分，溶洞围岩呈层状，破碎，有裂隙发育，稳定性极差，受到爆破等振动时会引起坍塌，现场观察到的充填物是由近期爆破振动引起围岩塌落堆积而成。

2. 溶洞围岩变形分析。在测量隧道断面数据时每5m一环，每环布置7个围岩量测点，量测各点围岩在隧道下台阶开挖和支护过程中的变化情况。15d的量测结果显示，溶洞左半部分围岩基本不变形，稳定性好，右半部分变形较大，尤其是在开挖爆破过程中，有部分坍塌现象发生，围岩极不稳定。

（二）处理原理

在该项目的岩溶处理中，为尽量减少处理困难，确保处理质量，避免不必要的安全隐患，必须严格遵循“认清形势、因地制宜、消除水患、综合治理”的原则，需提前了解岩溶区域的规模、岩溶等级、地质和水文条件等情况。在岩溶相对严重的区域，应尽可能保留岩溶和地下河道，严禁任意封堵。另外，为了防止水和泥浆进入岩溶区，必须事先清楚地识别出孔洞，并准备足够的抽水设备以确保施工安全。总体而言，隧道岩溶应采用广泛的截流、堵塞和排水处理方法。

3. 隧道溶洞处理技术与实施要点

1. 主体处理方向的确定

该溶洞主体空间位于隧道左侧，且溶洞空间与隧道空间之间有一层薄壳层，自稳能力较好，若是采用注浆回填溶洞空间，在不要考虑溶洞裂隙的情况下，仅溶洞空间就需要13000m3以上的混凝土，且由于溶洞空间大(高度达50m)，浇筑混凝土时需要加筋或型钢，导致成本增加。同时，洞顶位置由于浇筑混凝土而存在严重偏压，增加隧道安全风险，因此不考虑全断面注浆封堵方法。此外，溶洞内的岩溶水位于溶洞左侧壁位置，向远离隧道方向延伸，其余地方未见岩溶水，岩溶水对隧道影响不大。再者，溶洞左侧围岩稳定性好，而溶洞右侧壁位于隧道拱顶，岩体破碎，稳定性差，溶洞左半部分可不治理，但必须对其右半部分进行治理。因此，针对该溶洞采用部分治理的方法，即针对溶洞右半部分进行治理，即可以降低成本，同时也将溶洞对隧道的不良影响降到最低，同时治理用时短，对工期影响较小。

2. 处理技术的实施

1. 洞室处理

1. 按设计及相关规范、规程要求设置应急救援管道，设专人观察警戒。

2. 对拱部上方已揭示的溶洞，采用 15cm 厚 C25 喷射混凝土封闭加固溶洞洞壁。

3. 溶腔范围内结合溶洞发育形状拱墙开挖轮廓外0.25m 和 1.5m 分别设置 I20 环向钢架支撑，环向钢架末端分别采用 6 根锁脚锚管锚入围岩，环向钢架纵向间距 0.6m，相邻环向钢架采用ф22HRB400 钢筋连接，连接筋长 0.8m，环向间距 1.0m，内外侧交错布置。外侧环向钢架外设 I20 纵向连接钢架，纵向连接钢架长 0.8m，环向间距 1.0m。溶洞内预埋废旧短工字钢和废旧短钢筋。

4. 结合钢架支护体系，拱顶预埋排竖向ф125mm 钢管，钢管纵向间距 1.5m，环向 3 根，间距 1.5m，沿隧道中线对称布置，钢管末端距溶洞壁不大于 0.5m，中心一排钢管用于泵送混凝土，两侧钢管用于排气兼后续吹砂。

5. 支护措施采用 Vb 型复合式衬砌，施工工法采用三台阶临时仰拱法，初期支护采用双层钢筋网交错布置，便于喷射混凝土附着。超前支护采用超前双层小导管。

6. 待初期支护施做完成并达到设计强度，后通过预埋竖向ф125 钢管泵送 C25 混凝土，泵送回填混凝土回填线距开挖轮廓 4m，混凝土分层泵送，每层泵送混凝土厚度不大于 2m，混凝土泵送作业需待上一次泵送混凝土达到设计强度后方可进行下一层混凝土的泵送施工。

7. 为防止溶洞内掉下石块破坏衬砌，对拱顶进行吹砂作为缓冲层，砂子采用粒径为 2.3 ～ 3.1mm 的中粗砂，厚度不小于 2m。使用人工配合空压机吹进，两侧分层对称吹进，完成后对吹砂口进行封堵处理。

8. 拱部 144°以下边墙范围的溶洞采用ф42 钢花管注浆，钢花管环向 0.8m，纵向 1m，呈梅花型布置，注浆管长≥ 4m，管端焊于钢筋网上，注浆参数：①水泥浆液水灰比：1：1（重量比）或根据现场确定；②注浆压力：0.5 ～1.0MPa。③注浆前进行现场注浆试验，根据实际情况调整注浆参数。

2. 溶洞地下水处理

1. 超前预测

为了避免在岩溶段的处理过程中发生水灾和淤积，可将地质分析、钻探、高级试验坑等方法结合使用，因为只使用一种预测方法可能具有局限性，无法保证预测精度。通过组合几种预测方法，可以彼此互补、相辅相成，并为以后的岩溶处理提供数据支持和指导。

2. 设置暗沟

该隧道工程穿过许多空洞而没有填满，并且水全年都在底部流动，为了避免铁路建成后水流路径的阻塞，可在隧道底部修建中央排水沟，以便岩溶洞穴中的水可以通过该沟排出。

3. 设置侧沟

为了确保水流的畅通，该隧道工程的岩溶处理中也采用了渗滤排水法，主要是将排水侧沟设置在隧道的两侧，通过环向、纵向、横向排水管连接，将山洞中的水引到侧沟，然后将水排出隧道。

3. 岩溶地区的隧道支护

在开挖具有较大裂缝的大型充填岩溶洞穴或进行岩溶隧道施工时，通常使用预灌浆进行阻水加固，也可以使用小型管道灌浆、大型管道棚、钢框架支撑、超前锚杆、喷射混凝土墙以及钢支撑等措施。

结语

综上，通过对溶洞周边及基底采取了合理的处理措施，隧道在较短时间内顺利通过了此段半填充大型溶洞段落，目前，该隧道已开通运营，此岩溶处理地段在轨道沉降、结构稳定等方面均满足隧道运营需求。充分说明在处理半填充大型溶洞段落时，采用树根桩加固溶洞填充物提高承载力及空腔段采用封闭溶洞面、外设支护结构 + 吹砂形成缓冲层的处理措施是合适的。

参考文献

1. 李兴明. 粘土填充型岩溶隧道病害处理施工技术: 以黔张常铁路晏家堡二号隧道为例[J]. 河北能源职业技术学院学报，2017（04）

2. 苟德强，谢衔光.岩溶隧道地质预报的几种主要方法及应用研究[J]. 铁道工程学报，2017（01）

[3] 胡巍耀. 岩溶地区隧道施工要点与对策研究[J].,工程技术研究，2019（10）