隧道穿越大型岩溶处治方案的探讨

摘要：本文结合张花高速科洞隧道工程案例来分析隧道穿越大型溶洞处治方法，并根据溶洞大小、与隧道的相对位置等采取合理的岩溶处治方案，为类似地区的隧道穿越岩溶处治施工提供一些参考经验。

关键词：大型溶洞；隧道

中图分类号：U45文献标识码：A 文章编号：

0引言

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层(碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等)进行化学侵蚀、崩解作用和机械破坏、搬运、沉积作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。由于隧道处于地下各种复杂的水文地质岩体中，各类岩溶问题在隧道施工建设中难度较大，而对于隧道穿越大型岩溶的施工难度则更大。

本文以张花高速科洞隧道为工程背景，探讨隧道穿越各种大型岩溶的处治方案。

1工程概况

1.1地形条件

本工程位于张家界至花垣高速公路D17合同段，地处湖南省湘西北，总体走向为北东—南西，穿行于岩溶中低山地貌，沿线地形起伏较大，地面高程介于390.0～706.0m间，部分段与岩溶冲沟近垂直相交，沟底内岩溶落水洞、漏斗呈串珠状发育，主要为灌木丛，少量为松树、杉树等。

1.2气象条件

该场地属亚热带季风湿润气候，具明显的大陆性气候特征，四季分明。雨量充沛，多年平均年降雨量约1328.10mm，十二月至次年一月降雨量最少，从二月起渐增，四月至八月为雨季，雨季降水量占全年的60%以上，历年平均气温17.2~17.6°，年平均蒸发量介于1102.40～1258.40mm，相对湿度84.38，潮湿系数1.06。

1.3水文地质

该合同段路线位于湖南省湘西北重丘山林地带，地表水系极不发育，未见地表水体。大气降水后，多沿竖直岩溶裂隙、溶蚀沟槽等就地下渗，少量形成地表径流，由山坡流向地势低洼地带，汇集于冲沟内发育的岩溶漏斗、落水洞后，排泄至深部地下暗河中，最后排泄于地势低的猛洞河中，猛洞河边出水口标高约275.00m。因此沿线地下水埋藏较深。

1.4溶洞特点

张花高速公路科洞隧道围岩以白云质灰岩、白云岩为主，主要特征是溶洞、溶槽、溶沟、裂隙、岩溶管道、岩溶水等均比较发育，溶洞内部分填充有粉质粘土、土夹石及孤石。

2隧道穿越大型溶洞的处治方案

2.1溶洞位于拱顶部

2.1.1长管棚法

溶洞位于拱顶位置，溶洞尺寸高度大于20m，且溶腔围岩稳定性较差时，可考虑施作长管棚。

案例1 张花高速公路科洞隧道ZK76+186岩溶处治技术

科洞隧道左洞掘进至ZK76+186时，在隧道拱顶发现一大型干溶洞，宽5m，长12m，高35m（贯通地表），溶洞壁围岩极不稳定。

主要处理措施如下：

(1)在溶洞周围施工截水沟，防止雨水流入溶洞，并用防水布遮盖溶洞范围。

(2)在ZK76+186里程处施做Ф108cm长管棚，管棚长18m，环向间距40cm。在管棚上安放沙袋，防止溶洞壁掉落碎石块。

(3)隧道开挖，立拱架，拱架间距为0.5m/榀，施作初期支护，初期支护为1.5m厚,如图1。

2.2溶洞位于拱腰部

2.2.1钢支撑法

当溶洞处于拱腰位置时，由于围岩稳定性差，用钢支撑法处理较为安全。

案例2 张花高速公路科洞隧道ZK76+220~+234岩溶处治技术

科洞隧道掘进至ZK76+220里程时，在拱腰位置发现一大型溶洞，溶洞长9m，宽7m，高15m，洞内有水流迹象。

主要处理措施如下：

(1)在溶腔内部施作纵向I18工字钢并加设临时斜支撑，保证溶腔壁围岩的稳定；

(2)架立I18钢拱架和I18水平工字钢；

(3)安装钢模板，向溶腔内部分层泵送C20混凝土，混凝土的标高高于拱顶1m。同时预埋Φ18cm钢质注砂管和泄水管。

(4)当浇灌的混凝土达到设计强度后，向溶腔内部吹填2m厚的砂砾作为结构缓冲层。

(5) 完成初期支护后，施作防水板，浇筑45cm厚 C25钢筋混凝土，如图2。

图1 科洞隧道拱顶处溶洞处治

图2 科洞隧道拱腰处溶洞处治

2.3溶洞在边墙部

2.3.1加固墙基方案

当隧道边墙部位存在长而深的溶洞时，可采取加固隧道边墙的基础通过。

案例3 张花高速公路科洞隧道ZK76+882~+896岩溶处治技术

科洞隧道掘进至ZK76+882里程时，在隧道左侧边墙发现一狭长溶洞，溶洞长10m，宽6m，洞内有水流迹象。

主要处理措施如下：

溶腔底先用浆砌片石回填2m，再做一混凝土墙基，墙基高11m，做好隧道初期结构后用浆砌片石回填，同时预埋Φ11cmHDPE排水管，如图3。

2.4溶洞在隧道底部

2.4.1“桩基+托梁+板跨”方案

当隧道基础及路面下出现大型有水溶洞时，可采用“桩基+托梁+板跨”的处治方案。

案例4张花高速公路科洞隧道YK76+176~+206岩溶处治技术

科洞隧道掘进至YK76+176里程时，在隧道基础底部发现一大型过水溶洞，溶洞长20m。

处理方法为：在溶洞内两侧分别打直径为1.2米的钢筋混凝土灌注桩，桩身嵌入基岩的厚度为1m，灌注桩纵向间距为5m，横向间距10m。在桩顶部施作托梁，梁高1m，宽2.5m，长22m。施作钢筋混凝土底板，板厚度为1.0~1.5，如图4。

图3 科洞隧道边墙处溶洞处治

图4 科洞隧道基底处溶洞处治

2.5隧道在溶洞内部

2.5.1“桩基+盖梁+板梁”的处治方案

当隧道全部位于溶洞内且溶洞向下发育较深时（15～30m），可采用“桩基+盖梁+板梁”方案通过。

案例5 张花高速公路科洞隧道YK76+324~+364岩溶处治技术

科洞隧道掘进至YK76+324里程时，遇到一大型溶洞，溶洞宽25m，深约35m，长约15m，洞内有水流迹象。

主要处治措施如下：

(1)清理溶腔顶部周围危石，在溶腔壁局部施作5m砂浆锚杆；

(2)在溶洞底部施作三排钢筋混凝土灌注桩，桩直径为1.5m，横向间距3.5m，纵向间距4m，桩身嵌入基岩深度不小于1m；

(3)灌注桩完成后，在桩顶部施作盖梁，盖梁高3m；

(4)在盖梁上施作钢筋混凝土板梁，底板厚1.5m；

(5)隧道拱顶以上的溶腔范围回填浆砌片石，如图5。

2.5.2充填处治方案

当溶洞发育规模深度大于30m时，可采用充填处治方案通过。

案例6 张花高速公路科洞隧道YK76+470~+500岩溶处治技术

科洞隧道掘进至YK76+470里程时，隧道前方遇到一特大型溶洞，长约35m，宽约35m，深约40m。整个隧道结构在溶洞内部。

主要处理措施如下：

隧道底部溶腔采取浆砌片石分层填筑夯实的方案，隧道则由暗洞改为明洞，隧道两侧边坡坡面进行喷锚支护，锚杆采用中空注浆锚杆，长5m，间距1m×1m，如图6。

图5 科洞隧道位于溶洞内部处治

图6 科洞隧道位于溶洞内部处治

3结语

（1）张花高速科洞隧道目前已接近竣工，从目前看来，以上岩溶处治方法在隧道穿越大型岩溶施工中取得了较好的效果。

（2）隧道穿越大型岩溶时应根据溶洞大小、与隧道的相对位置等采取合理的处治方案。对于发现的大型干溶洞，均应当考虑降水的影响，预设岩溶排水的措施。

（3）对岩溶水的处理主要是排堵结合，但同时应考虑地下水排量和生态环境保护。

（4）由于岩溶的复杂性，处治方案首先应保证施工作业人员的安全，然后才是工程质量和进度。

参考文献：

[1]王爱武.罗家寨隧道岩溶段施工技术[J].隧道工程.2003,(增刊):112～113.

[2]王国际.注浆技术—理论与实践[M].徐州:中国矿业大学出版社，2000.

[3]李治国.隧道岩溶处理技术[J].铁道工程学报.2002,76(4):61～67.

[4]谭红鑫.岩溶及其处治措施分析[J].西部探矿程.2009,4(7):22～23.

作者简介：赵沁来，(1978—)，男，浙江温州人，工程师，主要研究方向：桥梁与隧道工程

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。