岩溶区隧道设计研究

摘要：岩溶地区修建隧道是复杂、系统的，虽然从设计理念、设计措施等方面可以降低隧道修建的风险，但还应从岩溶勘探手段、对岩溶认识了解上有新的突破，为公路线路选线、隧道修建提供更可靠的依据，提高岩溶地区隧道的质量，保证线路运营安全。

关键词：公路隧道；岩溶地区；设计

Abstract: the karst area to build a tunnel is complex, the system, although the design concept, design measures, can reduce the risk of tunnel construction, but also should from the karst exploration method, the karst know new breakthroughs, for highway line route, tunnel construction to provide more reliable basis, improve the quality of the tunnel karst region, ensure the safety line operation.

Keywords: highway tunnel; Karst region; design

中图分类号：U459.2文献标识码：A 文章编号：

1前言

随着我国公路建设的不断发展，公路路网规划的不断实施，在岩溶地区修建的隧道越来越多，尤其是在西南山区，诸多长大复杂岩溶隧道正在修建或即将修建。由于岩溶的复杂性、发育的不规律性，在岩溶地区修建隧道风险高。降低岩溶隧道的建设风险，保证工程安全有序施工，以及提高岩溶隧道工程质量，确保岩溶地区隧道长期的运营安全，是岩溶地区隧道设计的基本思想。围绕这一基本思想，在近几年岩溶地区隧道设计中，针对岩溶风险、岩溶及岩溶水的处理、衬砌结构、施工安全措施等方面积累了较多经验，也有不少教训，值得思考。

2 岩溶发育的类型及对工程的影响

2.1按岩溶发育条件分类

岩溶发育的条件是岩石的可溶性与裂隙性，以及水的侵蚀性及其流通条件。因此设计时，一般可把岩溶类型归结为以下几类：

1）地下水沿层面流动，形成沿地层走向，即沿层面发育的岩溶。

一般可溶岩和非可溶岩接触带、不同地层可溶岩接触带、同一种地层中可溶岩内沿层面推测至地表且地表洼地、落水洞、槽谷等岩溶现象明显等，且岩层倾角陡的比倾角缓的岩溶相对发育。隧道通过这些地段可能发生灾害的风险高。

2）地下水沿节理裂隙及其密集带运移，形成沿节理裂隙发育的岩溶。

3）沿断层发育的岩溶，张性断层附近的岩溶发育程度较强，而压性断层附近发育程度相对较弱。

2.2按岩溶地区地下水垂直分带进行分类

岩溶发育的垂直分带性取决于岩溶地区水文地质的垂直分带，一般在岩性单一的可容岩中，地下水具有三个分带，对应的岩溶发育有以下特点：

1）垂直渗流带

位于地下水排泄基准面以上，为临时性地下水运动带，以垂直运动为主，地表水通过裂隙垂直向下运动。岩溶形态以漏斗、落水洞等为主，局部可能形成水平溶洞。

2）季节交替带

地下水运动随季节变化，呈周期替。干季时地下水位降低，为垂直运动；雨季时地下水位上升，为水平运动。在此带中岩溶发育最强烈，常形成复杂的大型溶洞、暗河、地下湖等。隧道通过此地段时具有极高的风险。

3）水平径流带

位于地下水排泄基准面附近，地下水的运动相当强烈，常沿裂隙及层面发育大量水平和倾斜的溶洞，构成互相连通的地下通道。工程位于此带时，其对工程的危害和影响大，风险极高。

3 岩溶区隧道设计

基于对岩溶发育的特点及岩溶对工程的影响分析，设计时应从隧道通过岩溶区的位置、岩溶水的处理原则及结构设计等方面综合考虑，以控制并降低其风险，确保隧道安全。

3.1岩溶地区隧道位置确定

从岩溶在地下水垂直分带上发育特点上分析，以及岩溶地区隧道修建经验表明，线路选线设计时，隧道位置应尽量选择在岩溶不发育地段通过；当受条件限制时线路应采用高线位，以隧道通过岩溶水垂直渗流带为宜，尽量避免穿越岩溶水水平径流带。对于季节交替带、深部缓流带则应慎重对待，尤其是深部缓流带中岩溶一般不发育，对隧道修建影响小；但条件适宜时也能形成相当规模的溶洞，对工程的危害极大。因此当线路要穿过此带时，地质勘探应重点查明有无规模较大的溶洞发育，若存在这类情况，线路选线时应尽量避免。岩溶隧道线路坡度宜采用人字坡，为保证排水顺畅，富水岩溶隧道宜优先选用大坡度线路方案。

3.2隧道岩溶水的处理

（1）隧道内岩溶水处理一般“宜疏不宜堵”，由于岩溶水发育的不规律性，建立排水系统应注意以下问题。

①施工中揭示出的岩溶暗河水随着暗河通道上游充填物不断流失，管道被洗通，吸附影响范围加大，在后期水量还可能增大，在利用人工构筑物引排、选择过水断面时，应考虑过水能力有足够的富余量作为安全储备。

②采用恢复岩溶通道排水的方案时，宜对岩溶通道做详细调查和观测，包括连通试验等，且岩溶通道具有完整洞壁、沉积物少、下游流程短的特点，同时还宜预留排泄不畅时的补救条件。

③泄水洞过水断面、坡度等的确定，除考虑过水能力、防冲刷、冲淤条件外，应充分考虑施工作业要求、人员逃生需要的要求。

④强化洞口排水系统的处理，避免排水影响洞口环境。

（2）对于地下水发育且隧道修建对生态环境或工程环境可能产生不利影响的水塘、水库影响地段，采取“以堵为主，限量排放”的原则。

（3）对于环境保护要求低、但施工期间可能发生如突水、突泥等危害地段，围岩破碎时应采取超前注浆加固围岩，以改善围岩的力学性质，避免固体物质流失，减少地下水涌出；当围岩完整稳定，可通过超前钻孔引排地下水，减小水量，以避免突水的发生。

3.3衬砌结构

大量的工程实践表明，对于岩溶地区隧道，尤其是岩溶发育地段，衬砌的选用应慎重。

（1）衬砌结构应适应揭示的围岩状况及岩溶水环境隧道衬砌结构适用于揭示围岩的状况及岩溶水环境条件是设计必须的。对地表环境有影响需采取堵水措施地段，应采用防水型衬砌，其衬砌结构须适应一定的水压；排水地段则采用排水型衬砌，为防止串水，宜设置分区防水系统。

（2）衬砌结构应适应岩溶水可能变化的环境在排水条件下，衬砌选择时应重视岩溶及岩溶水发育的不规律性的影响，从地形条件、岩溶发育程度、排水系统的有效性、运营后环境条件可能的变化等方面分析隧道工作环境可能存在的不利条件，评估衬砌结构的可靠性和安全性，并选择适宜的加强衬砌结构。

①应重视地表岩溶发育的特点及岩溶发育的规模。对于地表径流条件较差、而岩溶洼地、漏斗、槽谷等发育地段，衬砌结构选择时应考虑雨季或暴雨等条件下可能的地下水量、水压等的变化。

②应考虑隧道排水系统的可靠性和有效性以及岩溶水量变化的滞后性。随着时间的推移，岩溶管道的洗通，袭夺地下水影响范围扩大，水量等会加大。地下水环境的改变，产生了衬砌结构所不能适应的静水、动水压力。

③衬砌设计应考虑地表环境可能的变化，尤其应重视隧道区域内水利设施、地方工矿企业的建设和规划，其可能造成地表径流条件变化而导致地下水环境条件变化。

3.4辅助坑道设置

1）岩溶地区隧道辅助坑道型式的选择，宜满足顺坡排水需要，设计时应优先选择横洞或平导，以降低施工风险。在有可能发生突水、突泥的隧道区段，不宜设置承当施工任务的斜井；当不可避免时，应采取防止突水突泥措施，并配置有足够安全储备能力的机械排水系统。

2）岩溶地区横洞、平导设计时，合理确定辅助坑道与正洞的高程关系。辅助坑道坑底高程通常由施工运输的需要确定，而在岩溶地区排水需要是控制其坑底高程的关键因素。由于平导与正洞的高程关系确定时对排水能力重视不够，造成平导排水适应能力差，在施工中对平导进行再次降坡落低，造成施工难度加大。因此在岩溶地区，辅助坑道坑底高程一般应低于对应正洞水沟沟底高程0.4~0.8m，当隧道涌水量大时，还应进行过水能力检算以确定辅助坑道与正洞的关系。

3）横洞与平导选择时，应高度重视地下水的来源方向。平导宜设立在地下水来源侧，以截流地下水；当条件限制只能在地下水的下游侧设置辅助坑道时，应从高程关系上预留设置跨线排水通道的条件。

3.5安全措施

在重视超前地质预测预报工作条件下，还应重视以下工作：施工组织设计时，各施工工区宜尽量实现顺坡施工，必要时可通过辅助坑道设置实现其顺坡施工条件。洞口排水系统设置应畅通，防止突水对洞口场地和下游居民造成危害。洞口排水系统能力应适应该洞口工区可能的最大涌水量。反坡施工段应进行抽排水能力的设置，根据已往的设置经验，反坡施工工区抽水能力配置不应小于2×104m3/d，抽水泵站设置间距宜为600～800m，积水仓规模不小于100m3，抽水管径200~300mm。

4结束语

岩溶地区隧道修建中出现的问题较多，尤其是岩溶水对施工安全、结构安全、运营安全的危害，并严重影响建设工期和工程投资。为此从岩溶发育的类型、岩溶对隧道工程的影响和危害等方面进行了分析。并对岩溶地区隧道工程设计理念、设计技术等进行了系统分析，提出了岩溶地区隧道工程的选线应尽量避开岩溶水的径流带及深部缓流带的建议；针对岩溶危害，在隧道结构设计时应结合安全评价，采取适宜的加强措施；岩溶水一般宜按“宜疏不宜堵”原则治理，辅助坑道、洞口设置等应重视对岩溶水引排的适应性。

参考文献

[1]黄波，乌石山隧道洞口病害整治设计与施工[J]；

[2]JTG D 70-2004公路隧道设计规范，北京:人民交通出版社,2004

[3]JTG F 60-2009公路隧道施工技术规范，北京:人民交通出版社,2009

[4]张民庆.岩溶隧道安全施工[R].