岩溶区山岭隧道围岩整治技术研究

摘要：随着我国基础设施建设的快速推进，西部地区交通等基础建设迅猛发展，长大岩溶隧道建设越来越多。岩溶隧道修建过程中，经常遇到突水、涌泥等大型地质灾害，岩溶隧道围岩整治技术成为岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题。根据防突厚度及突水机理的研究成果，结合众多岩溶隧道施工中揭露出来的溶腔以及与需要处理的隐伏溶腔的治理实践，概括和总结出隧道溶腔段围岩整治技术。以云桂线红石岩隧道为例验证了岩溶隧道围岩整治技术的可靠性和合理性，为类似工程提供了参考和借鉴。

关键词：岩溶隧道；地质灾害；防突厚度；围岩整治

中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：

1引言

国内外岩溶分布广泛，岩溶灾害研究最早开始于1933年的前苏联，当时，由舍维亚科夫院士发起召开了第一届全苏Karst会议，标志着岩溶问题相关研究的开端[1]。1973年在德国首次举行了主题为“与可溶岩有关的工程地质问题”的国际讨论会，之后，有关岩溶灾害的研究迅速发展起来。2009年10月在克罗地亚召开的欧洲岩石力学学术大会的主题就是困难地层条件下的岩石工程——软岩与岩溶，将岩溶地区工程地质和水文地质、岩石性质测试方法、设计与分析方法、开挖与支护以及岩溶地区工程环境问题等作为会议的主要讨论议题，可见对岩溶问题的重视程度。当前，随着环境岩土工程和地质灾害研究的深入，岩溶问题研究有了长足的发展[2~4]。

本文结合号称“岩溶博物馆”的宜万铁路及正在施工中的新云桂铁路沿线众多岩溶隧道施工中揭露出来的溶腔以及与隧道间岩层安全距离不足的隐伏溶腔的治理实践，概括和总结出露溶腔和部分隐伏溶腔的整治技术和相关施工方法，为岩溶隧道揭示溶腔段的施工、整治措施的制定、进而为提高岩溶区隧道的整体施工水平提供基础。

2隧道过溶腔段围岩整治方法

2.1 溶腔段隧道顶板围岩整治方法

由于受地下水溶蚀的不规律性，溶洞顶板可能存在大块危石或宽张裂隙，会对下部的施工及结构造成安全隐患，针对溶腔发育的具体特点，分别采用回填、护拱、喷锚防护、立柱、拱罩、结构加强等处理措施。

回填方案：适用于溶腔向拱顶以上发育规模较小，无水（少水）的空腔、半充填型溶腔，可采用混凝土回填至溶腔顶板。

护拱防护：适用于溶腔向拱顶以上发育规模较小或溶腔尽管向上发育较高但宽度很窄，回填混凝土至溶腔顶板标高存在一定困难，可在初期支护外侧施作1m~2m厚混凝土护拱，护拱以上吹砂做缓冲层。

喷锚网防护：普遍适用于溶腔纵、横向发育范围较广，溶腔顶板稳定性较好，通过加长锚杆及加厚网喷混凝土，增强溶腔顶板整体稳定性。

立柱（结构）支顶：适用于溶腔纵、横向发育范围均较广，溶腔顶板发育在隧道拱顶以上10m以内，可在边墙两侧采用立柱或侧墙支顶，隧道结构向上延伸支撑于溶腔顶板，保证隧道范围内溶腔顶板稳定。

拱罩防护：适用于溶腔纵、横向发育范围均较广，溶腔顶板发育在隧道拱顶以上10m以上，顶板整体稳定性较好，仅存在小块落石的可能，且清除危石难度较大，可在隧道结构外侧施作一个3m~5m厚钢筋混凝土拱罩，拱罩与隧道结构分离设置，并预留一定的空间，防止落石对隧道结构造成危害。

2.2 溶腔段隧道底板围岩整治方法

针对溶腔（岩溶暗河）地段隧道底板溶腔形态、规模及充填物性质，可采用回填、注浆、钢管桩、板梁、拱跨、桩基承台、路基填筑等处理措施。

回填方案：适用于发育在隧底附近的小型空腔或半充填溶腔，可采用混凝土或浆砌片石回填（换填），以保证隧底有足够的承载力。

注浆加固：适用于隧底10m～15m的溶腔充填物，通过注浆（可注性较好）或钢管桩注浆（可注性较差），形成足够承载力的注浆改良复合地基[5]。

板（梁）跨越：适用于发育至隧底以下深度较大的充填型溶腔，充填物具有一定的密实度及承载力，但均匀性较差，可通过板（梁）调整地基的整体均匀性，控制差异沉降，保证隧道结构安全。

拱桥跨越：适用于发育至隧底以下深度较大且纵向发育范围有限的空腔，采用拱桥跨越，拱座位于溶腔两侧的基岩上，但由于随着拱跨的增大，拱座位置下挖深度不断增大，所以不适用于纵向范围较大的溶腔。

桩基承台（托梁）：适用于发育至隧底以下深度较大的空腔或溶腔充填物承载力很低，注浆效果难以保证的充填型溶腔或不易封堵的过水通道，桩基承台适用性较强，对溶腔的纵、横向范围要求不大，但是如果桩基过深会增大施工难度。

路基填筑：适用于发育至隧底以下深度较大的空腔，且纵横向发育规模较大，可采用路基填筑方案，为控制路基高填路基工后沉降，可通过复合地基及隧道内预留沉降空间解决。

2.3 溶洞（岩溶暗河）地段隧道侧板整治方法

溶洞（岩溶暗河）位于隧道侧面时，可根据溶腔形态、规模设置护墙，避免外侧滚石、落石对隧道结构造成危害。

护墙防护：如溶洞侵入隧道开挖轮廓线范围有限，可在边墙外施作1.0m~2.0m的混凝土护墙。

护墙支顶：适用于溶腔发育范围较宽广，溶腔侵入隧道范围较大或横穿隧道，为防止溶腔顶板坍塌，可在隧道边墙外施作混凝土护墙，支撑于溶腔顶板。

3工程实例分析

新建云桂铁路（云南段）红石岩隧道为Ⅰ级风险隧道，岩溶强烈发育。2号横洞全长1460m，其中H2DK0+350～H2DK0+333段在施工过程中揭示一个充填型溶洞，发生涌泥现象，现场踏勘该溶洞为大型岩溶管道，直径1.5～2.0m，与横洞呈大角度相交，充填可塑状砂质粘土，岩体湿润有少量渗水。该溶洞内完全充填可塑状砂质粘土，且充填物质有分层特征，由下往上含砂量逐渐增高，当前洞内岩溶水不发育，以渗水为主，根据洞内充填物推测降雨后洞内出水会增大，存在较大涌泥突水风险。该段围岩为二迭系上统吴家坪组灰岩（P2w），属硬岩，中厚层状，节理发育，较破碎，局部溶蚀破碎[6]。

根据该溶腔形态及规模，采取如下处理措施：

（1）分别从H2DK0+350、 H2DK0+348、 H2DK0+346三个里程处断面左侧边墙向左前方打设Φ89×5钢花管，对左侧溶洞充填物进行注浆加固隔离，注浆材料采用1：1（重量比）的水泥砂浆，注浆压力不小于2.0MPa或根据现场情况调整。钢管竖向间距0.8m，梅花形布置，与边墙呈20°角，钢管打入基岩不小于1.0m，竖向3排，每排6根。

（2）待左侧溶洞充填物加固稳定后，清理被挤出的充填物，拆换左侧边墙破坏的初期支护。

（3）H2DK0+344～H2DK0+339段采用全断面3m径向注浆，完毕后应检查注浆后的效果，必要时进行补注浆，保证开挖轮廓线外3m加固圈。

（4）H2DK0+350～H2DK0+338里程范围内，根据底板与溶洞顶板的位置关系，打设隧底钢管群桩，进行隧底加固，采用Φ108×6钢花管，梅花形布置，间距1.0m×1.0m，钢管打入基底基岩以下不小于0.5m，若围岩破碎，打入基岩应不小于1.0m。注浆材料采用普通水泥浆，注浆压力不小于2.0MPa，水灰比0.6:1～0.8:1，钢花管群桩上端嵌入底板内15cm～20cm。

（5）H2DK0+338～H2DK0+333里程范围内采用带仰拱曲墙断面型式，并进行模筑，并打设隧底钢管群桩[7]。

4 结论

本文在前人对岩溶隧道防突厚度研究的基础上，结合岩溶区隧道修建的工程实践，总结概括了岩溶隧道围岩加固方法以及不同于岩溶发育条件下隧道施工的预加固措施和施工工法，并结合云桂铁路（云南段）红石岩隧道岩溶发育的状况，开展了应用性研究，研究成果对出露溶腔和部分隐伏溶腔施工、整治对策的制定具有重要意义。

参考文献：

[1] 程晔. 岩溶区高度公路路桥基础稳定评价方法与应用研究[D]. 长沙：湖南大学，2005

[2] 朱鹏飞. 宜万铁路别岩槽隧道岩溶及岩溶水治理技术[J]. 铁道标准设计，2008，03：102-107

[3] 乔春生. 高压富水充填型大型岩溶区的隧道修建技术研究（分报告二）[R]. 北京：北京交通大学，2009

[4] 郭佳奇. 岩溶隧道防突厚度及突水机制研究[D]. 北京：北京交通大学，2011

[5] 张民庆，彭峰. 地下工程注浆技术[M]. 北京：地质出版社，2008

[6] 中铁隧道勘测设计院. 新建云桂铁路（云南段）红石岩隧道工程地质勘察报告[R]. 天津：中铁隧道勘测设计院工勘分院，2010

[7] 中铁隧道勘测设计院. 新建云桂铁路（云南段）红石岩隧道2号横洞H2DK0+350~+333段溶洞处理方案[R]. 天津：中铁隧道勘测设计院红石岩隧道项目组，2011