宜萬鐵路魯竹壩二號隧道大型干溶洞處理技術

1 工程概況

魯竹壩二號隧道位于湖北省恩施市境內，是宜萬線上一座單線隧道，隧道進口里程DK204+390，出口里程DK209+530，全長5140m，最大埋深350m。整座隧道構造裂隙和溶蝕裂隙較發育，洞身處于垂直徑流帶，巖溶強烈發育，巖溶、巖溶水、突水突泥、巖溶塌陷問題集中，是宜萬線地質情況最復雜的隧道之一。

2 溶洞形態

DK204+608處溶洞位于隧道正線上，縱向發育長度132m，溶洞高度為2.2～24.7m，最大寬度為62.6m。溶洞底部比隧道路肩高程低5～10m，溶洞頂部比隧道路肩高程高6～17m。溶洞底部4.5～29.5m厚的堆積體為溶洞長期塌落的碎石、塊石土及古暗河沖擊形成的卵石和砂層。整個溶洞形成兩個大型干溶蝕大廳和一個連接巷道，呈啞鈴形。DK204+608～+664.7段發育1#溶蝕大廳，DK204+677～+740段發育2#溶蝕大廳，兩個溶蝕大廳通過隧道右側拱腰外側1～4.5m的巷道連通(如圖1所示)。

3 溶洞工程地質和水文地質條件

溶洞揭露后，為確定溶洞的處理方案，對溶洞地質情況進行了詳細的地質勘探，溶洞工程地質和水文地質條件如下：

(1)工程地質條件：頂部巖體破碎，局部地段洞頂附有黏土等充填物，洞頂偶見掉塊現象，最大尺寸為3m*1.5m*1.5m；底部溶蝕厚度為4.5～29.5m，溶腔底部充填碎、塊石土及黏土，局部夾有腐植物，局部地段有磨圓度較好的卵石和砂層，厚度為1m左右，溶洞底板由于節理裂隙較發育，巖體較破碎。

(2)水文地質條件：該溶腔為古暗河通道，處于水平逕流帶和垂直滲漏帶的接觸部位，巖溶發育標高位于地下水位之上，為過水廊道，雨季時承按過路水。從溶腔揭露以來，經過了一個雨季的考驗，溶腔內無明顯積水，溶腔所承接的過路水均通過各種渠道滲入地下。如果溶腔的處理工程不將現有的排水通道堵死，溶腔自身的排泄通道是能滿足過水要求的，不會造成淹路肩事故。

4 施工方案

4.1迂回方案

由于隧道較長，工期緊，地質條件極其復雜，溶洞地質鉆探及方案論證需要很長一段時間，為解決DK204+610掌子面受阻問題，溶腔段采用迂回導坑繞行方案，迂回導坑長203.49m，繞行至溶腔末端后，繼續正洞掌子面的施工(如圖1所示)。

4.2溶腔處理方案

4.2.1溶洞大廳防護

溶洞揭示后，溶洞頂板巖層呈水平層，容易造成塌方，為確保主體工程施工安全，從已施工隧道側采用機械逐段清除溶腔拱部及邊墻危石后，在隧道中線兩側10m范圍內溶腔頂部全部采用噴錨網防護，φ22砂漿錨桿，長4～6m，間距1.5m×1.5m；20cm厚C20網噴混凝土，φ8鋼筋網，網格25×25cm。

4.2.2拱部溶洞處理

隧道拱部以上空腔地段采用無砂大孔混凝土進行回填，襯砌兩側采用耳墻或護墻進行支頂(如圖3所示)。由于無砂大孔砼難以回填至溶腔頂板，每回填一段，采用C20噴射砼補實溶洞頂板以下的空隙，確保回填物與溶腔頂板密貼。耳墻、護墻采用木模分段、分層進行澆筑，砼澆筑完成后，在貼近溶洞頂板處，在模板一側每間隔2m開一小孔，采用注漿機向孔內壓注M10水泥砂漿，確保其與溶腔頂板密貼，起到對溶洞頂板的支撐作用。

4.2.3底部淺層溶洞處理

2#溶腔末端DK204+729.4～+740段為充填型溶洞，充填物發育至隧底2～9m，采用0.8m厚C30鋼筋混凝土板梁+φ108鋼管樁(壁厚δ＝9mm)注漿進行加固(如圖3所示)。鋼管樁間距1.0m×1.0m，注漿材料采用1：1水泥漿，注漿壓力1.5～3.0MPa，鋼管樁嵌入基巖深度不小于0.5m。

采用注漿及鋼管群樁復合加固，基礎可靠，沉降量小，運營安全。

4.2.4底部深層溶洞處理

1#、2#溶洞縱向長度較長，且發育至隧底以下11～37m，經與其他方案進行技術經濟比較后，隧底采用樁基、承臺方案通過(如圖4所示)。1#溶洞樁間距為3.5m，梅花型布置，樁徑φ1.25m，共48根，最大孔深43.5m；2#溶洞樁基采用4.55×3.65m(橫向×縱向)鉆孔灌注樁，樁徑φ1.25m，共36根，最大樁長43.5m。由于基礎巖面起伏較大，為改善樁身受力條件，部分樁頂以下2～6m樁徑擴孔至φ2.0m，然后埋設內鋼護筒(φ1.25m)，鋼護筒和護壁中間填充沙石，用水沖實。承臺材料選用C25鋼筋砼。承臺施工時，在1#、2#溶蝕大廳承臺底部各埋設1個孔徑1.0m的鋼筋砼圓管作為溶腔體的過水通道。

4.2.5二次襯砌

考慮溶腔范圍結構受力復雜，對二次襯砌結構進行了加強，二次襯砌結構由原設計厚25cm的C25砼調整為厚40～100cm的C30鋼筋砼結構。

5 結束語

(1)對于復雜巖溶隧道大型干溶洞，首先必須對巖溶形態、工程地質及水文地質進行詳細勘探，為處理提供詳細資料。

(2)當隧道穿越巖溶地段時，處理方案應根據溶洞的世紀情況進行處理，一般情況可按巖溶對隧道的影響情況及施工條件，采取跨越、加固洞穴、回填、注漿加固軟土地基等處理方案。

(3)溶腔處理必須考慮地下水的排泄，一般情況以排為主，防、排、截、堵相結合，盡量保持原來的水文地質情況。

(4)頂部溶腔回填時，必須采取措施，保證其頂部與溶洞頂板密貼，否則就會失去支頂作用。

(5)溶洞區隧道結構一般需要加強。