北涯隧道巖溶工程病害分析及施工整治對策

嚴妙珍

(中鐵二院工程集團有限責任公司，四川成都 610031)

1 概況

該隧道區屬于可溶巖峰林谷地地貌。進口端接龍江一級階地，階地面平坦開闊，土層較厚;出口端接北涯龍江大橋跨龍江而過，江底高程174.0 m左右。隧道穿過孤立山體，龍江對山體形成半包圍狀，山體植被差，覆土薄，基巖大片裸露，巖層為二疊系下統棲霞組(P1q)灰巖，巖層產狀較為平緩，近于水平。

隧道路肩高程為204 m左右，最大埋深220 m。洞身段地表巖溶漏斗、豎井非常發育。隧道長870 m，設計Ⅱ級復合襯砌段長328 m，Ⅲ級復合襯砌段長417 m，其余為Ⅳ級復合襯砌。

2 巖溶發育情況及臨時處理措施

隧道施工過程中共遇五處大型溶洞，影響隧道長度達303 m，約占總長的35%，是一處典型的重大病害工程。

2.1 一號溶洞

一號溶洞范圍為DK167+625～+647，屬于巖溶大廳形狀，近長方形。線路左側距邊緣8 m，右側距溶洞邊緣25 m，隧道左右邊墻均位于溶洞內，拱頂略高于溶洞頂。洞頂及周邊巖層較為完整，巖層近于水平;洞底為黏土夾塊石層，最厚達20 m。

溶洞段開挖過程中未遇地下水，靠柳州端的低洼處淺溝有排水痕跡，水流總體由線路右側流向線路左側。溶洞壁見洪水淤積后留下的痕跡，測得其高程為198～202 m，低于隧道軌面。

2.2 二號溶洞

二號溶洞范圍為DK167+508～DK167+520。開挖揭示本段洞身有溶洞，形態不規則，洞頂基本與隧道拱頂齊平。開挖時洞頂上方的小溶洞口在雨后有較大水流進入隧道，平時無水。本范圍內巖體較為破碎，細小溶洞發育，圍巖為Ⅳ級。

從入口可進入線路右側下方的空溶洞大廳，廳內形態不規則，最遠處距洞口約10 m，洞頂石鐘乳及底部的石筍均較發育。洞內上方不斷滴水，局部為線狀水流，底部為塊石。洞內最高空間達12 m，底部有排水通道，其排泄方向遠離線路。

本段測量資料顯示，右側溶洞對線路影響不大，但現場測繪時發現溶洞內有隧道開挖石碴在隧道底部受力擠壓后在溶洞內擠出，說明隧道基底有小型溶蝕通道與右側巖溶大廳相通。

2.3 三號溶洞

三號溶洞大廳在隧道限界內的范圍為DK167+471～DK167+488。該范圍內溶洞頂高于隧道拱頂，右側邊緣距中線僅10 m，左側延伸至距中線約47 m后無法再測量，屬于消水口。溶洞在線路右側與隧道并行延伸，延伸段溶洞寬度約7 m，延伸段溶洞中心線離隧道中線5～12 m，洞頂高于隧道拱頂，洞底充填物高于隧底，局部充填物延伸至隧道底部。

本段溶洞平面上呈近直角形。在DK167+416～DK167+472段溶洞通道與線路并行，兩者之間巖壁比較薄，有的地方溶洞充填物延至隧道基礎底下。DK167+472～DK167+488段溶洞通道延伸方向與線路近于垂直，溶洞底部右高左低，原洞內水流由線路右側向線路左側排走，線路左側洞內有洪水淤積痕跡，說明原洞內左側排水口不夠通暢。

2.4 四號溶洞

四號溶洞大廳發育范圍為DK167+310～DK167+385。該溶洞對線路影響范圍大，在線路右側橫向延伸最長，左側延伸至距中線25 m處時無法再測量，右側則延伸至距中線220處還未結束(測量無法再進行)。溶洞范圍內左右邊墻均有部分懸空。

2.5 五號溶洞

五號溶洞大廳發育范圍為DK167+175～DK167+265。由于該溶洞堆積層頂面高程較隧道拱頂高，充填物為硬塑—軟塑狀的黏土，沿線路延伸最長，且隧道底部也是充填物，因而對施工的影響最大。總體溶洞延伸方向與線路交角約60°，右側邊界距中線約55 m，左側邊界距中線約100 m。

整個隧道斷面均為溶洞充填的軟塑—硬塑狀紅黏土。

3 巖溶特征分析

3.1 環境特征

本區山體具備巖溶強烈發育的條件。首先，二疊系下統棲霞組(P1q)灰巖質純、層厚、粒粗，巖溶發育強烈，洞體規模大。其次，本段巖層產狀為水平或緩傾，地下水以水平運動為主，巖溶形態主要是水平溶洞。最后，龍江在山體附近流過，其下切或堆積的過程控制了巖溶的發展，對山體巖溶的形態及規模影響極大。

最初本地區經歷了一個長時間的地殼抬升、龍江長時間下切的過程(下切深度達高程162 m以下，與巖溶最低發育高程相對應)。山體周圍的巖層受到充分溶蝕，峰林谷地地貌初步形成，同時在山體內形成強烈發育的溶蝕空洞，之后又經歷了一個較長時間的地殼下降、龍江水位抬升的過程(抬升高程在195 m附近，與本地區侵蝕谷地內堆積土層地表高程相對應)，在谷地內形成厚達15 m的堆積土層。同時，山體內巖溶水排泄通道受阻，也處于堆積時期。由于各溶洞來水所攜帶的物質差異及排泄通暢程度差別，造成其充填物性質及高程不一致。三號溶洞DK167+472～DK167+488段下部充填淤泥質黏土，上部充填軟塑狀黏土，中線處充填物高程達210 m;三號溶洞DK167+390～DK167+440段及四號溶洞DK167+350～DK167+380段充填物為粉砂、淤泥質黏土及軟塑狀黏土，中線處充填物高程達205 m;四號溶洞DK167+310～DK167+340段充填軟塑狀黏土，中線處充填物高程達204 m;五號溶洞DK167+175～DK167+265段充填物為淤泥質黏土及軟塑狀黏土，中線處充填物高程最高達220 m。

近階段，本地區又正經歷地殼抬升、龍江改道后水位強烈下切的過程中(江底高程在174 m附近)。江底已重新下切至灰巖層內，河谷狹窄，原已堆積的寬闊谷地形成基座階地。龍江附近的階地土層受其下新發育的溶蝕管道影響強烈發育了土洞，土洞進一步發展造成巖溶塌陷，形成了江邊一系列的巖溶塌陷碟形凹地。

3.2 形態特征

從開挖過程中的地質調查資料及測量資料分析，本隧道巖溶呈NE-SW向發育，總體巖溶水由線路右側排向線路左側，溶洞底板也大致呈右高左低的趨勢。一號及二號溶洞較新形成且處于發展過程中，溶洞規模相對較小，各自地下水徑排系統相對獨立。三號、四號及五號溶洞較老，形成的溶洞規模均比較大，推測這三個溶洞實際上是聯通的，并且其溶蝕過程及堆積過程均比較一致。

因洞內充填物有粉砂層，且砂層容易流失，長期受潛蝕后基底土層穩定性將受影響。

4 工程措施建議

施工過程中對頂部不穩定的巖體進行支撐，在隧道輪廓范圍做格柵鋼架支護。

一號溶洞DK167+625～DK167+647:在揭示溶洞到現在近一年時間內，該溶洞周圍未見雨后有大的水流來源，也沒有淤積現象存在，說明現階段本溶洞來水口已被堵塞，或者本溶洞大廳以外已另有排水通道。基底建議采用較大范圍鉆孔注漿固結，并在隧道底部墊一定厚度的鋼筋混凝土板。

二號溶洞DK167+508～DK167+520:軟弱土層深，基底橫坡陡，但范圍較窄，開挖中采用Ⅳ級加強支護，設置了拱墻格柵鋼架。建議采用樁基托梁加混凝土板跨過;注意將溶洞內較小的雨后水流通過邊墻引入隧道側溝內排出，避免積水。

三號溶洞DK167+471～DK167+488:本段溶洞頂高出隧道限界數米，頂部巖層較為穩定，施工過程中在頂部適當加打錨桿，并進行掛網噴漿。軟弱土層深，基底橫坡陡，但范圍較窄，建議采用樁基托梁加混凝土板跨過;注意將溶洞內較小的雨后水流通過邊墻引入隧道側溝內排出，避免積水;建議采用整體式襯砌。

四號溶洞DK167+310～DK167+385:屬Ⅴ級加強斷面，建議分設橋梁跨過厚層軟弱土層區，采用整體式襯砌，洞周根據需要打少量錨桿。注意將溶洞內較大的雨后水流通過邊墻引入隧道側溝內排出，避免積水。

五號溶洞DK167+175～DK167+265:巖溶充填物為軟塑狀黏土、黏土夾塊石，工程處理困難。建議對軟基進行加固處理，在線路右側打入鋼管樁加固右側邊坡，管內壓注水泥漿固結;工作面前方進行超前支護;超前支護完成后逐級更換型鋼拱架。

5 結束語

一號及二號溶洞規模相對較小，工程處理也較簡單，三號溶洞和四號溶洞軟層厚度大，沿線路跨度長，基底處理比較困難。五號溶洞全為充填物，曾在開挖整治過程中出現了初支整體垮塌封堵原開挖斷面的情況，后經過優化整治得以解決。

從施工完成到現在，經歷了幾場大雨，均未見線路與隧道近平行的溶洞通道內有水流出，洞身沒有出現新的的工程病害，說明前期的整治工程措施是合理的，施工整治方案也得到了有效的驗證。

[1]TB10027—2001 鐵路工程不良地質勘察規程[S］

[2]付開隆，蔣躍剛.北崖隧道巖溶工程地質勘察報告[R］.成都:中鐵二院，2006

[3]TB10038—2001 鐵路工程特殊巖土勘察規程[S］

[4]中鐵二院.改建鐵路黔桂線擴能改造可行性研究報告[R］.成都:中鐵二院，2004

[5]TB10106—2010 鐵路工程地基處理技術規程[S］