高速公路隧道大型復雜巖溶坍塌涌泥處治實例分析

楊秀飛

(貴州省高速公路開發總公司)

1 引言

巖溶指可溶性巖石，特別是碳酸鹽類巖石(如石灰巖、石膏等)，受含有二氧化碳的流水化學溶蝕，并包括水的機械侵蝕和崩解作用，以及物質攜出、轉移和再沉降的綜合地質作用結果。我國是碳酸鹽類巖石分布極為廣泛的國家，覆蓋、掩埋、出露的碳酸鹽巖總面積約占我國領土面積的三分之一，其中西南地區是我國巖溶發育最廣的地區。隨著我國西部大開發戰略的實施，越來越多的隧道及地下工程在巖溶地區修建，隧道施工及運營過程中時常面臨坍塌、涌水、突泥、涌砂、地表塌陷、地表水枯竭等巖溶地質災害。貴州省黎平至洛香高速公路上皮林隧道施工過程中，曾發生大規模巖溶坍塌涌泥巖溶地質災害，給隧道施工帶來極大困難。本文根據該隧道巖溶坍塌涌泥特點及溶洞發育形態，綜合考慮隧道施工及運營的安全性，根據現場實際情況提出了相應的處治措施。

2 工程概況

2.1 隧道概況

上皮林隧道位于貴州省從江縣境內，是一座雙向四車道高速公路分離式長隧道，隧道左幅隧道起訖樁號為ZK43+912～ZK45+340，長1 428 m，最大埋深約149 m;右幅隧道起訖樁號為YK43+915～YK45+350，長1 435 m，最大埋深約159 m。隧道場區位于雪峰山脈西南端與云貴高原的東緣，地勢整體北高南低，屬淺切低山侵蝕、剝蝕、溶蝕型地貌類型。隧道通過一高大山體，四周地形低，為較獨立山體，山體上植被發育，主要為灌木，無地表水流。隧道軸線通過段高程介于411～591 m，相對高差180 m。

2.2 工程地質及水文地質

隧道地表覆蓋層主要為第四系殘坡積層粉質黏土，黃褐色，可～硬塑，含少量碎石，厚度0～3 m。下伏基巖為石炭系中至上統的黃龍組、馬平組中至厚層白云質灰巖，其下為石炭系下統的擺佐組、大塘組中厚層夾薄層砂質泥巖、泥質砂巖，砂巖層間夾厚2～10 cm鈣質泥巖。其中黃龍組、馬平組白云質灰巖賦水、導水性好，為含水巖組，擺佐組、大塘組砂質泥巖透水性弱，為相對隔水巖組，砂巖層透水性好，為含水巖組，位于隧道設計標高以下，易形成承壓水。因隧道所處位置較高，地下水類型主要為基巖裂隙水、巖溶溶洞水，地下水埋深較大。雨季連續降雨后經節理裂隙、巖溶管道下滲后會在泥巖層頂面附近形成臨時性較高的連續的地下水位。隧道通過段地下水下蝕基準面位于泥巖頂部，地下水活動頻繁，為地下水運移通道，在灰巖底部與泥巖接觸帶部位節理裂隙發育，巖體破碎，節理面多見水蝕痕跡，存在較強的巖溶發育現象。

3 巖溶坍塌涌泥過程及現狀

該隧道左右洞分別從進口及出口雙向掘進施工，右幅隧道出口端開挖至YK45+130斷面開始揭示溶洞，掌子面右側為強～弱風化白云質灰巖，灰白～灰黃色，節理裂隙發育，局部裂隙為粉質粘土填充，巖體破碎，呈點滴狀滲水，掌子面左側出現溶洞，充填物為軟～可塑狀褐黃色粉質粘土，隧道開挖過程中，溶洞內填充物不斷發生掉落。當隧道掌子面掘進至YK45+125斷面時，巖溶范圍進一步擴大，掌子面溶洞發生坍塌，施工現場采取了臨時措施封閉掌子面，并采用水平鉆孔探測了溶洞縱向發育規模。在隧道掌子面共設置6個水平超前探孔，根據超前探孔資料揭示 YK45+125～YK45+095段拱頂及掌子面左側為填充型溶洞，溶洞內填充物為軟～可塑狀褐黃色粉質粘土夾碎(卵)石，且所夾顆粒磨圓度好，成分多樣。推測該溶洞為早期發育的巖溶管道，由于場區內基準侵蝕面下降，地下水穩定水位下降，該巖溶管道成為雨期地表水下滲、下泄的巖溶豎向發育體系的組成部分。該溶洞發育規模大，溶洞內填充物自穩能力差。水平超前探孔基本探測溶洞范圍后，施工現場準備按CRD法逐步向前掘進施工，對掌子面進行局部清理，準備開挖時發生涌泥，涌泥長度約30 m。

涌泥發生后現場再次布置3個豎向地質鉆孔勘察溶洞發育規模，經豎向鉆孔、超前探孔資料綜合分析，該處溶洞發育大，其發育空間形態復雜。除溶洞頂部少量空間無充填外，大部分充填粉質粘土(含部分碎卵石及細砂)。發育段落為YK45+125～YK45+065段，縱向長60 m，縱向整體呈斜向的橢圓形、中間大兩頭小。溶洞最大高度約36 m，中間為部分巖體呈樹枝狀伸入，溶洞橫向發育寬度總體位于隧道界線以內，局部呈樹枝狀向外延伸。隧道內溶洞周壁巖體因溶蝕作用呈強風化狀，巖體破碎。YK45+090～YK45+125段溶洞發育于隧道洞身段及隧道拱頂以上，YK45+090～YK45+065段溶洞總體向上延伸，分布于隧道拱頂7～16 m以上，呈叉狀分布。

4 處治措施

由于該溶洞發育規模大，其發育空間形態復雜，溶洞內充填的可～軟塑狀含碎(卵)石粉質粘土及細砂結構松軟，加之溶洞局部有殘留的水體，施工中可能存在充填物二次坍塌、涌泥現象。巖溶橫向發育寬度總體位于隧道界線以內，局部呈樹枝狀向外延伸，因此，從隧道施工及運營安全角度出發，該溶洞主要從洞內采取強支護處治，具體處治措施如下:

(1)在確保安全條件下，對洞內涌泥進行逐段清除。由于該溶洞涌泥為軟～可塑狀褐黃色粉質粘土夾碎(卵)石，在補充勘察階段受地質鉆孔用水及地下滲水影響，局部粉質粘土呈流塑狀，洞內突泥清除過程中密切注意洞內情況，若有二次涌泥跡象，應立即停止清理工作，并及時撤出人員及機械，確保施工安全。

(2)大管棚作為隧道超前支護，在巖溶坍塌涌泥處治中有較好效果。當洞內涌泥清除至YK45+130附近時，在保證土體穩定前提下，采用袋裝土石堆砌形成反壓平臺，擴挖YK45+136～YK45+130段拱部形成管棚工作室及導向墻，施工φ108×6 mm大管棚。隧道拱部溶洞范圍內設置φ108×6 mm大管棚，縱向共設置2個循環，第一循環長35 m，設置管棚工作室，管棚外插角1～3°，第二循環長20 m，不設置管棚工作室，兩循環管棚之間搭接長度為5 m，大管棚環向間距35 cm。管棚注漿采用水泥漿液，添加水泥漿液體積5%的水玻璃，水泥漿水灰比1:1水玻璃濃度35波美度，注漿壓力為0.5～2.0 MPa。拱頂溶洞部位φ108×6 mm大管棚之間以及溶洞兩側拱部135°范圍內設置φ42×4 mm超前小導管，長4.0 m，環向間距35 cm，縱向排距200 cm，外插角10 ～15°。

(3)對隧道YK45+130～YK45+125段因坍塌涌泥局部破壞的初期支護進行恢復，YK45+125～YK45+080段巖溶發育段加強支護結構，具體支護措施為:初期支護采用I20b型鋼拱架、φ6.5雙層鋼筋網(間距20×20 cm)、噴28 cm厚C20混凝土及拱部溶洞部位設置φ42×4斜向注漿鋼花管(L=4.0 m，間距50×120 cm)、溶洞以外兩側設置 φ25中空注漿錨桿(L=3.5 m，間距50×120 cm)。鑒于巖溶部位為軟～可塑狀褐黃色粉質粘土及塊石填充，自穩能力極差，承載能力低，為避免初期支護侵限，設置30 cm預留變形量。二次襯砌采用70 cm厚C25鋼筋混凝土，環向主筋為Φ22鋼筋，間距16.7 cm，縱向采用Φ12鋼筋，間距25 cm，箍筋采用φ8鋼筋，間距50×16.7 cm。

(4)巖溶發育段采用三臺階七部法施工，即首先環形開挖上臺階Ⅰ部，施作初期支護①，然后開挖中臺階Ⅱ、Ⅲ部，及時施作相應的初期支護②、③，再開挖下臺階Ⅳ、Ⅴ部，及時施作相應的初期支護④、⑤，再分臺階開挖核心土Ⅵ-1、Ⅵ-2、Ⅵ-3，仰拱Ⅶ開挖后，及時封閉初期支護⑦，使初期支護封閉成環。全斷面初期支護施作完成后及時施作仰拱⑧并進行仰拱回填⑨，然后整體模筑二次襯砌⑩，二次襯砌必須及時緊跟。隧道施工嚴格控制開挖進尺，上臺階開挖每循環進尺為0.5～1.0m，并不大于每2榀拱架間距，中、下臺階左右兩側跳槽開挖并及時施作初期支護，雙側交錯落底，避免上臺階兩側拱腳同時懸空，單側每次落底長度小于2榀拱架。

5 結語

通過對水平探孔、豎向地質鉆探等手段，基本查明該溶洞發育規模及空間形態基礎上，綜合采用大管棚輔以小導管作為超前支護、洞內加強支護結構、三臺階七部施工方法等措施成功處治該巖溶地質災害，處治過程中未出現二次坍塌涌泥等事故，為類似大型復雜巖溶涌泥的處治提供了相關借鑒經驗。

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