街上公路隧道穿越大型溶洞的治理措施

尹術軍 林承華

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司 武漢 430056）

1 隧道概況

街上隧道位于畢節市納雍縣，進口位于董地鄉楊家寨，出口位于董地鄉董地小學，為分離式雙向4車道公路長隧道，設計車速80km／h。隧道左線起訖樁號ZK115＋160～ZK116＋465，全長1 305m；右線起訖樁號YK115＋190～YK116＋460，全長1 270m。隧道屬于溶蝕峰叢溝谷地貌區，山體由二疊系中統茅口組（P2m）中厚層狀灰巖構成。隧道軸線經過的地面標高1 477～1 657 m，相對高差約180m。

隧址區山巒起伏，整體地形較陡，自然坡角約50°～80°。隧址區地表大部分基巖裸露，植被少量發育，以灌木為主，生長少量喬木。地表水整體不發育；地下水不發育，地下水主要有第四系空隙潛水、基巖裂隙水、巖溶水及構造裂隙水。測試段內地下水補給來源主要是大氣降水滲入補給，補給方式是沿風化裂隙向下滲透。其徑流條件受地形、風化程度及構造的影響，隧址區地下水一般徑流途徑短、深度小、徑流緩慢，以分散狀滲流出水形式向附近溝谷洼地排泄。

2 右線溶洞發育特征

巖溶原稱喀斯特，是可溶性巖層如碳酸鹽類巖層或硫酸類巖層、氯鹽等，在流水的長期化學作用和機械作用下形成的溝槽、裂隙和洞穴，以及由于洞穴頂部塌落導致地表產生陷穴、洼地等特殊地貌形態和地質現象。我國西南地區巖溶現象比較普遍，其中桂、黔、顛及川東、鄂西、湘西、粵北連成一片，面積達56萬km2。在這些地區修建隧道，常會遇到溶洞，必須予以注意［1］。

街上隧道由出口掘進進洞，隧道右線開挖至YK115＋923時揭露出一較大溶洞。該溶洞發育的主導方向大致與路線垂直，隧道橫穿溶洞發育影響帶。溶洞大廳洞高3～21m，平面位置關系見圖1，溶洞大廳情況見圖2。溶洞沿路線橫向發展，穿過隧道左右開挖線，右前方有較大溶塌堆積體，坍塌處溶腔側壁巖體均較為新鮮，溶洞頂部圍巖整體性差，裂隙發育，溶洞底部覆蓋有層厚約10～20 cm軟土［2］，溶洞最高達21m，沿隧道縱向延伸約80m。溶洞底板向上延伸，至YK115＋865處已高出隧道拱頂開挖輪廓線。現場踏勘，溶洞頂地表為耕田洼地區，附近150m處有一落水洞。

圖1 溶洞平面圖

圖2 溶洞局部照片

從現場測得的等視電阻斷面圖可以看出，YK115＋875～YK116＋111段溶洞底板和隧道底板下未發育溶洞，地質條件相對較好，對隧道施工沒有影響。在YK115＋848位置左右側均有溶洞發育，溶洞底板高于隧道拱頂3m左右，溶洞縱斷面及橫斷面見圖3、圖4。

圖3 溶洞縱斷面圖

圖4 溶洞橫斷面圖

3 右線工程水文地質評價及治理建議

3.1 工程水文地質評價

（1）隧道區歷史上無大的地震災害記載，無明顯的新構造活動，地殼基本穩定。隧道區地形地貌條件較復雜；隧道洞身地層巖性單一，為中厚層狀灰巖，屬硬質巖，單斜平緩地層；巖溶發育；地下水以巖溶水為主。隧道洞身工程及水文地質條件復雜，主要的工程地質問題有巖溶、圍巖塌方、局部地段涌（突）水等，特別是巖溶發育區洞身坍塌、涌（突）水問題突出。

（2）通過本次施工階段現場地質調查、鉆探，并結合高密度電法勘探成果，隧道洞身地層巖性單一，為中厚層狀灰巖，屬硬質巖和單斜平緩地層。根據地質調查及施工觀察，發育的溶洞形成時間早，洞內石鐘乳、洞壁鈣華發育，洞腔經長時間應力再調整平衡，溶洞洞腔頂、底及洞壁總體穩定，呈中微風化狀。根據物探成果及施工情況，YK115＋845～YK115＋865段溶腔底部為坍塌堆積體，溶洞洞高明顯變小，溶洞洞腔高度4.5～5.7m，溶洞頂底較平整，且溶洞位于隧道底板以上1.2～3.3m，溶洞洞腔底板堆積體厚度2.5～5.6m，其中隧道底板以下堆積體厚度2～3.5m，施工采取措施予以清除。溶洞底板以下巖體較完整，巖溶不發育，巖體基本穩定。YK115＋865～YK115＋895段溶洞洞高明顯變小，溶洞洞腔高度4.5～5.7m，溶洞頂底較平整，且溶洞位于隧道底板以上1.2～3.3m，溶洞洞腔底板堆積體厚度2.5～5.6m，溶洞底板以下巖體較完整，巖溶不發育，巖體基本穩定。

隧道圍巖、底板及溶洞洞腔頂板及側壁總體較穩定，局部洞腔表層、洞腔高度突變處出現坍塌、剝落現象，特別是受施工振動，易出現坍塌、掉塊。

（3）物探成果資料顯示，在隧道右線布設的物探測線中，僅YK118＋848左4m～左9m，YK118＋848右6.5m～右12.5m兩處存在異常，推測為巖溶溝槽，其余地段未發現明顯異常現象，同時資料表明溶洞碎石土堆積體底部基巖較完整，未發現明顯異常現象。工程物探YK115＋875～YK116＋111段溶洞底板和隧道底板下均未發育巖溶，地質條件比較好，基巖穩定。

3.2 治理建議

通過巖溶地區的隧道，可采用跨越、加固洞穴、引排截流巖溶水、清除或加固充填物、回填夯實、封閉地表塌陷、疏排地表水等綜合治理設計方案［3－5］，并根據工程水文地質情況遵循因地制宜的原則。

（1）隧道右線YK115＋845～YK115＋865段溶腔底部為坍塌堆積體，隧道底板以下堆積體厚2～3.5m，施工采取措施予以清除。YK115＋865里程往大樁號方向隧道底板巖體較完整，巖溶不發育，總體穩定。建議動態施工，隨時探明堆積體厚度及變化，合理確定處理方案，清除坍塌堆積體，確保施工安全。

（2）隧道右線YK115＋845～YK115＋865段位于大型溶洞中，洞高約15～32m，上部洞腔（空洞）高度約10～21m，位于隧道頂板之上，溶洞頂板局部巖體處于崩塌失穩狀態，對隧道施工影響大。建議采用簡支梁結構或澆筑混凝土立柱對不穩定溶洞頂板進行加固支撐，隔斷墻或立柱基礎應進入穩定的基巖上，施工期間應根據實際地質情況調整隔斷墻的位置和深度，確保施工安全。

該段施工掘進建議采用臺階法掘進，鋼拱架支護及系統錨桿作初期支護，輔以管棚，同時要加強支護和防、排水措施。

（3）隧道設計施工須做好溶洞水的引排措施。對地表洼地落水洞采取堵排措施，防止地表水向洼地處落水洞匯集下泄進入隧道溶洞。并保持溶洞內的排水通暢（S1、S2泄水點）；排水設計建議以歷史最高水位、水量進行相關設計，完善排水設計。

（4）隧道施工過程中，詳細測繪溶腔空間分布、形態，溶腔底堆積體范圍及其與隧道的關系；探明堆積體厚度、成分，隧道頂板厚度、隧道底板基巖巖溶發育情況及其穩定性。為溶洞的治理方案及具體施工提供詳細的測量數據和地質資料。

（5）隧道施工采用動態設計。地下水主要受巖溶控制，隧道設計及施工應特別注意這些可能涌水地段，做好超前預報和監控量測工作，并加強防水、排水措施。

（6）隧道施工遵循“弱爆破、短進尺、強支護、早閉合”等原則，確保施工安全。

4 右線分段治理措施

4.1 第一段YK115＋895～YK115＋865

（1）隧道右線YK115＋895至YK115＋875段20m，溶洞頂板和底板位于隧道開挖斷面以內，主要沿隧道橫向發育，著重解決邊墻問題。采用2m厚C25模筑混凝土隔斷墻支撐溶洞頂板。并預埋鋼筋與初期支護形成整體結構，保證頂板穩定。

（2）隧道右線YK115＋875至YK115＋865段10m，溶洞底板逐漸升高，至YK115＋865樁號處，已超出隧道拱頂。采用2m厚C25模筑混凝土隔斷墻支撐溶洞頂板，隧道左右隔斷墻外緣5m范圍溶腔頂板采用噴錨支護，初期支護上增設1m厚鋼筋混凝土護拱與隔斷墻結合形成整體防護，護拱頂采用輕質材料填充形成緩沖層。

（3）為保證隔斷墻的穩定性，隔斷墻基礎應嵌入隧道仰拱底部完整基巖。

（4）為方便隧道正常運營后的維護，在YK115＋895～YK115＋885區間，擋墻左右側分別設置檢查門，施工中可根據實際地形需要確定檢查門具體位置。

（5）由于溶洞地表150m處有一落水洞，溶腔左右側有明顯的消水洞和消水裂隙，為避免富水季節溶洞水對隧道結構產生危害，在溶洞最低處YK115＋895至YK115＋885段，仰拱底部設置圓管涵，間距2.5m，保證溶洞左右水道暢通。

（6）YK115＋875處溶洞直線升高超出隧道拱頂約10m，該處隔斷墻兩側護拱底部均設置泄水孔，保證護拱頂部積水排泄到溶洞消水孔。

（7）YK115＋865至YK115＋845段20m，溶洞底板已超出隧道拱頂，根據圍巖的實際情況能夠按暗洞形式開挖，如圍巖條件不能滿足，則繼續采用隔斷墻加噴錨支護措施。

4.2 第二段YK115＋865～YK115＋845

（1）隧道右線YK115＋845～YK115＋865段位于大型溶洞中，洞高約15～32m，上部溶腔高度10～21m，位于隧道頂板之上，溶洞頂板局部巖體處于崩塌失穩狀態，對隧道施工影響大。該段采用擋墻、鋼管混凝土立柱及鋼管桁架相結合方式，對不穩定溶洞頂板進行強支撐加固，見圖5。

圖5 溶洞處理橫斷面圖

（2）隔斷墻或立柱基礎應進入穩定的基巖上，施工期間應根據實際地質情況調整隔斷墻的位置和深度，確保施工安全。

（3）隧道左右隔斷墻高出隧道拱頂4m以上，初期支護上增設1m厚鋼筋混凝土護拱，隔斷墻預埋鋼筋，與護拱有效結合形成整體防護，護拱頂采用輕質材料填充形成緩沖層，最小厚度大于2m。擋墻兩側隧道拱頂以上預設泄水孔。

（4）清除隧道開挖范圍內坍塌體，隧道底部坍塌體清除后，采用M7.5漿砌片石換填至隧道仰拱底標高，確保擋墻基礎穩定。

（5）立柱鑲嵌于擋墻內，采用鋼筋混凝土澆筑。溶洞頂板采用鋼管桁架支撐，桁架兩端埋置于立柱內，長度大于1m。

（6）隧道擋墻外溶洞頂板，根據溶洞發育情況設置鋼筋混凝土立柱支撐。

5 結語

巖溶區隧道施工過程中受巖溶發育程度、巖溶分布方位及巖溶充填物等多種因素影響，經常遇到突水突泥造成圍巖坍塌，不但影響隧道施工，且嚴重危及施工人員和機械設備安全［6］。

本隧道右線穿越大型溶洞，巖溶的治理是具有較大難度的。本次治理在充分摸清巖溶巖性、填充物及其與隧道的空間關系的前提下，根據具體情況遵循分段治理的原則，嚴格按治理原則精細化施工。目前掌子面及二次襯砌已經順利通過了巖溶地段，初期支護拱頂下沉、側壁收斂等變形在規范容許范圍內，二次襯砌無開裂、無滲水、拱頂無掉塊等病害。監控量測成果表明：第1段30 m長和第2段20m長均取得了很好的治理效果。實踐證明治理措施是非常成功的，為類似工程項目提供了寶貴的經驗。

［1］李小青.隧道工程技術［M］.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［2］GB50021－2001巖土工程勘察設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2009.

［3］常士驃，張蘇民.工程地質手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2006.

［4］JTGD70－2004公路隧道設計規范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］廖曹華，郭小紅.公路隧道設計手冊［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［6］郭佳奇，喬春生.巖溶隧道掌子面突水機制及巖墻安全厚度研究［J］.鐵路學報，2013，34（3）：105－111.