黔張常鐵路高山隧道巨型溶洞處理技術研究

劉同江， 唐 鋼， 王 軍， 孫亞飛

(1. 中鐵十四局集團有限公司, 山東 濟南 250101； 2. 黔張常鐵路有限責任公司, 湖南 長沙 410008； 3. 山東建筑大學土木工程學院, 山東 濟南 250101； 4. 中鐵十四局集團建筑工程有限公司, 山東 濟南 250101)

0 引言

隨著經濟發展，對交通基礎設施建設的需求不斷增多，我國西南地區的高鐵建設逐年穩步增加。西南地區山嶺眾多、巖溶地貌分布廣泛，高鐵隧道建設過程中，常遇到各種大小不一、形態各異的溶洞，其中，大型或巨型溶洞地質條件復雜且穩定性差給高鐵隧道施工帶來巨大考驗，致使溶洞處理存在施工困難、成本高且風險大等一系列難題[1]。

在溶洞處理方面，云桂客專營盤山隧道巨型溶洞[2]采用C20大體積混凝土分段、分層回填處理，混凝土內預留2.2 m×1.8 m×6 m(縱×橫×高)的空心柱；長昆客專朱砂堡2號隧道巨型溶洞[3]也采用了大體積混凝土分段、分層回填處理方案；宜萬線龍麟宮隧道巨型溶洞[4]采用軌面以上溶腔放坡開挖形成路塹，軌面以下采用硬質巖渣回填后再注漿加固處理的方案；宜萬鐵路野三關隧道大型高壓富水塊石充填型溶洞[5]，采用釋能降壓解除溶腔突水突泥風險，然后采用注漿封堵溶洞潰口并加強初期支護和二次襯砌的方式通過溶洞；宜萬鐵路下村壩隧道大型半充填型溶洞[6]，采用“拱部回填砂漿穩定危巖+隧底樁基承臺結構跨越溶洞+洞身加強型復合式襯砌結構”相結合的綜合處理技術；田德鐵路隴外隧道大型溶洞[7]采用分層振搗碾壓回填方案；正在施工的成貴高鐵玉京山隧道巨型溶洞采用橋跨+下部回填處理的方案；重慶奉節至巫溪高速公路羊橋壩隧道巨型溶洞采用改線躲避處理方案[8]；湖北恩利高速公路巖灣隧道特大型溶洞[9]采用洞石碴回填作施工通道，防護基礎、連續組合橋梁跨越和上部鋼筋混凝土拱形防護相結合的處治措施；湖南省永吉高速公路那丘隧道廊道廳堂式特大型溶洞[10]采用分階段回填處理方案。

以上研究對巨型溶洞處理具有良好的借鑒意義，但對于隧道高位斜穿的巨型溶洞采用超厚回填處理的研究目前還比較少。本文針對黔張常鐵路高山隧道巨型溶洞處治施工技術進行研究，經比選最終采用“超厚洞砟回填+上部注漿加固”的處理方案，該方案施工安全、成本經濟，取得了良好工程效果。

1 工程概況

黔張常鐵路高山隧道為Ⅰ級風險隧道，全長3 958.2 m，最大埋深約365 m。隧道通過地層主要為寒武系灰巖、灰巖夾白云巖、奧陶系中厚—厚層狀灰巖夾頁巖。隧道地處咸豐斜歪背斜的南東翼，總體表現為單斜構造。隧道進口為土落坪溶蝕洼地，出口附近發育林家坪F3斷層；隧址區巖溶強烈發育，地表巖溶漏斗、落水洞呈串珠狀分布，隧道縱斷面如圖1所示。2016年8月在平導PK53+678處揭示，巨型溶洞處在灰巖夾頁巖地層中，溶洞上方近地表附近兩側各發育1條管道流，大氣降雨多被其截走，僅有少量通過節理裂隙下滲。溶洞內部水的補給主要通過落水洞裂隙，深部徑流通道為巖溶裂隙，整體表現為干溶洞。

圖1 高山隧道縱斷面

巨型溶洞由主溶洞、廳堂狀廊道及1#支洞3部分構成，主溶洞伴生有2#支洞，如圖2所示。

1)主溶洞： 長約450 m，寬7～45 m，高5～46 m。底部堆積體中間高、兩端低，順通道發育有3處陷坑，穩定性差，大范圍坍塌不斷。主通道南側發育2#支洞，洞口頂高程約693 m，寬5～8 m，高3～8 m，近水平延伸長度約120 m，相對穩定。

2)廳堂狀廊道： 廊道長124 m，寬32～63 m，高46～65 m，底部堆積體由1#支洞口向主溶洞呈13°下坡發展。靠正洞小里程側洞壁危巖較多，溶洞頂部呈天然吊頂狀，凈空較大，寬達40 m，對施工及運營有極大安全隱患。

隧道正洞跨越廳堂狀廊道及主溶洞，長度約71 m，與溶洞走向約呈42°夾角，隧道底板以上空腔高12～16 m，以下空腔深30～55 m，洞底塌落塊石及堆積物厚37～66 m。溶洞發育規模巨大，巖溶處理、施工期防護難度大，施工風險高。

圖2 巨型溶洞分布圖

2 溶洞穩定性評價

溶洞揭示后，采用無人機探測、人工踏勘、鉆探、三維激光掃描監測[11]和爆破振動監測等對溶洞穩定性進行了詳細研究。

2.1 危巖體分布

經全面探測發現溶洞底部塊石堆積，四壁危巖體眾多，頂部巖體形成大平層，將溶洞分為穩定平頂區A1—A2和非穩定側壁區B1—B7，如圖3所示。其中，B1區側壁巖體多呈直立狀，頂部為不穩定坍落拱，如圖4(a)所示；B2區存在數條縱向裂縫和眾多橫向裂縫，側壁巖體拱形向上發展；B3區側壁巖體垂直懸掛、垮落趨勢大，如圖4(b)所示；B4區側壁巖體豎向與水平節理裂隙眾多，豎向裂縫寬度大；B5區與B4區類似，但存在多塊貼壁或懸掛式小型危巖，掉落風險大；B6區與B7區相似，存在多塊突出懸掛危巖體，側壁中部存在多數疊坐式危巖體。

(a) 三維掃描圖 (b) 洞頂穩定性分區圖

圖3溶洞三維外形圖

Fig. 3 Three dimensional profile of karst cave

(a) 直立式危巖 (b) 懸掛式危巖

圖4側壁危巖體照片

Fig. 4 Photos of dangerous rocks in sidewall

2.2 溶洞變形分析

利用三維激光掃描儀[12]3D色譜對比功能對溶洞掃描結果進行位移差值分析，形成色譜，如圖5所示，紅色表示溶洞巖壁向內位移。通過3個月內多次掃描分析可知，溶洞內部分巖體向洞內位移，施工支洞入口側洞壁變形范圍大，位移值高，形成紅色面域；主洞2個入口處變形明顯，個別位置位移量較大。經統計，3個月內溶洞頂部及側壁位移超過30 mm的危巖體共22處，最大位移超過80 mm。

圖5 溶洞內巖體表面位移(單位： m)

2.3 溶洞爆破擾動分析

溶洞揭示后，隧道主洞、平導繞洞和橫通道繼續爆破開挖，對溶洞產生爆破擾動。采用磁電式振動傳感器和DH5922N爆破測振儀進行了巖體爆破振動監測，在溶洞側壁選取4處巖體布設監測點，如圖6所示，主要監測溶洞側壁巖體表面質點振動速度[13]。

圖6 溶洞爆破振動測點布設

Fig. 6 Layout of blasting vibration monitoring points in karst cave

監測表明，主洞爆破影響最大，爆破振動速度最大值反映在1#測點1-1和1-2傳感器，其監測數據如表1所示。當主洞掘進掌子面距1#測點63 m時，爆破振動速度超過1 cm/s，溶洞內開始出現落石；爆破掘進面繼續靠近，當1#測點爆破振動速度超過1.5 cm/s時，溶洞內落石范圍擴大，落石數量增加且尺寸增大，落石和爆破振動相關分析如圖7所示。

表11#測點受主洞爆破影響的振動監測數據

Table 1 Monitoring data of blasting vibration of main hole in No.1 monitoring points

測試日期爆心距R/m最大一段藥量Q/kg振速v/(cm/s)1-1傳感器1-2傳感器2016-12-21120210.470.392016-12-22117190.460.392016-12-23114200.490.412016-12-24111180.460.432016-12-25108210.500.472016-12-26105180.490.482016-12-27102200.540.502016-12-2899170.520.522016-12-2996190.550.542016-12-3093210.610.602016-12-3190180.600.632017-01-0187190.640.672017-01-0284210.690.722017-01-0381200.770.742017-01-0478180.760.782017-01-0575210.830.872017-01-0672180.810.892017-01-0769190.890.952017-01-0866180.940.992017-01-0963210.991.072017-01-1060201.151.242017-01-1157211.281.392017-01-1254191.321.452017-01-1351201.491.642017-01-1448211.681.872017-01-1545201.712.042017-01-1642202.192.07

圖7 落石和爆破振動速度相關分析

Fig. 7 Correlation analysis of rock fall and blasting vibration velocity

綜上，巨型溶洞整體穩定性較差，特別是洞壁，危巖分布較多，溶洞抗擾動性差，落石風險大，處理方案需可靠性高并注重施工防護。

3 巨型溶洞處理方案研究

一系列穩定評價和鉆探研究支持了巨型溶洞處理方案研究。根據巖溶發育規模、形態、工程水文地質特征及其與隧道空間關系，結合國內工程實例經驗[14-15]，研究了局部調整線路的繞避方案及針對原線位溶洞的橋跨方案、回填方案，具體如下。

3.1 繞避方案

溶洞揭示時正洞施工902 m，剩余3 056.2 m；高山平導施工1 584 m，剩余1 078 m；高山隧道前后相鄰工程除林家坪大橋尚未施工外，其余已基本完成。為降低工程風險，研究了線路縱坡調整和平面改線方案。

3.1.1 線路縱斷面調整

根據溶洞與線路空間位置關系，隧道基本位于該溶洞頂部，隧道拱頂部分與溶洞頂板相切，部分頂板侵入隧道，為降低溶洞處高度，按照盡量不產生廢棄工程的原則研究調坡方案。由于隧道內已采用足坡，只能將坡段長由730 m調為400 m,坡高-12‰，調整后溶洞處高程降低約1.78 m，隧道穿越溶洞長度沒有變化，縱斷面調整效果不明顯。

3.1.2 線路平面調整

結合本隧道施工進度，基于繞避溶洞的程度、廢棄工程量、未施工段地質情況等，擬定了2個改線方案，如圖8所示。

圖8 改線方案示意圖

1)方案1： 線路左繞，不廢棄已施工工程。 該方案完全利用正洞已施工段，不廢棄正洞工程，局部改線后未完全繞避溶洞，僅將正線跨越溶洞跨度縮小至40 m左右(原跨度71 m)。改線后廢棄平導218 m，使正洞加長9.8 m。

2)方案2： 線路左繞，廢棄正洞已實施工程。該方案完全繞避了溶洞大范圍發育空腔區，但完全廢棄已實施正洞工程902 m，代價重大。平面改線不能繞過線路左側的山間溶蝕洼地，工程潛在風險大，且區間使用2處曲線過渡，線路標準有所降低。

3.2 回填方案

對隧道下部空溶洞進行回填處理，不僅能為隧道結構提供基礎，同時能夠反壓溶洞側壁。根據填筑材料不同共研究了洞砟回填+上部注漿、級配碎石回填+下部注漿、級配碎石+混凝土板+下部注漿、大體積空心混凝土回填+下部注漿4個方案。

3.2.1 洞砟回填+上部注漿方案

從施工支洞進入溶洞，在溶洞底部回填洞砟至730 m高程(施工支洞口地面高程)，然后施作50 cm厚鋼筋混凝土止漿板，繼續回填洞砟至750 m高程并對洞砟回填體上部20 m范圍內進行注漿加固處理。洞砟回填體上部采用摻5%水泥級配碎石回填，回填厚度5 m，再在上面設置3 m厚鋼筋混凝土路基板至主洞底板758 m高程，如圖9所示。根據溶洞的發育特征及其與隧道的空間關系，線路左側廳堂狀廊道全部回填，線路右側主溶蝕裂隙通道按1∶1.5放坡回填，并確保底部消水洞不被掩埋。

圖9 洞砟回填+上部注漿方案縱斷面示意圖

Fig. 9 Longitudinal cross-section of ballast backfill+upper grouting scheme

3.2.2 級配碎石回填+下部注漿方案

從施工支洞進入溶洞，分層填筑摻5%水泥的級配碎石至溶洞730 m高程下2 m處，然后采用φ76 mm×5 mm袖閥管進行底部注漿加固，注漿深度55～65 m。完成基底處理后，沿730 m高程設置2.0 m厚鋼筋混凝土板，板上分層填筑摻5%水泥的級配碎石，填筑至主洞底板以下3 m，邊坡坡率1∶1.5，分級高度10 m，邊坡平臺寬2.0 m，邊坡以外采用洞砟回填，如圖10所示。

3.2.3 級配碎石+混凝土板回填+下部注漿方案

從施工支洞進入溶洞，完成基底處理后，沿溶洞730 m高程設2.0 m厚C30鋼筋混凝土板，由此向上至755 m高程(隧道底板)每隔8～10 m設1道2.0 m厚C30鋼筋混凝土板，鋼筋混凝土板之間填筑摻5%水泥的級配碎石，隧道底板為3.0 m厚鋼筋混凝土板，如圖11所示。隧道中線左右12 m寬度范圍以外設邊坡，邊坡坡率1∶1.5，分級高度10 m，邊坡平臺寬2.0 m，邊坡以外采用洞砟回填。

圖10 級配碎石回填溶洞空腔縱斷面示意圖

Fig. 10 Longitudinal cross-section of cavity filled with graded crushed stone

圖11 級配碎石+混凝土板回填處理縱斷面示意圖

Fig. 11 Longitudinal cross-section of graded crushed stone and concrete slab backfill treatment

3.2.4 大體積空心混凝土回填+下部注漿方案

從施工支洞進入溶洞，完成基底處理后，沿溶洞730 m高程設3.0 m厚型鋼骨架混凝土板。板采用C20混凝土，骨架采用工18型鋼，沿線路方向布置，橫向間距0.5 m;其上采用φ22 mm鋼筋網片，網格間距20 cm×20 cm。

采用C20混凝土澆筑大體積基礎；基礎回填橫截面采用梯形，外輪廓采用高5 m、寬1 m的臺階；為減少大體積混凝土澆筑水化熱，在混凝土內部預留2.2 m×1.8 m×6 m(長×寬×高)的空心柱，空心柱橫、縱中心間距均為5 m；每層空心柱間設1層2 m厚的混凝土隔板。基礎沿線路縱向每隔10 m留1道變形縫，如圖12所示。大體積混凝土基礎回填后，在周邊溶洞采用洞砟分層回填。

圖12 大體積混凝土回填溶洞縱斷面示意圖

Fig. 12 Longitudinal cross-section of large volume concrete backfill cave

3.3 橋跨方案

采用橋跨可以減少基底處理，總工程量相對較少。共提出框架橋、簡支梁橋、T性剛構橋和拱橋4種橋跨方案。為防止運營期間洞壁及洞頂溶蝕導致的小型塊石掉落危及運營安全，所有橋跨方案的橋面上均需設置防護結構，防護結構采用Ⅰ40a柔性鋼架防護，設置于梁面兩側，鋼架每3 m設置1處，縱向鋼架之間加設鋼管梁，鋼架外包厚度5 mm的鋼板。

3.3.1 鋼筋混凝土框架方案

溶洞空腔內采用鋼筋混凝土連續框架結構，框架柱縱向間距10.5 m，橫向10.86 m，矩形截面柱尺寸2.5 m×2.0 m，柱高39～50 m，高度方向柱間每12.3 m左右設置縱、橫向系梁，柱頂設2.5 m厚的鋼筋混凝土梁板作為軌道基礎板，其上設置橋面防護結構。

3.3.2 簡支梁方案

采用1跨24 m+1跨32 m+1跨24 m三跨簡支梁方案跨越溶洞，簡支梁采用預制架設，按常規簡支梁結構設計，橋臺置于隧道內。

3.3.3 單T剛構橋方案

采用兩跨43 m單T剛構橋，橋梁全長90.2 m，兩側橋臺均位于隧道中，1號墩墩身高度38 m，采用空心墩，墩底實體段9.0 m，擬采用掛籃懸臂方法施工。

3.3.4 上承式空腹拱橋方案

采用一跨上承式空腹拱橋跨越溶洞，跨度74 m，矢高14.8 m，拱橋矢跨比1∶5，橋梁全長80 m。拱腳施工時需對溶洞兩側進行爆破開挖，拱底距離溶洞底25～55 m，施工時需搭設平均40 m高的支架，高支架施工風險較大。

3.4 方案比選分析

對高山隧道巨型溶洞提出線路調整、回填和橋跨3類共11個研究方案。3類方案優缺點對比如下：

1)線路調坡對改善溶洞處理施工作用不大，平面改線方案在工程廢棄量、改線后的線位工程地質條件等方面均存在較大風險，可行性較差，經研究確定維持原線位處理方案。

2)由于隧道高位穿越巨型溶洞，洞內堆積體厚度大，給橋梁樁基施工和高支架搭設造成很大困難，施工質量難以保證；溶洞周壁存在多處不穩定區域，橋梁墩身抗沖擊能力弱，難以應對來自洞頂及周壁不可預見的落石沖擊，威脅運營安全；橋跨方案成本較高，且施工工期較長。基于以上考慮，經研究決定，橋跨方案不予采用。

3)回填方案能為隧道結構提供較為穩定的基礎，同時能夠利用回填體反壓溶洞側壁，減小溶洞空間，降低運營期溶洞溶蝕坍塌對隧道的影響。回填對溶洞的次生影響小，施工工藝簡單，施工成本低，施工人員少，利于施工安全防護管理。回填之后，可利用回填平臺對溶洞內洞頂及洞壁進行必要的防護，通過加強上部明洞隧道結構，能夠保證高鐵運營安全。因此，重點對比4種回填方案優缺點，如表2所示。

表2 回填方案優缺點對比

通過技術和經濟比較，最終采用洞砟回填+上部注漿方案。針對該方案缺點，制定了超厚回填體沉降監測和明洞隧道健康監測2類監控措施，前者包括回填體表層監測、回填體及底部堆積體分層監測、水平位移監測、鋼筋混凝土路基板下脫空監測和路基板內力監測；后者包括溶洞頂板壓力監測、頂板錨桿錨固力監測、明洞初期支護鋼架應力監測、明洞襯砌鋼筋應力和混凝土應變監測，全面監控工后運營安全。為預防工后沉降，進行了溶洞底部洞砟分層碾壓回填、鋼筋混凝土路基板上堆載預壓、路基板預留沉降注漿孔、路基板預留自調整沉降技術和明洞結構預留凈空等多項預控措施，保障工后沉降滿足使用要求。

4 溶洞處理施工過程

考慮到溶洞發育規模巨大，勘察、處理周期長，確定預處理方案為： 平導繞行繼續施工，設置通向溶洞底部的施工支洞，并且針對溶洞“洞砟回填+上部注漿加固”的處治方案制定詳細的施工組織方法，確保溶洞處理過程順利。

4.1 預處理措施

4.1.1 平導繞行

平導揭示溶洞后，為保證工程進度，采用平導繞行施工，繞行段中線與線路左線的間距為85 m，繞行范圍438 m。

4.1.2 設置施工支洞及施工橫通道

為便于溶洞內補充勘察、探測和后期施工，設置1座長295 m的施工支洞連接平導(高程758 m)至溶洞底面(高程730 m)，施工支洞綜合坡度9.5%，采用雙車道斷面。另外增加1#、2#、3#施工橫通道輔助正洞施工，如圖13所示。

圖13 施工平面布置圖

4.2 回填處理

溶洞空腔回填之前先破解底部大孤石，并在底部埋設了2路排水管，分別導入主溶蝕裂隙兩側支洞，所有消水洞附近均設透水性良好的碎石層，確保排水通暢。溶洞730 m高程以下部分采用洞砟回填，由自卸汽車裝載經施工支洞運入溶洞，如圖14(a)所示。回填料攤平、振動碾壓，回填至730 m高程后施作鋼筋混凝土止漿平臺。在此期間，針對風險級別高的危巖體先行打錨桿掛網加固，所有施工均采用臨時安全防護措施。然后，繼續使用施工支洞回填2～3 m厚洞砟，再改由隧道主洞大小里程洞口和平導口拋填洞砟，如圖14(b)所示。每拋填5～8 m厚洞砟量，設備進入溶洞攤平碾壓1次，如圖14(c)所示。回填至750 m高程后改為摻5%水泥級配碎石并回填5 m。摻5%水泥級配碎石層采用振動碾壓施工如圖14(d)所示，每層回填30 cm，壓實系數不小于0.97，實測壓實系數為0.978～0.996，滿足施工及質量要求。底部空腔回填完成后，進行洞壁洞頂全面防護。

(a) 施工支洞回填

(b) 主洞口拋填

(c) 回填料攤平

(d) 摻5%級配碎石層碾壓

4.3 溶洞頂板與側壁安全防護施工

溶洞安全防護分為臨時防護和全面防護。臨時防護采用可移動型鋼棚架，服務于短時間、小范圍在溶洞內施工的人員；全面防護即永久防護，采用錨桿和鋼筋網，要在溶洞內大范圍施工前完成，局部危巖體防護提前進行。

4.3.1 噴錨網防護方案

采用錨網索對正洞中心線兩側各20 m(對應正洞里程DIK53+634～+721)、758 m高程以上范圍的洞頂及洞壁進行永久防護。側壁防護采用φ22 mm砂漿錨桿+噴層+鋼筋網片+局部主動防護網；洞頂防護采用漲殼式預應力中空注漿錨桿+噴層+主動防護網+鋼筋網片，支護參數如表3所示。

表3 永久支護參數表

在溶洞回填至750 m高程時，根據設備作業高度及支護范圍,利用洞砟填筑噴錨網支護作業平臺、多臂鉆、濕噴噴射手、曲臂式自行式高空作業平臺，以“先洞壁后洞頂，先兩側后中間”的原則進行噴錨網防護。

4.3.2 噴錨網防護施工

1)洞壁防護施工如圖15(a)所示。完成噴錨網施工作業后，進行洞壁穩定性監測分析，確定不穩定區域并做好標識。在洞壁穩定區域自上而下進行錨桿施作，同時空出危險區域暫不施作。先在穩定區域鋪設鋼筋網片，然后在危險區域利用周邊錨桿掛設主動防護網，主動防護網張緊后由周邊向中心加密錨桿。最后，噴射混凝土達到設計厚度。

2)洞頂防護施工如圖15(b)、15(c)所示。洞頂防護以順線路方向自兩側向中間方式進行施工，首先施工漲殼式錨桿，施工流程為：①鉆孔成形并徹底清孔(為了使鉆孔直、鉆徑精確，使用十字鉆頭鉆孔)；②將安裝有漲殼錨頭的桿體插入孔的底部；③用專用工具用力預緊桿體，使漲殼錨頭在錨孔中充分漲開，施加力量直到扭不動為止；④注漿，施加預應力后及時注漿，最后鋪設鋼筋網并噴射混凝土至設計厚度。

(a) 洞壁加固

(b) 洞頂加固

(c) 洞頂防護效果

4.4 回填體注漿加固施工

由于洞砟回填厚度大，實際填筑壓實度難以達到規范要求，為避免工后沉降過大或不均勻沉降對上部隧道結構物產生不利影響，對回填體上部進行注漿加固，以提高整體性。

DIK53+645～+725段注漿范圍為回填洞砟上部20 m(即730～750 m高程)，橫向為隧道外邊墻外10 m以內。注漿孔鉆孔直徑110 mm，孔間距3 m×3 m。考慮到回填體松散且粒徑不均勻，鉆孔成孔困難，為避免塌孔、卡鉆，同時為保證注漿效果，采用分段前進式注漿方法，分段長度為4 m。為控制注漿擴散范圍，回填體周邊4 m范圍內采用普通水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比為0.6∶1～0.8∶1，水泥、水玻璃體積比為1∶0.3～1∶0.4，凝膠時間30 s～1 min；中部孔位采用普通水泥單液漿，漿液水灰比為0.6∶1～0.8∶1。注漿順序為先外排、后中間，跳孔分序進行，注漿施工過程如圖16所示。現場注漿前應完成注漿試驗，以確定合適的注漿參數及漿液配合比。采用地質雷達及取芯法驗證注漿效果，要求不得存在注漿盲區或不飽滿區域，取芯孔數不小于注漿孔數的5%，鉆孔結石率不低于90%。

(a) 注漿加固設備

(b) 注漿加固現場布置

4.5 混凝土路基板與大邊墻施工

注漿加固后進行回填體表層、分層及水平位移等沉降監測傳感器安裝，與早期監控傳感器并網形成沉降實時在線監控系統。然后，在隧道主洞中心線左右12 m范圍內施工3 m厚C35鋼筋混凝土路基板，板內設4層φ25 mm鋼筋網片，網格間距20 cm×20 cm，設φ16 mm架立筋，從隧道主洞穿越溶洞段的中段位置向2個主洞口方向分段澆筑底板，如圖17(a)所示，預留溶洞邊緣處接口不澆筑。此后，在路基板兩側施工C20素混凝土大邊墻，邊墻橫截面直角邊梯形，邊墻底寬4 m，線路外側坡度為1∶0.15，底部嵌入底板凹槽內，頂部預留5 cm縫隙先不接觸頂板，為降低不均勻沉降，左右兩側向施工分段澆筑，如圖17(b)和17(c)所示。

(a) 鋼筋混凝土底板分段澆筑

(b) 混凝土大邊墻施工

(c) 大邊墻施工完成

4.6 隧道明洞結構施工

在大邊墻內側設隧道明洞結構，初期支護采用C25網噴混凝土和16a工字鋼拱架；二次襯砌支護采用80 cm厚C35鋼筋混凝土，隧道斷面預留凈空500 mm，預防溶洞回填體工后沉降導致的結構侵限，支護斷面如圖18所示。隧道結構施工前，先在大邊墻內側預埋3 m厚普通洞砟，在洞砟上方布置5排鋼管柱，柱頂架設千斤頂，千斤頂支撐在溶洞頂板上，啟動千斤頂，對路基板下超厚回填體進行控制性預壓，預壓荷載達到隧道明洞結構自重1.5倍，超過隧道運營期全部荷載。因千斤頂不具備作動器功能無法模擬列車通過時的擾動作用。隧道仰拱和二次襯砌施工如圖19所示。

圖18 溶洞內隧道斷面設計(單位： cm)

(a) 仰拱施工

(b) 二次襯砌施工

目前，高山隧道巨型溶洞施工處理已全部完成，等待順利鋪軌。沉降在線監測結果表明，摻5%水泥級配碎石層完工至今20個月，回填體表層沉降總量249.15 mm。目前沉降趨于穩定，經沉降曲線回歸預測，黔張常鐵路運營期100年內巨型溶洞段隧道地面沉降低于450 mm，比隧道預留凈空小，溶洞處理方案安全、可靠，處理總成本不超過0.6億元，經濟且技術合理。

5 結論與討論

1)根據高山隧道巨型巖溶發育規模、形態、工程水文特征和地質特征及其與隧道空間關系，兼顧施工難易與經濟成本，共提出線路繞避調整類、回填處理類和橋跨處理類相關11個處理方案。繞避方案廢棄工程量大，不能避開大面積溶蝕洼地；橋跨方案施工難度大，橋墩抵御落石沖擊能力差；回填方案可以利用廢棄洞砟，回填料反壓溶洞，施工簡單、成本經濟，最終確定“回填洞砟+上部注漿加固”處理方案。

2)從施工安全和控制沉降角度出發，嚴密實施了溶洞分階段回填、洞壁洞頂安全防護、回填體注漿加固、鋼筋混凝土路基板施工、板上大邊墻施工和隧洞明洞結構施工等一系列關鍵工法；施工過程中交叉進行振動碾壓、堆載控制預壓、注漿減沉及預留凈空多種預防工后沉降的措施，并對回填體建立了詳細全面的沉降在線監控系統，保證了溶洞處理施工順利進行。

3)高山隧道巨型溶洞隧道建設工程從探測、設計到施工都可為國內外同類隧道提供參考。在高位穿越條件下，首次采用超厚洞砟回填+上部注漿加固方案，極大降低了施工成本；同時采用洞口高位拋填降低了施工風險；在沉降控制方面采用了多種技術措施。同時，也需要長期跟蹤觀測，以形成一套技術合理、經濟最優且廣泛適用的巨型溶洞處理技術。