巖溶區隧道跨越地下暗河處理方案研究

周勇狄 劉東 周紹文

摘要：文章以崇左至靖西高速公路布亮隧道為工程背景，介紹了隧道穿越地下暗河出現路面涌水的情況，在水文地質調查結果的基礎上，從地質因素、施工處理不當兩方面分析隧道路面涌水成因，提出了疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、橋梁跨越、增設泄水洞的處治方案，以期為今后類似工程的處治提供借鑒。

關鍵詞：巖溶隧道;暗河;路面涌水;橋梁跨越;泄水洞

中圖分類號：U451 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.035

文章編號：1673-4874（2019）07-0112-05

0引言

隨著我國高速公路網不斷向西部崇山峻嶺延伸，越來越多的隧道需要穿越巖溶地區。在西南地區和中南地區巖溶的分布較為普遍，尤其在廣西、貴州、云南、四川東部、湖北西部、廣東北部等地區連成一片。在巖溶發育的區域，地下大部分有暗河存在，成為地下巖溶水匯集、排泄的主要通道。

崇靖高速公路布亮隧道左洞施工時，在ZK89+145～ZK89+166處揭露出巖溶地下河主管道，施工時進行了回填，但強降雨后巖溶地下水位升高，巖溶地下水涌出，淹沒隧道路面以上達0.3m。本文結合布亮隧道巖溶地下水涌入路面情況，根據專項水文地質調查結果分析隧道路面水害成因，提出了疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、橋梁跨越、增設泄水洞的處治方案，以期為今后類似工程的處治提供借鑒。

1工程概況

布亮隧道位于廣西天等縣福新鄉布亮屯南西側約500 m，是崇左至靖西高速公路一座分離式長隧道，隧道走向290°～320°，隧道右線長1064m，左線長1091m。隧道穿越灰巖山體，左右線均為雙單坡，左、右線縱坡均為1.9%。

隧址區屬巖溶峰叢洼地地貌，地質構造形跡特征明顯，以褶皺和斷層為主，裸露巖溶發育，地表水系相對較小，沖溝、河谷深切，多呈“V”型峽谷。福新鄉年平均降雨量為1627mm，地表水系發育較差，大部分地表水經巖溶通道（如消水洞、天窗）潛入地下;但地下水埋藏淺，地表地下的轉換（潛流與明流的交替）十分頻繁而普遍。巖溶地下河水系發育，多呈管道狀發育，在洼地、谷地中呈明流，穿越山體段呈伏流，明流與伏流相互交替狀態，成為當地水系集中排泄的方式。

2隧道路面涌水

巖溶地下河位于隧道內，里程樁號ZK89+145～ZK89+166段，2013-11-14凌晨3點左右開挖揭露，至12時完全揭露出來，如圖1所示。

巖溶地下河位于地殼上升新構造運動發育并對巖溶發育影響很大的天等、大新、靖西等地區。其走向與隧道走向呈40～斜交，水面寬13～15m，長10～16m，水位埋深約0.8m，水深約24m，水清、無色無味。溶洞壁常年有滴水，下雨時有水流涌出，溶洞巖層較穩定。

施工過程中，首先對巖溶地下河進行回填處理，但其后出現了下沉，最大沉降量約50 cm，經過回填碾壓、再沉降、再回填碾壓的多次反復過程。強降雨過后，尚有水流上涌的現象，涌水超過路面最大約30 cm，洞內積水向布亮隧道進口外流。2014年10月，將暗河中的部分洞渣挖出后，當時水位埋深約4m，在下雨時，會出現上漲情況，上漲最大高度約0.5m。2015年8月3～5日，水位已漲至路面上，水深3～5cm，沿路面向布亮方向排泄，實測水位標高409.310 m。

3水文地質調查及路面涌水成因

為了詳細查明布亮隧道巖溶地下河及周邊水文地質單元的水文地質條件，評價巖溶地下河對高速公路的水害影響的可能性，提供巖溶地下河在布亮隧道處最高洪水位標高和瞬時最大流量（進入路面標高以上）等特征，從而為處理方案的設計提供依據，崇靖高速公路工程建設指揮部委托水文地質調查單位對布亮隧道開展專項水文地質調查工作。

3.1區域水文地質條件

3.1.1地下水補給

區域內地下水類型為基巖裂隙水和裸露型碳酸鹽巖類裂隙溶洞水，其最主要的補給源自降水，其次為地表的河溝、溪流和水塘等的下滲，不同程度地補給巖溶水。

3.1.2地下水徑流排泄特征

調查區北側為碎屑巖中低山地貌，地下水主要以地表溪溝的形式，由北向南排泄。其他區域屬峰叢洼地、谷地地貌，消水洞、天窗、明流、伏流、塌陷等發育。谷地主要以明流的形式排泄，經過山體時則轉為伏流，明流與伏流交替轉換。本區大量的地下水以明流的形式至竹東洼地進入地下，轉為伏流，至布亮洼地集中流出。

3.1.3巖溶地下水動態特征

由于受到降雨的影響，區域地下水動態多為劇變型，呈現出了水位年變幅大、時空分布不均等特點。在降雨量較大時，尤其是持續的大雨、暴雨，雨水匯入低洼處，地下水位快速上升，流量迅速增大;強降雨過后，地下水位逐漸降低，水量消退，流量迅速減少。

3.2巖溶地下河特征

布亮隧道巖溶地下河屬于典型的巖溶山區隱蔽于山體地下的地下河流，距離隧道內地下河揭露處南北西側300 m、600 m的兩處洼地為地下河水流的主要補給源。降雨通過消水洞、地下河天窗進入地下，直接補給地下河。經計算，兩處洼地年降雨補給資源量達206.22萬m/年，水資源較為豐富，故隧道地下河水水位、水量可在短時間內產生急劇變化。

經綜合分析計算可知，布亮隧道地下河在天然條件下，最高洪水位標高為409.76m，涌入隧道底面（標高409.60 m）地下水涌水量<200 L/s;在現狀下（即渣石壩未挖出回填洞渣）其最高洪水位為412.98m（相當于20年一遇最大降水時），涌入隧道路面標高409.80 m以上最大瞬時涌水量為2040 L/s。

3.3巖溶發育工程物探

為詳細查明布亮隧道及隧道進出口洼地巖溶發育特征和分布規律，采用地質雷達法、天然電場法進行工程物探。根據場地的條件特點，左、右兩隧道內采用地質雷達法;隧道進出口兩端洼地采用天然電場法進行工程物探工作。其中，地質雷達法共布置三條剖面（沿隧道左洞、右洞布置。左洞因受地下河水上升及其淹沒部分洞內路面的影響，因此左洞內斷開分兩條剖面進行布置），剖面長度累計2150 m;天然電場法在隧道進、出口山腳處共布置5條剖面，剖面長度累計1160 m。物探平面布置如下頁圖2所示。

結果表明，隧道內地下河及其附近巖溶強發育，少部分地段巖溶較發育，巖石破碎，其他部位巖石較完整。隧道外淺層巖溶普遍發育，局部地段巖溶強發育。

3.4隧道路面涌水成因

結合水文地質調查結果，隧道路面涌水可歸為地質因素、施工處理不當兩個方面。

（1）地質因素

布亮隧道處于巖溶峰叢洼地、谷地地貌區，裸露巖溶發育，洼地常發育有塌陷、落水洞或天窗等巖溶個體形態。在距暗河揭露處南北西側300 m、600 m的兩處洼地是地下河水流的主要補給源，降雨通過消水洞、地下河天窗進入地下，直接補給地下河。經計算，兩處洼地年降雨補給資源量達206.22萬m/年，水資源較為豐富，強降雨后隧道地下河水水位、水量可在短時間內快速上漲。

（2）施工處理不當

隧道穿越暗河時，應遵循“宜疏不宜堵”的原則，即使采用回填方法處理，也不得阻斷過水通道。隧道開挖揭露地下河后，并沒有開展詳細的水文地質調查以查明地下水量大小、水流方向，而是草率地利用洞渣回填地下河巖溶空腔，洞渣經反復碾壓后在暗河中形成一道攔水壩，阻隔地下河水通道。在強降雨后溶洞地下水位升高，巖溶地下水涌出，因攔水壩的作用導致隧道內地下河上游水位上漲，壩前雍水，進而造成巖溶地下水涌入隧道路面。

4處治方案

由前文分析可知，洞渣回填并經反復碾壓，形成攔水壩，阻隔地下河水通道，造成壩前雍水，進而使地下水涌入隧道路面。巖溶地下河走向與隧道走向呈40°斜交，水面寬13～15m，長10～16m，路面以上洞體較高，溶洞底至隧道路面高差約25m。經綜合分析，決定采取疏通暗河通道、疏通地下河暗流河段、橋梁跨越、增設泄水洞的處理方案。

4.1疏通暗河通道

2014年10月，在挖出部分回填洞渣后，地下河徑流、排泄途徑得到一定改善。因此，盡可能最大程度地清理出回填地下河的洞渣，是解決地下河水涌進隧道路面的有效措施之一。這不僅有助于地下河天然狀態水動力流場的恢復，使地下水暢流至下游，還能降低隧道內地下河最大洪水水位標高。具體步驟如下：

（1）適當降低地下河道兩側路面（或巖面），約3～4m，利于挖機向深處掏挖填塞的渣石。

（2）采用挖機結合抓斗等綜合措施，掏挖被回填的洞渣，掏空深度約10～12m。

（3）在掏挖巖溶地下河回填洞渣后，先用高壓水流于水下向地下河上、下游沖刷回填的洞渣;再利用空氣壓縮機高壓風管吹開深處未挖出的回填的洞渣，并反復吹，將細一些的顆粒吹起，順水排走，同時洗通巖溶管道。

4.2疏通地下河暗流河段

主要疏通從竹東洼地的伏流入口至布亮洼地的地下河出口區段的巖洞和巖溶裂隙，形成水流順暢通道。現場調查發現，伏流的入口、出口均屬巖溶溶洞，開口較大，并向內延伸、發育。因此，通過拓寬狹窄裂隙，疏通巖溶通道，加大過水面積，加快排水，可實現竹東洼地的地表水和地下水迅速排至隧道下游;通過降低隧址區域的地下河水頭，可最大程度地減少地下水涌入隧道洞內路面。

4.3橋梁跨越

巖溶地下河走向與隧道走向呈40°斜交，溶洞底至隧道路面高差約25m，巖溶地下河水深約24m，溶洞壁常年有滴水，下雨時有水流涌出。綜合考慮決定采用橋梁跨越隧道內巖溶地下暗河的方案，橋梁立面圖、平面圖、剖面圖分別如圖3～5所示。

4.4增設泄水洞

為保證隧道結構和后期運營安全，在平行于主線隧道左洞左側20 m附近增設泄水洞，以疏導隧道內地下暗河水流。布亮隧道巖溶地下暗河泄水洞方案如圖6所示。泄水洞全長609 m，與左洞凈距為20 m，坡度為1.00%，凈空斷面為5.0 m×4.5m。

泄水洞采用復合式襯砌，Ⅳ級圍巖區段的初期支護由系統錨桿、噴射混凝土、鋼筋網組成，二襯采用模筑混凝土;Ⅲ級圍巖區段的初期支護則采用局部系統錨桿和鋼筋網，噴射混凝土，二襯采用模筑混凝土。襯砌設計如圖7、圖8所示。

5結語

本文根據巖溶地下水涌入隧道路面情況以及專項水文地質調查結果，分析了隧道路面涌水原因，并采用疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、橋梁跨越、增設泄水洞的處治方案，以保證隧道穿越地下暗河及后期運營安全，其處治思路可為類似隧道地質災害提供有益參考。