溶洞多發鐵路隧道溶洞處理施工技術

黃彬

溶洞多發鐵路隧道溶洞處理施工技術

黃彬

（中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030024）

結合溶洞多發單線鐵路隧道施工實踐，詳細闡述了洞身開挖溶洞、仰拱開挖溶洞、隧底隱伏溶洞及溶蝕破碎帶等隧道內多種溶洞的處理措施，為喀斯特地貌地區溶洞多發鐵路隧道巖溶處理這一難題提供了可供借鑒的資料，供類似的工程施工單位參考。

溶洞多發鐵路隧道；溶洞處理；施工技術；掌子面

1 工程概況

某鐵路隧道位于貴州省境內，起訖里程ZDK540+740—ZDK541+767，全長1 027 m，最大埋深約145 m，隧道進口段558.15 m位于直線上，出口段468.85 m位于半徑為= 1 600 m的左偏曲線上；自進口至出口設計縱坡分別為10.5‰（10 m）上坡、 5‰（1 009 m）上坡、3‰（8 m）下坡。隧區屬溶蝕構造類型的低山丘陵、溶蝕槽谷地貌，該地區屬典型的喀斯特地貌，地下巖溶十分發育，地面標高245～440 m，相對高差40～20 m，自然坡度20°～55°。

山脈走向、槽谷走向受構造控制，呈NE向分布，線路右側350～400 m為錦江。隧道進口、出口端地形陡峭，局部形成陡崖，地表多覆蓋著灌木叢。隧道主要地層有弱膨脹土、塊石土、黏土、灰巖等，未見斷裂構造，巖層單斜，節理裂隙較發育；整體上該地層中巖溶水總量不大。全隧道地下水環境作用等級為T2。隧道為時速120 km電化單線鐵路隧道，洞內設置重型無砟軌道，采用彈性支承塊式整體道床并鋪設60 kg/m鋼軌，設計軌道結構高度60 cm。隧道從進口、出口雙向掘進，采用臺階法組織施工，其中出口工區從進洞后不斷揭示各類充填型溶洞或空溶洞，隧道出口于2017-08-11開挖進洞，共累計完成掘進任務564 m，隧道進口于2018-03-07開挖進洞，共累計完成掘進任務463 m，全隧道于2018-07-31完成貫通，貫通里程為ZDK541+203，隧道二襯于2018-08-28完成施工。

2 隧道溶洞施工處理措施

2.1 ZDK541+744溶洞

2017-08-23，隧道掌子面開挖至ZDK541+744時，上臺階線路右側拱墻揭示填充溶腔，腔內充填物為軟塑狀黏土，溶腔寬3.2 m，平均深度為2.4 m，溶腔縱向發育約3 m，填充物坍空后，掌子面基巖可見，且有一個φ60 cm小洞，延伸深度約為7.5 m，未能探到最里面，如圖1所示。該溶洞具體處治方案為：清除ZDK541+748—ZDK541+741溶腔內剩余填充物，溶腔內敷設3根φ50 cm透水管，間距1 m，同時環向排水盲管加密至每3 m設置一道，直接引入側溝，上臺階鎖腳錨桿每邊增加2根；結合巖體破碎情況及地下水發育情況，對溶腔內采取局部徑向注漿加固處理，溶腔范圍內初支施作時預留混凝土泵送管，坍空后的溶腔采取在二次襯砌完成，達到設計強度后泵送C20混凝土填充密實，仰拱施作前，采用釬探等手段探測基底是否存在隱伏巖溶。

2.2 ZDK541+720溶洞

2017-09-21，開挖至ZDK541+720線路左側時拱頂出現溶腔，腔內充填物為軟塑狀黏土，溶腔向掌子面前方延伸。開挖至ZDK541+712掌子面拱部溶腔內黃泥填充物全部溜塌，溶腔寬5.6～7.0 m，平均深度6.5 m，填充物溜塌完后，四周基巖全部可見。ZDK541+711掌子面拱部前方出現突泥，溜塌物為軟塑狀黏土。溜塌坡腳至ZDK541+737斷面處，溜塌量約800 m3，如圖2所示。

圖1 ZDK541+744溶洞

圖2 ZDK541+720溶洞

該溶洞具體處理方案為：①對ZDK541+737—ZDK541+711段溜塌體表層進行拋石回填固結處理；然后對ZDK541+720—ZDK541+711段溜塌體進行掛網噴砼支護封閉（掛設Φ8鋼筋網片@20 cm×20 cm；噴射10 cm厚C25混凝土封閉溜塌體）。②ZDK541+720—ZDK541+716段由溜塌體表層施作Φ76鋼花管注漿，鋼管樁嵌入仰拱底部0.5 m，@0.8 m×0.8 m呈梅花形布置，對溜塌體進行局部注漿固結處理。③開挖清除ZDK541+737—ZDK541+720段溜塌體至棄碴場，開挖后ZDK541+720處臨空面采用掛網噴砼支護（掛設Φ8鋼筋網片@20 cm×20 cm；噴射10 cm厚C25混凝土）。④在ZDK541+720斷面處擴挖安裝兩榀I20型鋼鋼架后，分層施作一道C25混凝土封堵墻（下部基礎2.0 m寬，拱部1.0 m寬），每澆筑一層封堵墻，在封堵墻對應的隧道洞身初支施工Φ22砂漿錨桿（單根長度為3.5 m/根，@0.5 m× 0.5 m呈梅花形布置，錨桿外露0.5 m）；同步從棄碴場轉運洞碴對ZDK541+720—ZDK541+711段進行反壓回填，反壓回填洞碴至拱頂剩余約50 cm高時，施工封堵墻（預留泵送管）支撐至隧道拱頂，預留泵送管及初支后溶腔注漿管，泵送塌落度較大的C20細石混凝土，將封堵墻內部空隙回填密實。⑤在ZDK541+720斷面拱頂，利用預留注漿管向封堵墻前方ZDK541+720—ZDK541+711處塌空溶腔回填M20水泥砂漿充填拱部溶腔，回填砂漿至拱頂上部1.5 m高。⑥待溶腔回填M20砂漿強度不小于50%后，利用新安裝I20型鋼鋼架支撐，在ZDK541+720處拱部150°范圍內施作Φ108大管棚超前注漿加固，單根長度暫定為30 m，環向間距30 cm，結合大管棚施作情況，初步探明前方充填溶腔的縱向發育情況。⑦拆除封堵墻，開挖溜塌體和已回填洞碴至掌子面，開挖進尺每循環不大于3 m。開挖過程中全程加強洞內監測及安全管理，查驗初支是否有侵陷，原預留溶腔的排水管道是否暢通。

2.3 ZDK541+702—ZDK541+695溶洞

2017-11-23，掌子面開挖至ZDK541+702線路左側拱頂偏右發現一空溶洞，底部充填少量黃泥，溶洞由掌子面向左前方延伸，開挖至ZDK541+695線右拱腳前方溶洞寬約 7.0 m，深度約17 m，四周基巖全部可見，如圖3所示。

ZDK541+715下臺階跟進開挖中涌出軟塑狀黏土，溜塌量約30 m3，開挖后發現下臺階邊墻部位全為黏土，深度約1 m；且根據上臺階開挖情況及前方釬探發現往掌子面方向延伸約20 m，如圖4所示。

圖3 ZDK541+702溶洞

圖4 ZDK541+695溶洞

該溶洞具體處理方案為：ZDK541+715—ZDK541+695段下臺階每側Φ42鎖腳錨管增加至2組，并進行局部注漿加固處理。ZDK541+702線路左側拱頂偏右發現空溶洞，洞腔進行清危后拱部進行噴錨防護，錨桿采用Φ22砂漿錨桿，間距為1.2 m×1.2 m，長3 m，掛設Φ8鋼筋網片@20 cm× 20 cm；噴射10 cm厚C25混凝土支護。對溶洞內消水通道預埋φ100透水盲管外裹土工布并固定于溶洞壁上。ZDK541 +695線路右側拱腳前方溶洞，初支外采用C25混凝土施作護拱形成耳墻，拱頂上方護拱施作時，每榀拱架增加一道豎向支撐。施作ZDK541+695—ZDK541+685段初期支護時加密環向排水盲管外裹土工布，按間距2 m布設，環向盲管直接接入側溝排。

2.4 ZDK541+700—ZDK541+677段溶洞

2017-12-23，開挖仰拱ZDK541+700—ZDK541+677段隧底發現出現一大型溶腔，腔內充填物為軟塑狀黏土，平均深度5 m，溶腔由右向左前方延伸，如圖5所示。該溶洞具體處理方案為：ZDK541+715—ZD2K541+700段隧底打設φ76鋼花管（間距1 m×1 m）嵌入基巖1 m，進行注漿加固處理。ZDK541+700—ZDK541+677段將溶腔底部黏土清除干凈，兩側下導鋼架接至底部基巖面上，并掛設雙層φ8@ 20 cm×20 cm鋼筋網片，每榀接長鋼架設兩根長4 m的φ42鎖腳錨管固定，采用噴射C25混凝土封閉。同時對兩側邊墻施工4.5 m長的φ42鋼花管（間距0.5 m×0.5 m）注漿加固處理。再采用C25混凝土回填至設計隧底高程。

圖5 ZDK541+700—ZDK541+677段溶洞

2.5 ZDK541+567溶洞

2018-01-06晚，掌子面開挖至ZDK541+567斷面揭示出現溶腔，溶腔位于斷面中線，腔內充填物為軟塑狀黏土，溶腔寬2～4 m，溶腔向掌子面前方延伸，如圖6所示。該溶洞具體處治方案為：對掌子面施作3孔超前水平鉆，探明前方溶腔發育情況，對ZDK541+567—ZDK541+557段隧道已揭示溶腔部位進行徑向注漿加固處理。對ZDK541+557—ZDK541+537段線路右側邊墻進行徑向注漿加固處理。ZDK541+653—ZDK541+537段環向排水盲管加密至每3 m設置一道。

圖6 ZDK541+567溶洞

2.6 ZDK541+555溶洞

2018-01-19，掌子面開挖至ZDK541+555時，上臺階拱頂發現一處溶洞，由掌子面向洞口大里程方向發育延伸，溶洞范圍較大，縱向約160 m長，高5～30 m，溶腔內局部人眼看不見頂部，寬1～12 m，小里程方向四周為鐘乳石，大里程方向均露出基巖，圍巖破碎，節理裂隙發育，且拱部及邊墻巖層已發生剝離和掉塊現象，如圖7所示。該溶洞具體處理方案為：溶洞與隧道洞身交叉位置（ZDK541+555）40 m范圍內，對溶洞璧進行錨網噴支護。錨桿采用Φ22砂漿錨桿，1.2 m×1.2 m梅花形布置，單根長3 m；掛設Φ8鋼筋網片，網格間距20 cm×20 cm；噴射12 cm厚C25混凝土。溶洞與隧道洞身交叉位置施作1.5 m厚C30混凝土護拱，護拱上面用0.5 m厚細砂作為緩沖層。

圖7 ZDK541+555溶洞

2.7 ZDK541+501溶洞

2018-04-03，開挖至ZDK541+501掌子面發現拱部線路偏右側發現充填溶腔，寬2～4 m，深度為1.5～2.5 m，充填物為硬塑狀黏土，溶腔向掌子面前方延伸，左右兩側為薄層狀近水平的灰巖，拱部巖體破碎，掌子面濕潤局部有滴水，如圖8所示。該溶洞具體處理方案為：對掌子面施作3孔超前水平鉆，探明前方溶腔發育情況，施作ZDK541+503—ZDK541+493段初期支護時加密環向排水盲管外裹土工布，按間距3 m布設，環向盲管直接接入側溝排。

圖8 ZDK541+501溶洞

2.8 ZDK541+416溶洞

2018-04-26，開挖至ZDK541+416掌子面發現拱部揭示小半填充型溶腔，（掌子面圍巖破碎）以及線路兩側垂直隧道洞身方向發育一條過水通道。過水通道河床位于仰拱底下4～10 m，沿線路左側方向垂直線路向外發育約180 m，沿線路右側方向垂直線路向外發育約100 m，該過水通道約5～14 m寬，一般有20～30 m高，局部人眼看不見頂部；掌子面前方6 m發育一條寬約5 m的溶槽，與線路左側方向的過水通道相連。過水通道內目前有少量流水。該溶洞具體處理方案為：對ZDK541+426—ZDK541+386段拱墻進行徑向注漿加固處理，ZDK541+537—ZDK541+386段環向排水盲管加密至每3 m設一道。拆除ZDK541+418—ZDK541+424段已施作仰拱，ZDK541+405—ZDK541+424段隧底過水通道采用板梁跨越，板梁下設置枕梁；隧道二襯取消仰拱，初支及二襯邊墻架立在板梁上。枕梁基底采用φ75鋼管樁注漿加固，鉆孔深度5 m或嵌入穩定基巖不小于1 m。ZDK541 +396—ZDK541+405段采用C20砼對隧底溶洞充填物進行換填。ZDK541+382處隧底溶洞采用大塊石洞碴進行充填。ZDK541+371—ZDK541+396段隧底采用板梁跨越，板梁下設置枕梁；隧道二襯取消仰拱，初支及二襯邊墻架立在板梁上。ZDK541+382、ZDK541+416段跨越溶洞適當位置，于線路左側二襯邊墻處各設置1處檢查門洞，門洞外側設置柵欄門并朝外開。

2.9 ZDK541+382溶洞

2018-05-07，掌子面開挖至ZDK541+382發現，仰拱底部發育一個垂直線路方向的大型溶洞，周邊圍巖破碎。該溶洞底部寬3～4 m，垂直線路方向貫穿隧道，位于隧底20～25 m，溶洞頂板高于隧底約4 m，往兩側延伸均較遠，線路左側方向往內寬度逐漸變窄，人無法進入，線路右側往內亦逐漸變窄。經調查分析：該隧道范圍內發育兩組垂直裂隙，一組近于垂直線路發育，另一組近于平行線路發育，整個隧道沿著線路垂直方向發育多個大型溶洞，并在溶洞底部可見水流沖刷的痕跡，施工期間（旱季）無水，推測在雨季期間可能有較大涌水。該溶洞具體處理方案為：結合現場情況，對溶洞測量完成后，從棄碴場運碴先將該處溶槽回填至隧底，掌子面繼續掘進開挖。對ZDK541+390—ZDK541+370段隧底和線路左側邊墻非溶洞部位進行徑向注漿加固處理。ZDK541+386—ZDK541+366段環向排水盲管（外裹土工布）加密至每3 m設一道，直接引入側溝。

3 隧道溶洞施工注意事項

施工前應對地表地形地質和水環境條件、構筑物與生產生活用水狀況等進行全面調查，并建立洞內外監測系統，對隧道內外工程地質與水文條件，包括洞室、坑道、樁基等各部位的巖土體穩定性，各種有害氣體，空穴及地下水等各風險因素進行常態化實時監測，妥善完成初始狀態與施工過程狀態記錄。

根據相關監測成果，結合施工中地質勘察和超前地質預報，進行各種風險危害的預測和災害危險征兆的預警，及時對照初始狀況分析各項安全條件，對可控風險應及時采取相應的防范與處理措施；一旦出現危險征兆，應立即斷電并撤離相關工區人員及機械設備，并啟動應急處理和應急救援預案，避免發生相關事故和災害。

應加強洞內地下水的引排，尤其是仰拱低洼、明挖基坑等部位，應配置足夠的、有備份的抽水設備，避免積水惡化工程條件或淹沒危險。針對雨洪侵襲、巖土與圍巖坍塌等各類危害或事故，設置防洪堤臺、救生管、棧橋等應急通道；配備爬梯、安全繩、供氧防毒避難室等逃逸與救援設備與設施，具備及時自救與救援基本條件，避免和減少災害損失。

認真實施超前地質預報措施并仔細記錄，查明前方和周邊地質條件，同時逐段核實圍巖級別；逐點逐段監測水量、水壓，并取巖樣和水樣化驗，對環境和侵蝕作用的類型和 等級、水量、水質進行復查，及時分析和提出差異或異常情況，為避免施工和環境災害、妥善處理工程提供基本條件。

應按《鐵路隧道監控量測技術規程》和本設計要求，全面實施洞內外監控量測并及時進行反饋分析。當監控量測及分析成果為正常情況時，應嚴格按設計文件施工，不得隨意改變設計參數；如有異常應立即采取措施保證安全，并迅速報告有關單位，以便及時處理。

隧底結構施作前，應采取進一步針對性的物探、鉆探及勘測等綜合措施，查明隧道周邊，尤其是隧道基底以下的地質條件，若存在軟弱或空穴等情況，不得隨意回填，應及時采取措施保證安全并提請相關部門進行相應處理。相應支護層應預留探查與處理條件，所報情況須經設計處理或明確后，方可施作隧底結構。

本隧道圍巖軟弱，洞內巖溶弱發育，全隧道施工應務必落實超前地質預報措施，謹慎施工，并加強監控量測、及時支護和襯砌；各洞口及相關地段應采取切實的構筑物加固和保護措施，落實安全控制和管理，保證施工安全和既有構筑物運營安全。

4 結語

由于巖溶發育無規律性，仍難以準確查清巖溶的具體形態及其對隧道的影響范圍與程度，這說明進行鐵路工程巖溶勘察（尤其是隧道巖溶勘察）的難度極大，巖溶發育具有高度隱蔽性、無規律性、不均一性及復雜性，通過處理本段巖溶，為隧道溶洞處理積累了寶貴經驗。

［1］張亞龍，田奎.栗木山隧道大型溶洞處理施工技術［J］.公路，2019，64（9）：196-199.

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U455.49

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.02.005

2095－6835（2020）02－0018－04

黃彬（1983—），男，本科，工程師，主要從事鐵路工程施工管理。

〔編輯：嚴麗琴〕