貴南高速鐵路隧道巖溶處理技術研究

蔣 翊，張琴琴

(1.廣西路橋集團勘察設計有限公司，廣西 南寧 530200；2.中鐵二院南寧勘察設計研究院，廣西 南寧 530022)

0 引言

廣西是我國巖溶最為發育的地區之一，而對巖溶的處理效果也影響著隧道的安全。針對隧道巖溶，許勝等[1]研究了滬昆高鐵跨越朱砂堡隧道基底大型溶洞問題，并采用迂回平導改移部分暗河的處理措施；王喚龍[2-3]研究了云桂鐵路-東風隧道的基底巖溶問題；劉敏捷等[4]研究了貴州某大跨隧道的巖溶管道問題；王繼剛[5]研究了高鐵穿越半填充大型溶洞的問題；張廣澤等[6]研究了高速鐵路隧道巖溶的防治技術；寇邦寧[7]對南玉鐵路的巖溶塌方進行了研究處理。本文針對貴南高速鐵路的典型巖溶問題，給出了具體的設計和施工處治案例，以供參考。

1 工程概況

貴南高速鐵路德興隧道屬于單洞雙線隧道，進口樁號為DK309+255，出口樁號為DK314+459，全長5 204 m，進口接路基工程，出口接橋梁工程。隧道內線路縱坡為人字形，進口至出口依次為：2 045 m的3.5‰上坡，2 300 m的22‰上坡，859 m的10.5‰下坡，最大埋深約為300 m。隧道位于連片峰叢洼地地貌區，洼地底部巖溶管道錯綜復雜。地質勘探顯示洞身DK310+100～DK310+250段發育暗河及存在大型溶洞發育段，極有可能下穿Ⅴ類異常區，該段巖體極其破碎，巖溶強烈發育，不排除還存在其他未探明的巖溶管道、巖溶大廳。洞身穿越地層均為可溶巖地層，全隧共穿越1處斷層破碎帶。

2 巖溶處理一般原則及方法

2.1 隧道拱部/拱腰部位溶腔

溶腔經過水文地質判斷，將來不可能有較大過水時，宜采用混凝土回填。根據溶腔發育高度及范圍，為保證隧道結構安全，拱頂設置混凝土護拱結構(厚度≥2 m)；為防止溶腔局部掉塊、坍塌，在護拱外側設置緩沖墊層，緩沖墊層厚度根據溶腔高度確定，一般≥1 m。緩沖墊層為水泥+機制砂拌和料，水泥摻量為150 kg/m3。

2.2 隧道邊墻溶腔

對于隧道邊墻位置發育的溶腔，經過水文地質判斷，將來不可能有較大過水時，原則上對溶腔采用混凝土回填。回填厚度為邊墻輪廓線外3～5 m，根據溶腔發育規模等對隧道結構進行補強。

2.3 隧底溶腔

對于隧底無充填溶腔，當發育深度及寬度較小時(一般按深度<5 m)，采用C20混凝土進行回填；當發育深度較大時，根據具體規模在溶腔底部優先采用洞渣回填，在結構底部以下約5 m范圍內采用混凝土回填，頂部采用梁板結構或路基填筑跨越方案跨過。

3 工程實例

3.1 隧道拱頂/拱腰部位巖溶處理

該隧道暗洞DK311+713～DK311+722段拱頂及拱腰存在一無填充型溶腔，與隧道洞身斜交，溶腔縱向發育長度約為9.3 m，溶腔發育高度約為12 m，其中7 m位于隧道洞身內，5 m位于隧道拱頂上方；溶腔橫向發育寬度約為9 m，投影邊界均位于隧道內部，巖溶水發育一般。擬對溶腔采用4 m厚的C25混凝土回填，兼作襯砌結構保護層，并在護拱外側設置2 m厚緩沖墊層，防止溶腔局部掉塊、坍塌破壞隧道結構，緩沖墊層為水泥漿+機制砂拌和料，水泥摻量150 kg/m3。為使巖溶排水通暢，進行溶腔處理時在緩沖墊層內部預埋市政波紋管作為排水通道。波紋管端口設置于緩沖墊層下0.5 m，另一端接入隧道側溝，波紋管管口及管身采用土工布包裹，波紋管直徑一般≥200 mm，間距≤3 m，如下頁圖1所示。

3.2 隧道邊墻巖溶處理

該隧道邊墻DK312+613～DK312+625位置的溶腔位于右線右側，溶腔橫向邊界距離線路右線約為19 m，溶腔豎向邊界位于拱頂上方約為17 m，縱向長度約為12 m，巖溶水發育情況一般。擬對該溶腔采用3 m厚的C25混凝土擋墻+2 m厚C25混凝土回填+2 m厚緩沖墊層補強，根據溶腔發育規模對隧道結構進行補強。具體如圖2所示。

圖1 隧道拱頂及拱腰巖溶處理方案示意圖(cm)

圖2 隧道拱部及邊墻巖溶處理方案示意圖(cm)

3.3 大型無填充型溶腔處理

德興隧道DK310+130～DK310+210段下穿Ⅴ類異常區，巖體極其破碎，巖溶強烈發育，在施工圖設計階段對巖溶暗河段進行補充勘察，發現該處確實存在大型無填充型溶洞。據物探結果顯示，線路DK310+170～DK310+195段下穿巖溶豎井，上跨暗河，線路標高約230 m，巖溶豎井鉆探最深至標高139 m處，推測暗河標高約130～160 m，暗河管道斷面尺寸一般為2 m×5 m，豎井內積水一般不會超過標高185 m，連續強降雨暗河排水不暢時，豎井內地下水上漲的可能性大。巖溶豎井上方有約75 m的漏空空間，豎井頂板厚0～20 m，有整體坍塌風險；隧頂上方有倒懸巖體凸出，溶洞圍巖主要為中厚-厚層狀灰巖，兩組陡傾角節理較發育，圍巖總體較完整且自然狀態下較穩定，局部圍巖較破碎，頂板及側壁的石鐘乳和較破碎巖塊受震動可能形成巨塊狀落石，危巖落石對隧道施工及運營影響較大，風險極高。

針對該大型溶腔，在不改移線路的情況下對暗河河道進行改移，然后對洞壁、洞頂進行局部加固，采用C25混凝土對溶洞大廳分層進行回填，回填至拱部以上10 m(拱部以上10 m至倒懸體下方采用土石回填密實)，最后采用礦山法開挖、控制爆破和暗挖法通過該段。由于溶洞豎井回填措施需要，于線路DK310+195處設置3個導洞，全部于線路右側溶洞側壁出洞，回填處理溶洞。

(1)考慮到豎井溶洞頂部及側壁存在掉塊風險，為確保施工、結構及運營安全，須對洞壁、洞頂進行局部加固，對正線附近的洞壁、洞頂不穩定區域須采取噴錨網加固，并有針對性地采取一定的施工防護措施。為避免回填物堵塞豎井底部暗河，在回填之前對地下暗河河段進行改移處理，利用排水通道將暗河上游水引排至下游，排水通道與地下暗河呈大角度相交，在地下暗河枯水期期間施工排水通道，如圖3所示。排水通道于正線線路右側設置，連接至暗河上游，坡度為5‰，暗河改移通道與暗河貫通后，須對上游暗河進行封堵，將暗河水截排引流至排水通道，防止下游暗河水倒灌至溶洞豎井。封堵的施工步驟為：施工準備→測量放樣→修筑周邊引排水設施→修筑圍堰→基坑開挖→基坑處理→基底處理→封堵墻施作。

圖3 地下暗河改移示意圖

(2)1#導洞為主導洞，在溶洞側壁出洞處標高為271.8 m，長757 m，主要用于溶洞豎井3#導洞以上高程范圍內的土石回填及溶洞內危巖落石處理，以及洞頂上方混凝土及土石回填。2#導洞于線路下方溶洞側壁出洞，標高為195 m，長486.92 m。2#導洞于1#導洞右側進行迂回設置，主要用于溶洞豎井井底至2#導洞底高程范圍內的回填。該通道的主要功能為：預先進入豎井溶洞，測量豎井溶洞回填范圍和推測排水通道與暗河接口位置，同時也便于對施工期間排水通道的暗河水位、水量及流速進行觀察、監測，確保施工安全。3#導洞于線路下方溶洞側壁出洞，標高為220 m，長308.81 m。3#導洞于1#導洞左側迂回設置，主要用于溶洞豎井1#、2#導洞之間高程范圍內的回填。

溶腔回填時采用空心鋼管作為框架，既可以減少混凝土灌注量，也可以在鋼管中加注水以減少大體積混凝土水化熱，保證混凝土澆筑質量，還可以增加混凝土的整體性及剛度，減少收縮。初步處理方案如后頁圖4所示。

圖4 德興隧道正線附近溶腔處理方案設計示意圖(m)

4 結語

巖溶是隧道常見疑難問題之一，由于其發育的復雜性、不均勻性和不穩定性，對其處理不當很容易引發嚴重的事故，隧道作為主要承重的結構，對巖溶處理的好壞顯得至關重要。綜上所述，可得出以下結論：

(1)重視物探和超前地質預報，在設計階段應對隧道巖溶情況進行詳盡摸索與探查，設計前期盡可能避開大型溶腔，施工期間應結合隧道周邊環境對巖溶段落處理完善，不留后患。

(2)對拱頂及拱腰位置的溶腔，采用護拱+緩沖墊層處理，對隧道進行補強；對隧周溶腔，采用擋墻+護拱+墊層處理；對隧底大型溶腔，可采用導洞+改移暗河+回填或改移線位方法處理，有效跨越大型溶洞段。

(3)施工期間重視對巖溶水的處理，維持既有排泄通道，有暗河段要對其進行局部改移，避免破壞原有的巖溶水排水路徑，竣工后加強對巖溶水防排水系統的巡查。