街上公路隧道穿越大型溶洞的治理措施

尹术军 林承华

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司 武汉 430056）

1 隧道概况

街上隧道位于毕节市纳雍县，进口位于董地乡杨家寨，出口位于董地乡董地小学，为分离式双向4车道公路长隧道，设计车速80km／h。隧道左线起讫桩号ZK115＋160～ZK116＋465，全长1 305m；右线起讫桩号YK115＋190～YK116＋460，全长1 270m。隧道属于溶蚀峰丛沟谷地貌区，山体由二叠系中统茅口组（P2m）中厚层状灰岩构成。隧道轴线经过的地面标高1 477～1 657 m，相对高差约180m。

隧址区山峦起伏，整体地形较陡，自然坡角约50°～80°。隧址区地表大部分基岩裸露，植被少量发育，以灌木为主，生长少量乔木。地表水整体不发育；地下水不发育，地下水主要有第四系空隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水及构造裂隙水。测试段内地下水补给来源主要是大气降水渗入补给，补给方式是沿风化裂隙向下渗透。其径流条件受地形、风化程度及构造的影响，隧址区地下水一般径流途径短、深度小、径流缓慢，以分散状渗流出水形式向附近沟谷洼地排泄。

2 右线溶洞发育特征

岩溶原称喀斯特，是可溶性岩层如碳酸盐类岩层或硫酸类岩层、氯盐等，在流水的长期化学作用和机械作用下形成的沟槽、裂隙和洞穴，以及由于洞穴顶部塌落导致地表产生陷穴、洼地等特殊地貌形态和地质现象。我国西南地区岩溶现象比较普遍，其中桂、黔、颠及川东、鄂西、湘西、粤北连成一片，面积达56万km2。在这些地区修建隧道，常会遇到溶洞，必须予以注意［1］。

街上隧道由出口掘进进洞，隧道右线开挖至YK115＋923时揭露出一较大溶洞。该溶洞发育的主导方向大致与路线垂直，隧道横穿溶洞发育影响带。溶洞大厅洞高3～21m，平面位置关系见图1，溶洞大厅情况见图2。溶洞沿路线横向发展，穿过隧道左右开挖线，右前方有较大溶塌堆积体，坍塌处溶腔侧壁岩体均较为新鲜，溶洞顶部围岩整体性差，裂隙发育，溶洞底部覆盖有层厚约10～20 cm软土［2］，溶洞最高达21m，沿隧道纵向延伸约80m。溶洞底板向上延伸，至YK115＋865处已高出隧道拱顶开挖轮廓线。现场踏勘，溶洞顶地表为耕田洼地区，附近150m处有一落水洞。

图1 溶洞平面图

图2 溶洞局部照片

从现场测得的等视电阻断面图可以看出，YK115＋875～YK116＋111段溶洞底板和隧道底板下未发育溶洞，地质条件相对较好，对隧道施工没有影响。在YK115＋848位置左右侧均有溶洞发育，溶洞底板高于隧道拱顶3m左右，溶洞纵断面及横断面见图3、图4。

图3 溶洞纵断面图

图4 溶洞横断面图

3 右线工程水文地质评价及治理建议

3.1 工程水文地质评价

（1）隧道区历史上无大的地震灾害记载，无明显的新构造活动，地壳基本稳定。隧道区地形地貌条件较复杂；隧道洞身地层岩性单一，为中厚层状灰岩，属硬质岩，单斜平缓地层；岩溶发育；地下水以岩溶水为主。隧道洞身工程及水文地质条件复杂，主要的工程地质问题有岩溶、围岩塌方、局部地段涌（突）水等，特别是岩溶发育区洞身坍塌、涌（突）水问题突出。

（2）通过本次施工阶段现场地质调查、钻探，并结合高密度电法勘探成果，隧道洞身地层岩性单一，为中厚层状灰岩，属硬质岩和单斜平缓地层。根据地质调查及施工观察，发育的溶洞形成时间早，洞内石钟乳、洞壁钙华发育，洞腔经长时间应力再调整平衡，溶洞洞腔顶、底及洞壁总体稳定，呈中微风化状。根据物探成果及施工情况，YK115＋845～YK115＋865段溶腔底部为坍塌堆积体，溶洞洞高明显变小，溶洞洞腔高度4.5～5.7m，溶洞顶底较平整，且溶洞位于隧道底板以上1.2～3.3m，溶洞洞腔底板堆积体厚度2.5～5.6m，其中隧道底板以下堆积体厚度2～3.5m，施工采取措施予以清除。溶洞底板以下岩体较完整，岩溶不发育，岩体基本稳定。YK115＋865～YK115＋895段溶洞洞高明显变小，溶洞洞腔高度4.5～5.7m，溶洞顶底较平整，且溶洞位于隧道底板以上1.2～3.3m，溶洞洞腔底板堆积体厚度2.5～5.6m，溶洞底板以下岩体较完整，岩溶不发育，岩体基本稳定。

隧道围岩、底板及溶洞洞腔顶板及侧壁总体较稳定，局部洞腔表层、洞腔高度突变处出现坍塌、剥落现象，特别是受施工振动，易出现坍塌、掉块。

（3）物探成果资料显示，在隧道右线布设的物探测线中，仅YK118＋848左4m～左9m，YK118＋848右6.5m～右12.5m两处存在异常，推测为岩溶沟槽，其余地段未发现明显异常现象，同时资料表明溶洞碎石土堆积体底部基岩较完整，未发现明显异常现象。工程物探YK115＋875～YK116＋111段溶洞底板和隧道底板下均未发育岩溶，地质条件比较好，基岩稳定。

3.2 治理建议

通过岩溶地区的隧道，可采用跨越、加固洞穴、引排截流岩溶水、清除或加固充填物、回填夯实、封闭地表塌陷、疏排地表水等综合治理设计方案［3－5］，并根据工程水文地质情况遵循因地制宜的原则。

（1）隧道右线YK115＋845～YK115＋865段溶腔底部为坍塌堆积体，隧道底板以下堆积体厚2～3.5m，施工采取措施予以清除。YK115＋865里程往大桩号方向隧道底板岩体较完整，岩溶不发育，总体稳定。建议动态施工，随时探明堆积体厚度及变化，合理确定处理方案，清除坍塌堆积体，确保施工安全。

（2）隧道右线YK115＋845～YK115＋865段位于大型溶洞中，洞高约15～32m，上部洞腔（空洞）高度约10～21m，位于隧道顶板之上，溶洞顶板局部岩体处于崩塌失稳状态，对隧道施工影响大。建议采用简支梁结构或浇筑混凝土立柱对不稳定溶洞顶板进行加固支撑，隔断墙或立柱基础应进入稳定的基岩上，施工期间应根据实际地质情况调整隔断墙的位置和深度，确保施工安全。

该段施工掘进建议采用台阶法掘进，钢拱架支护及系统锚杆作初期支护，辅以管棚，同时要加强支护和防、排水措施。

（3）隧道设计施工须做好溶洞水的引排措施。对地表洼地落水洞采取堵排措施，防止地表水向洼地处落水洞汇集下泄进入隧道溶洞。并保持溶洞内的排水通畅（S1、S2泄水点）；排水设计建议以历史最高水位、水量进行相关设计，完善排水设计。

（4）隧道施工过程中，详细测绘溶腔空间分布、形态，溶腔底堆积体范围及其与隧道的关系；探明堆积体厚度、成分，隧道顶板厚度、隧道底板基岩岩溶发育情况及其稳定性。为溶洞的治理方案及具体施工提供详细的测量数据和地质资料。

（5）隧道施工采用动态设计。地下水主要受岩溶控制，隧道设计及施工应特别注意这些可能涌水地段，做好超前预报和监控量测工作，并加强防水、排水措施。

（6）隧道施工遵循“弱爆破、短进尺、强支护、早闭合”等原则，确保施工安全。

4 右线分段治理措施

4.1 第一段YK115＋895～YK115＋865

（1）隧道右线YK115＋895至YK115＋875段20m，溶洞顶板和底板位于隧道开挖断面以内，主要沿隧道横向发育，着重解决边墙问题。采用2m厚C25模筑混凝土隔断墙支撑溶洞顶板。并预埋钢筋与初期支护形成整体结构，保证顶板稳定。

（2）隧道右线YK115＋875至YK115＋865段10m，溶洞底板逐渐升高，至YK115＋865桩号处，已超出隧道拱顶。采用2m厚C25模筑混凝土隔断墙支撑溶洞顶板，隧道左右隔断墙外缘5m范围溶腔顶板采用喷锚支护，初期支护上增设1m厚钢筋混凝土护拱与隔断墙结合形成整体防护，护拱顶采用轻质材料填充形成缓冲层。

（3）为保证隔断墙的稳定性，隔断墙基础应嵌入隧道仰拱底部完整基岩。

（4）为方便隧道正常运营后的维护，在YK115＋895～YK115＋885区间，挡墙左右侧分别设置检查门，施工中可根据实际地形需要确定检查门具体位置。

（5）由于溶洞地表150m处有一落水洞，溶腔左右侧有明显的消水洞和消水裂隙，为避免富水季节溶洞水对隧道结构产生危害，在溶洞最低处YK115＋895至YK115＋885段，仰拱底部设置圆管涵，间距2.5m，保证溶洞左右水道畅通。

（6）YK115＋875处溶洞直线升高超出隧道拱顶约10m，该处隔断墙两侧护拱底部均设置泄水孔，保证护拱顶部积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顶，根据围岩的实际情况能够按暗洞形式开挖，如围岩条件不能满足，则继续采用隔断墙加喷锚支护措施。

4.2 第二段YK115＋865～YK115＋845

（1）隧道右线YK115＋845～YK115＋865段位于大型溶洞中，洞高约15～32m，上部溶腔高度10～21m，位于隧道顶板之上，溶洞顶板局部岩体处于崩塌失稳状态，对隧道施工影响大。该段采用挡墙、钢管混凝土立柱及钢管桁架相结合方式，对不稳定溶洞顶板进行强支撑加固，见图5。

图5 溶洞处理横断面图

（2）隔断墙或立柱基础应进入稳定的基岩上，施工期间应根据实际地质情况调整隔断墙的位置和深度，确保施工安全。

（3）隧道左右隔断墙高出隧道拱顶4m以上，初期支护上增设1m厚钢筋混凝土护拱，隔断墙预埋钢筋，与护拱有效结合形成整体防护，护拱顶采用轻质材料填充形成缓冲层，最小厚度大于2m。挡墙两侧隧道拱顶以上预设泄水孔。

（4）清除隧道开挖范围内坍塌体，隧道底部坍塌体清除后，采用M7.5浆砌片石换填至隧道仰拱底标高，确保挡墙基础稳定。

（5）立柱镶嵌于挡墙内，采用钢筋混凝土浇筑。溶洞顶板采用钢管桁架支撑，桁架两端埋置于立柱内，长度大于1m。

（6）隧道挡墙外溶洞顶板，根据溶洞发育情况设置钢筋混凝土立柱支撑。

5 结语

岩溶区隧道施工过程中受岩溶发育程度、岩溶分布方位及岩溶充填物等多种因素影响，经常遇到突水突泥造成围岩坍塌，不但影响隧道施工，且严重危及施工人员和机械设备安全［6］。

本隧道右线穿越大型溶洞，岩溶的治理是具有较大难度的。本次治理在充分摸清岩溶岩性、填充物及其与隧道的空间关系的前提下，根据具体情况遵循分段治理的原则，严格按治理原则精细化施工。目前掌子面及二次衬砌已经顺利通过了岩溶地段，初期支护拱顶下沉、侧壁收敛等变形在规范容许范围内，二次衬砌无开裂、无渗水、拱顶无掉块等病害。监控量测成果表明：第1段30 m长和第2段20m长均取得了很好的治理效果。实践证明治理措施是非常成功的，为类似工程项目提供了宝贵的经验。

［1］李小青.隧道工程技术［M］.北京：中国建筑工业出版社，2011.

［2］GB50021－2001岩土工程勘察设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［3］常士骠，张苏民.工程地质手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［4］JTGD70－2004公路隧道设计规范［S］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］廖曹华，郭小红.公路隧道设计手册［M］.北京：人民交通出版社，2012.

［6］郭佳奇，乔春生.岩溶隧道掌子面突水机制及岩墙安全厚度研究［J］.铁路学报，2013，34（3）：105－111.