黄香湾隧道进口段岩溶处治设计

易美华，肖剑

(1.长沙市国土资源局，湖南 长沙 41007； 2.长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007)

黄香湾隧道进口段岩溶处治设计

易美华1*，肖剑2

(1.长沙市国土资源局，湖南 长沙 41007； 2.长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007)

岩溶灾害是隧道施工中最常见的地质灾害之一。根据桑植至张家界高速公路黄香湾隧道施工期间出现的岩溶分布特征，介绍了岩溶段隧道施工的处治设计方案，为以后类似工程的隧道施工提供了工程和技术借鉴。

隧道；岩溶；地质雷达；处治设计

1 工程概况

黄香湾隧道位于桑植县瑞塔铺镇小溪口至小溪沟村，为分离式隧道。隧道设计长度为：左洞全长 3 209 m；右洞全长 3 200 m，为特长隧道，最大埋深约 350 m；进口采用端墙式洞门，出口采用贴壁进洞。隧道左、右洞进口分别位于半径 3 120和直线上，左、右洞出口分别位于半径 1 150和半径 1 000的平曲线上。左、右洞纵坡分别为2.234%和2.23%[1]。

地形地貌：拟建的黄香湾隧道位于桑植县瑞塔铺镇小溪口至小溪沟村。该隧道区属中低山地貌，地形起伏大。隧道范围内中线高程 358 m～ 746.7 m，最大高差约 388.7 m。山体自然坡度30°～50°，局部段达75°，植被较发育。进、出口均处于山前斜坡地带，山坡处于基本稳定状态。隧址区桑植端洞口西北面约 80 m处及张家界端洞口南面约 100 m有省道S228通过，洞身段K13+620处有乡村道路通过，交通条件较好。

水文地质条件：隧址区地表水不发育，仅两端洞口附近冲沟地段雨季雨水汇集可产生的暂时性水流。隧址区地下水主要为基岩中的裂隙水。隧址区泥质粉砂岩节理裂隙发育，贯通性一般，多泥质充填，赋水性较差；浅部强风化岩风化裂隙发育，岩体破碎，含少量裂隙水，主要靠大气降水补给，冲沟等低洼部位以地下径流形式排泄；斜坡部位以沿裂隙渗流形式或受地形切割排出地表。

2 黄香湾隧道岩溶发育特征

根据实际测量成果，岩溶整体沿隧道纵向方向发育，大部分段位于隧道分离带中间，该溶洞发育桩号范围约为ZK13+215～ZK13+330段，沿线路走向长约 115 m，横向宽约 13 m～ 45 m，底板发育标高 354 m～ 374 m，顶板发育标高 383 m～ 392 m，最大洞高约 38 m。隧道开挖时揭露的岩溶如图1所示。

图1 黄香湾隧道进口段岩溶

岩溶发育平面图如图2所示。其中ZK13+215～ZK13+222段围岩位于岩溶发育段，为无充填型溶洞，最大高度约 17 m；ZK13+222～ZK13+236段为灰岩区；ZK13+236～ZK13+250段为岩溶发育区，为无充填型溶洞，最大洞高约 11 m，该段岩溶在右线K13+235处贯通，右线前后影响范围长约 10 m，其余段都有厚度不等的中夹岩柱；ZK13+250～ZK13+270段为一平台，分布厚度 3 m～5 m的黏土层(为溶洞充填物)，下部为灰岩；ZK13+270-ZK13+290段为平台，黏土分布厚度 0 m～3 m，下部为灰岩；ZK13+290～ZK13+320段为岩溶发育区，为一“V”型溶沟，沟深约 15 m～20 m。本岩溶发育段大部分位于左右洞中间范围。根据现场调查，现阶段，该溶洞顶板及侧壁岩体较完整，除溶洞靠近掌子面处，其余地方未见明显松动危岩体及掉块现象，洞顶及洞室侧壁自稳能力较好。

图2 隧道岩溶发育平面示意图

图3 隧道岩溶发育立体图

此外，该溶洞内未见洞室蓄水，仅在“V”型溶沟处听见少量水流声，结合省道S228旁河流的出水点情况和前期地调，推测该水流从左洞流向右洞。本次调查，在洞顶及侧壁局部段见裂隙水呈点滴状渗出，渗水段发育有少量钟乳石，平台上有石笋。

3 岩溶处治设计

3.1 岩溶处治原则

在处治溶洞过程中，应遵循“方案合理、结构安全、工程成本低、保持水环境、施工易操作”的原则，安全、稳妥地保证隧道通过岩溶地段[2～6]。

(1)溶洞处治原则。对规模较小溶洞、无水的溶洞，当溶洞在隧道基底和边墙时可采用浆砌干砌片石封闭回填。当发育在隧道拱部时，可用混凝土回填，对有水的溶洞，应注意排水处治措施。对规模较大溶洞，当溶洞发育在隧道基底时，可以采用隧道弃渣回填、注浆加固、板跨等方案通过。当溶洞发育在隧道边墙时，可采用砌墙的型式通过。当溶洞发育在隧道拱部时，可采用长管棚、小导管等方法度过。在大型溶洞段，隧道的支护形式要加强，且要注意排水措施。总之，因地制宜，综合治理，就是根据隧道所处的工程地质和水文地质条件及周围环境条件，采取多种方法进行综合治理。

(2)岩溶水处治原则。以堵为主，限量排放，排堵结合。可采用注浆堵水，也可以用涵管进行排水，不但解决岩溶水的问题，且要不影响隧道周边的环境。

3.2 岩溶处治方案设计

黄香湾隧道岩溶区域主要分两类进行处理(处理前均应首先清除岩溶沉积物)，即左线隧道未完全置于溶洞空腔区(ZK13+215～ZK13+290、ZK13+320～ZK13+330)段，简称“第一类”和左线隧道完全置于溶洞空腔区(ZK13+290～ZK13+320)段，简称“第二段”(亦即“V”型溶沟段)。两类处治方案部分断面如图4～图11所示。

图4 隧道ZK13+218岩溶处理设计图

图5 隧道ZK13+220岩溶处理设计图

图6 隧道ZK13+230岩溶处理设计图

图7 隧道ZK13+240岩溶处理设计图

图8 隧道ZK13+260岩溶处理设计图

图9 隧道ZK13+286岩溶处理设计图

图10 隧道ZK13+310岩溶处理设计图

图11 隧道ZK13+325岩溶处理设计图

(1)第一类方案

对于第一类，采用如下方案：

①左线距掌子面15 m范围内的已加强段落布点监控量测，若出现变形、收敛数据异常则通知各方采取措施，保证临近岩溶发育段的结构安全。

②左线通过该岩溶段(原设计Ⅲ级围岩)支护进行加强，根据评审会专家意见进行细化设计。ZK13+215～ZK13+222段采用V级深埋段支护形式，ZK13+222～ZK13+232段采用Ⅳb支护形式，ZK13+232～ZK13+250段采用V级深埋段支护形式，ZK13+250～ZK13+265段采用Ⅳb支护形式，ZK13+265～K13+285段维持原设计，ZK13+285～ZK13+290段采用Ⅳb支护形式，ZK13+320～ZK13+330段采用V级深埋段支护形式。同时对空洞区域相应核减掉部分系统锚杆和超前支护。

③溶腔侵入隧道结构段采用C25混凝土挡墙+钢筋混凝土护拱+吹砂缓冲的方式保护隧道结构，挡墙底部悬空或地基承载力不足时应回填或换填C20混凝土稳固基础。

④右线被溶洞贯通段(对应左线桩号为ZK13+230～ZK13+245)，在右线左侧采用C20混凝土进行回填，保护右线隧道结构。

(1)第二类方案

对于“第二类”(“V”型溶沟段)，结合溶洞深度和水流情况，采用回填+明洞方案。

①溶洞底部用碎石分层填筑，按路基施工要求进行压实。并按水流方向铺设2根排水管，采用 2 m直径钢波纹管，中心间距 4 m，铺设排水管长度范围应超出回填范围，防止堵塞管道。

②为防止隧道出现不均匀沉降，保证结构安全，在排水管上施做一层 1 m厚级配碎石作为排水通道，其上施工填石路基，最后在距仰拱底 1.8 m范围内浇筑 30 cm钢筋混凝土板+150 cmC20混凝土层，级配碎石和填石路基要保证压实度，满足相关路基施工规范要求，并控制好沉降后施工隧道。

③C20混凝土层上施工60 cm的钢筋混凝土护拱，护拱内按明洞结构施工隧道。

④溶沟发育至右线隧道底板下，综合考虑右线溶洞跨度、顶板厚度、顶板岩体完整性及实际施工条件，溶洞底部按水流方向铺设2根排水管，采用 2 m直径钢波纹管，中心间距 4 m，铺设排水管长度范围应超出回填范围，防止堵塞管道。铺设完成后回填C20混凝土至底板下，保证回填密实。

4 结 语

黄香湾隧道为典型的岩溶区隧道，本文介绍了隧道施工过程中溶洞不同部位采取分类处治的设计方案。岩溶区开挖隧道应遵循“因地制宜，综合治理”的原则。由于岩溶发育地区地质条件复杂多变，在勘察设计阶段完全准确查明地质、水文条件不太现实，因此，应加强隧道施工过程中的超前地质预报，提高预报的准确性，防患于未然。同时，对施工过程中出现的岩溶应借助于变更设计，对原有设计进一步细化、修正，确保工程的安全进行。

[1] 中交第一公路勘察设计研究院有限公司隧道与轨道交通设计院. 湖南省桑植至张家界高速公路第2合同段黄香湾隧道进口岩溶变更设计图(ZK13+215～ZK13+330段)[R]. 2015.

[2] 王木群. 岩溶对隧道工程的影响及岩溶处治技术研究[D]. 长沙：中南大学，2011.

[3] 韦世明，李大超. 喀斯特地貌山区隧道不良地质灾害防治技术探讨[J]. 西部交通科技，2013(5)：56～59.

[4] 余顺，秦峰，丁浩. 中山顶隧道岩溶处治设计及其体会[J]. 公路交通技术，2014(1)：118～121.

[5] 陈扬勇，肖了林，徐林生. 施家梁隧道K44+090岩溶水处治设计[J]. 公路交通技术，2009(S)：133～138.

[6] 王道良，胡学兵，李科. 秀山隧道渗涌水病害分析与处治设计[J]. 公路交通技术，2015(6)：79～85.

Disposal Design of Karst in the Entrance Region of Huangxiangwan Tunnel

Yi Meihua1，Xiao Jian2

(1.Changsha Bureau of Land and Resources，Changsha 410007，China；2.Changsha Planning Survey & Investigation & Design Institute，Changsha 410007，China)

Karst is one of the most common geological disasters in tunnel construction. According to distribution characteristic of Karst during the construction of Huangxiangwan tunnel of Sangzhi-Zhangjiajie highway， the design scheme of the karst tunnel construction was introduced， which provides the engineering and technical reference for similar projects.

tunnel；karst；geological radar；disposal design

1672-8262(2017)04-173-04

P642.252

B

2017—04—07

易美华(1978—)，女，硕士，工程师，主要从事物探、GIS研究等技术工作。