常规隧道岩溶的几种处治措施综述

陈 宏

(四川西南交大土木工程设计有限公司，四川成都 610031)

喀斯特地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石(大多为石灰岩)进行溶蚀作用等所形成的地表和地下形态的总称，又称为岩溶地貌，其形成原理为石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。我国喀斯特地貌分布较广、面积大，主要分布在碳酸盐岩出露地区，其中以广西、贵州、云南东部所占面积较大；喀斯特地貌主要特征体现在溶洞、天坑等地理现象，其地下形态多以溶洞、溶槽等呈现。

岩溶根据发展程度，可分为极强发育、强烈发育、中等发育、微弱发育四类。极强、强烈发育的岩溶在地下多以暗河或河系出现(以管道水为主)；中等发育岩溶在地下多以裂隙状暗河呈现(以裂隙水为主)；微弱发育岩溶在地下多以溶隙为主，有少数落水洞、漏斗和岩溶泉。前两类岩溶在前期勘探中较容易发现，施工前可制定相应对策；因受勘探钻孔数量、位置，勘探人员自身素质的限制，以及岩溶在地下表现的特殊性，后两类岩溶在前期勘探中较难发现，在施工过程中，常无征兆的突遇，轻则初支或掌子面坍塌，重则涌水突泥、冒顶，甚至导致人员伤亡，不但延误建设工期，增加建设成本，同时还增加了建设管理难度。本文结合广西某隧道各岩溶案例的处治方案，总结了常规岩溶处于隧道不同部位的处治措施。

1 工程概况及地质简述

本文隧道位于在建的双向六车道城市快速路上，平面布置为小净距，纵向设置为人字坡，建筑限界尺寸为13.75 m×5.00 m，内轮廓尺寸为15.13 m×9.69 m，是该快速路建设的控制节点工程。隧址区处于广西喀斯特地貌地区，洞身围岩以微风化灰岩、微风化含硅质灰岩、微风化含泥炭质、硅质灰岩夹硅质岩为主，岩体较为完整，但场区属岩溶强烈发育区，岩体内节理裂隙发育，岩层中较易发育溶蚀沟槽、溶洞等不良地质。

据K2+920～K3+060段工点勘察，隧道围岩为可溶岩，且揭露有多个溶洞，可能发生涌(突)水、泥现象，旱季一般无地下水，雨季地表水下渗会形成分布不均匀的裂隙水，地下水可能呈点状或线状渗入隧道。揭露溶洞分别位于隧道中夹岩墙、拱顶、仰拱底等部分，其规模大小、充填情况不一，有以串珠状出现，有以独立溶洞出现。

2 岩溶坍塌及处治概述

2017年4月14日，隧道左线里程K3+071～K3+070段1部开挖完成后(采用人工配合机械开挖)，正在进行钢架安装施工时，掌子面拱部土体出现坍塌，随后情况进一步加剧，从拱顶一直贯穿到地表，坍塌体从掌子面涌出，在地面形成一个长约3 m，宽4 m，深15 m的塌腔。

同时，在隧道右线里程YK3+074～YK3+073段1部开挖完成后(采用钻爆法开挖)，现场进行喷锚封闭岩面并准备钢架安装施工时，掌子面拱部右上侧土体发生滑塌，随后情况进一步加剧，坍塌体从掌子面涌出，由于覆盖层埋深较浅，滑塌造成YK1+066处地表沉陷约2～4 m。

针对上述岩溶涌泥、坍塌，现场迅速采用回填反压封闭掌子面，同时对地表坍腔进行封水处理；隧道内岩溶涌、突泥段采用中管棚注浆短台阶法开挖通过，并对初期支护外侧采用Φ42注浆加固，型钢采用HW200×200。

3 常规岩溶处理措施

3.1 常规中、小型溶洞处理

3.1.1 充填型溶洞

(1)对隧道拱部发育的中、小型溶洞，加强拱部超前支护，采用Φ51自进式锚杆，单根长度9 m，有效搭接长度不小于3 m；同时，根据现场实际情况适当清淤后预埋注浆管并泵送C20混凝土充填。

(2)对隧道侧墙处发育的中、小型溶洞，先对充填物进行清除处理，而后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

(3)对隧道仰拱基底发育的中、小型充填型溶洞软弱基础。

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①小型溶洞则先清除软弱充填物，其后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

②中型溶洞则先采用Φ70钢花管注浆加固软弱充填物，其后对仰拱底部2 m范围内进行换填，形成复合地基，提高基底承载力，从而保证衬砌结构的安全。

3.1.2 空洞

(1)空洞位于隧道拱部，采用超前支护结合钢架的防护形式，在钢架背后浇筑2.0 m厚护拱，并对护拱背后进行压砂充填。

(2)空洞位于隧道侧墙，先在侧墙外修筑C20混凝土挡墙，再对侧墙背后进行回填。

(3)空洞位于隧道底部，采用C20混凝土或片石混凝土对底部空洞进行回填处理，如有排水通道，则应先预埋排水导管。

3.2 大型溶洞处理

3.2.1 充填型溶洞

(2)边墙发育大型溶洞。当隧道侧墙处发育有大型溶洞，先对侧墙外一定范围内清除充填物，而后在侧墙外修筑C20混凝土挡墙，同时应在清淤区域及挡墙内预埋排水管道后再进行回填。

(3)仰拱下方发育大型溶洞。当仰拱下方发育有较大规模充填型溶洞时，先对溶洞采用Φ108钢管桩注浆加固，桩长及间距应根据溶洞的情况具体确定，但应满足结构基底承载力要求，其后在桩顶施作C30钢筋混凝土基础，形成复合承载力基础。

3.2.2 空洞处理

(1)空洞位于拱顶。空洞位于隧道拱部，采用大刚度的钢架，大直径超前管棚进行支护，拱顶以上浇注C20混凝土护拱，厚度不小于2.0 m，护拱之上压砂或轻质泡沫混凝土充填，并加强二衬结构。

(2)空洞位于两侧边墙，则在衬砌以外砌筑C20混凝土护墙，厚度不小于10 m，如有排水通道，则先预埋排水导管。

(3)空洞位于仰拱下方，先预埋排水管道，其后采用片石和级配碎石回填，顶部回填C20混凝土，厚度不小于3 m；若空洞位于仰拱单侧，则在仰拱底部空洞侧设置托梁加固，确保隧道衬砌结构的稳定性。

3.3 岩溶涌、突泥处理

3.3.1 超前地质预报和超前注浆

以工程地质综合分析为核心，直接探测与间接探测相结合，现场量测与室内分析相结合，由初步探测到详细探测，必要时采用超前钻孔予以验证,制定详尽的超前预报方案。根据超前地质预报结果，对穿越富水程度和规模较大以及风险高的溶洞软塑充填物段落，先采用全断面深孔预注浆进行加固后，再进行开挖。注浆材料可采用纯水泥浆、水泥—水玻璃双液浆等。

3.3.2 本项目涌、突泥处治措施

(1)在隧道K2+852处发生涌泥后，迅速从洞外运渣回填，对掌子面进行反压，避免出现二次坍塌。

(2)在观察涌突泥无进一步扩大趋势后，在掌子面前方回填区域施做操作平台，同时布置监控量测观测点。

(3)沿隧道环向，在开挖轮廓外侧的涌突泥范围内打设Φ76钻杆式管棚(管棚尾端固定于初支钢架)，对掌子面前方注浆加固，管棚环向、纵向范围均嵌入完整岩石不少于1 m，钻杆管棚环向间距40 cm。

(4)注浆完成后，采用短台阶法开挖，严禁爆破或剧烈扰动。初支钢架调整为H型钢(HW200×200)，预留变形量调整为30 cm，钢架在施做过程中迅速落底或闭合成环，每榀钢架在拱腰、拱脚各施设2根6 m长Φ76大锁脚，锁脚锚管合力方向与初支轴线方向成20°夹角。

(5)待初期支护完成后，对溶洞部位打设Φ42注浆小导管，进行径向注浆加固，注浆小导管单根长4.5 m，平面按梅花型布置，浆液采用水泥浆。

(6)坍塌段及影响范围内加密监控量测断面,及时采集、分析监测数据；可视情况对此段采取提前施做二次衬砌的措施确保安全。

(7)施工过程中严格按照“短进尺，弱爆破”的原则施工，以确保安全。

4 结束语

(1)岩溶地区岩溶发育程度及规模大小不一，前期勘察过程中较难查明，施工过程中应加强超前地质预报，采用多种预报手段相结合的方式，探明岩溶的具体情况。

(2)施工过程中应加强监控量测，及时反映围岩变化情况，确保施工安全。

(3)溶洞位于隧道不同部位、规模大小不一、充填情况不一，其处理措施亦存在一定差异，不同项目尚应根据具体情况制定针对性的处治措施。

(4)本文主要结合本项目遇到的岩溶情况对处治措施进行综述，其他项目在参考借鉴的同时，尚应根据遇到岩溶的具体情况制定专项处理方案。