铁路隧道巨型溶洞深厚回填体注浆固结技术--以黔张常铁路高山隧道为例

冯国森

(中铁十四局集团建筑工程有限公司， 山东 济南 250014)

0 引言

我国是世界上岩溶分布面积最广的国家之一，在隧道选线时应尽量避开岩溶发育地区，但是随着经济发展对交通基础设施需求的不断提高，越来越多的隧道工程将不可避免地穿越山区岩溶地层，这必将遇到更多大(巨)型岩溶问题。工程实例表明，穿越岩溶区隧道跨越段采用路基回填处置方案施工简单、成本小，但对于高位穿越巨型溶洞时，巨型溶洞回填体量大，回填体压缩沉降显著，对回填体进行注浆可以填充碎石孔隙，降低工后沉降[1-4]。

李元海等[5]采用FLAC3D数值模拟方法，研究了溶洞对于隧道围岩稳定性的影响规律，并对隧道开挖穿越溶洞地层采取的充填与注浆加固方案进行了比较分析，研究结果表明溶洞回填和注浆加固可改善围岩应力状态，减小围岩变形与塑性区范围；张祥等[6]基于成贵铁路玉京山隧道工程现场，提出采用袖阀管注浆法进行回填体加固的总体思路，在溶洞回填后对隧道侧向回填体进行超前注浆加固，隧道开挖后对基底回填体进行注浆加固，保证基底承载力满足规范要求，取得了良好的工程效果；顾伟[7]以云桂铁路营盘山隧道穿越巨型溶洞为依托，依据隧道和溶洞不同断面分布的特点，采用隧道基础范围溶洞回填处理方案有施工速度快、安全性高、造价低的优点，为其他类似工程提供了参考；周婷[8]结合沪昆客专杭长段醴陵特大桥岩溶发育区桩基穿越大型溶洞施工实践，详细介绍了采用片石、黏土、碎石及化工材料回填溶腔，使用CZ-8型冲击式钻机冲击成孔，辅以加强型泥浆、注浆等技术措施，成功穿越了大型重叠串珠式溶洞等不良地质；肖伯强等[9]通过"加强支护、回填夯实、超前小导管注浆、疏排岩溶水"等施工技术，结合监控量测等信息反馈手段，动态指导施工，成功解决了溶洞冒顶突泥、大型溶洞及隧道坍塌等施工难题，顺利完成了隧道施工；宋国壮[10]基于黔张常铁路岩溶地基注浆加固工程现场地质资料，结合有关注浆材料性能控制及其裂隙注浆扩散特征、堵水机制的研究结论，提出了针对复杂岩溶发育地基处理的复合注浆强化加固关键技术，并通过多种注浆效果检测手段验证了该技术体系的工程适用性；刘岩江[11]通过对深圳地铁14号线穿越的岩溶区现场地质资料结合溶洞注浆试验进行研究，确定了相应的岩溶处理原则和注浆工艺，并设置不同的水灰比、注浆压力及岩溶填充物，分析了不同条件下注浆试块的抗压强度及注浆量。

以上文献对隧道穿越溶洞回填体注浆加固处理方面具有良好的借鉴意义，但是在隧道高位斜穿巨型溶洞回填后的超厚回填体中注浆，特别是仅在回填体上部一定范围内控制注浆的相关研究基本没有。本文以黔张常铁路高山隧道巨型溶洞为研究对象，对溶洞超厚回填体注浆设计、注浆方法、浆液控制及注浆效果进行综合分析，提出深厚回填体注浆固结技术。

1 工程概况

黔张常铁路西起重庆市黔江区，东至湖南省常德市，线路总长为339.42 km，全线新建隧道100座，位于湖北咸丰-来凤区间的高山隧道是黔张常铁路全线6座 Ⅰ 级风险隧道之一。高山隧道进口里程为DIK51+328，出口里程为DIK55+286.2，全长为3 958.2 m；隧道为纵向坡度-12‰、-17.4‰的单面下坡，进口轨面高程为799.158 m，出口轨面高程为732.973 m；最大埋深约365 m；隧道开挖断面宽度为15.2 m，高度为12.4 m；高山隧道采用曲墙有仰拱复合式衬砌结构，初期支护采用喷锚支护，喷混凝土采用湿喷工艺。隧道地处鄂西南构造侵蚀、溶蚀中低山区，通过地层主要是寒武系上统耗子群灰岩夹白云岩、道陀组灰岩，奥陶系下统大湾组灰岩夹泥灰岩，奥陶系下统南津关组、红花园组、分乡组灰岩夹页岩。隧道地处咸丰斜歪背斜的南东翼，表现为单斜构造。高山隧道纵断面如图1所示。

图1 高山隧道纵断面图

高山隧道开挖至DIK53+678处揭示巨型溶洞，溶洞由厅堂状廊道、主溶裂隙通道、支洞3部分组成，主溶洞伴生有2号支洞。厅堂状廊道长度为124 m，宽度为32～63 m，高度为46～65 m。巨型溶洞形态规模示意如图2所示。隧道正洞跨越溶洞长度约为71 m，影响长度为124 m，隧道路肩以上溶洞空腔高度约为16 m，隧道轨面以下空腔深度为30～55 m，拱顶以上溶洞最高处约为2 m。溶洞地下水主要补给源为大气降水下渗补给，降水主要通过主溶蚀裂隙径流补给至溶洞，主溶蚀裂隙发育成熟，补径排通畅。溶洞地下水及局部的渗水均通过裂隙排泄，整体表现为干溶洞。溶洞发育规模较为巨大，给后期施工带来了极大的不便。

巨型溶洞揭示后采用地质调查、物探、钻探以及三维激光扫描等手段进行了地质勘查，获得了溶洞的详细地质资料，根据溶洞的特征、地质资料以及溶洞与隧道的空间位置关系，结合国内工程实例经验，提出线路调整、桥梁跨越及路基回填3类共11种处置方案。通过对3类处置方案进行评价对比，最终选用了路基回填中的"洞砟回填+上部注浆"方案[12-13]。巨型溶洞回填示意如图3所示。

图2 巨型溶洞形态规模示意图

图3 巨型溶洞回填示意图

溶洞采用加工洞砟进行回填，回填至730 m高程和750 m高程时分别做止浆层。溶洞回填深度最大约47 m，洞砟回填厚度大，且回填过程中无法压实。在经济合理的前提下，为了提高回填体的整体性及控制回填沉降，对回填体上部20 m、隧道结构外侧21 m范围内进行注浆加固处理。回填洞砟注浆完成后在上部继续回填约5 m厚掺5%水泥级配碎石，再施工3 m厚钢筋混凝土路基板至主动底板高程。隧道中心线左侧厅堂状廊道回填至洞壁，隧道中心线右侧主溶蚀裂隙通道按照1∶1.5的坡度进行放坡回填。依据处置方案，巨型溶洞回填体厚度为30～55 m，加上溶洞底部原始堆积体总厚度达到67～121 m，如此超厚回填体在后期隧道运营时将产生较大的压缩沉降量，影响隧道运营。注浆加固技术作为处理回填体沉降的一个重要手段，其设计方案和施工技术研究不可或缺。

2 注浆加固设计

高山隧道巨型溶洞采用回填的方式进行处理，回填后的回填体厚度较大，加工洞砟在回填时采用抛填的方式进行回填，而且回填洞砟未经分层压实，容易产生沉降。为防止后期隧道运营时回填体出现沉降对上部结构物产生不利影响，需要对回填体上部加工洞砟进行注浆加固，来提高回填体整体稳定性，减小沉降。

2.1 设计依据

溶洞体量巨大，已探测到空间超过100万m3，填筑空间将近50万m3，按照30%孔隙率预算，回填体全部注浆的浆液量要达到15万m3，浆液量过大。根据分析[14]，回填体下部受上部回填体及其他荷载压实，较为密实，工后沉降以蠕变沉降为主，沉降量小，而上部回填体受荷载小，压实率低，存在较多孔隙，如若不处理，工后压密沉降较大，对隧道运营影响大；同时，运营后在列车动荷载扰动作用下上部回填体孔隙也会出现压密，同样造成较大工后沉降。因此，可以采用回填体上部注浆代替全部注浆，注浆范围为隧道主洞两侧沉降影响区，处在厅堂状廊道内。高山隧道巨型溶洞为多分支溶洞，仅厅堂状廊道填筑体积就达到35万m3。为保证注浆量和注浆效果，应将浆液控制在厅堂状廊道的一定平面范围内。为达到控制范围内注浆，还应采用措施，构筑周边浆液封堵区，防止浆液流失。

2.2 设计内容

根据设计资料，现将注浆区域设计为DIK53+645～+725段加工洞砟回填体上部20 m厚度(即标高730～750 m)范围，垂直于线路方向的注浆区域为隧道结构外侧21 m，不足21 m时至洞壁。注浆区域设计如图4所示。为了减少浆液流失，加快施工速度，在洞砟回填时施工2道止浆层来防止浆液扩散。回填至标高730 m时，用M10水泥砂浆施工1道50 cm厚水泥砂浆止浆层；回填至标高750 m时，在隧道中心线两侧各25 m范围内用C20混凝土施工1道40 cm厚钢筋混凝土止浆层。

注浆区域分为注浆中间区和周边加密区，注浆中间区注浆孔间距为3 m×3 m，注浆中间区周边3 m范围设计为注浆加密区，注浆孔间距为1.5 m×1.5 m。根据设计，注浆钻孔的直径为110 mm，注浆管采用直径为89 mm的钢花管。周边加密区注浆所用浆液采用水泥-水玻璃双液浆，其中水泥浆∶水玻璃(体积比)为1∶0.6，普通水泥浆的水灰质量比为0.6∶1～0.8∶1，水泥-水玻璃双液浆的凝胶时间约为5 min；注浆中间区注浆采用普通水泥单液浆，水泥浆的水灰质量比为0.6∶1～0.8∶1。注浆所应达到的具体技术要求应符合规范要求，即注浆后钻芯验证注浆合格率不小于90%。

(a) 深度范围

(b) 平面范围

3 注浆作用数值模拟分析

利用有限元分析软件MIDAS/GTS建立超厚回填体数值计算模型，分析回填洞砟上部有无注浆对工后沉降的影响，验证回填体上部注浆作用。

3.1 模型建立

选取线路里程DIK53+660～+710区段进行模拟，建立隧道-路基三维计算分析模型。其中路基部分模拟范围为隧道中心线两侧各50 m、隧道底板以下90 m，根据实际充填材料划分溶腔区域，建立溶洞填充模型。溶腔回填模型示意如图5所示。进一步建立隧道-路基三维有限元数值计算模型，如图6所示。以有无回填体上部注浆和工后静动荷载作用为变量，考察工程结束后隧道路面沉降量。

计算时将隧道施工期各构筑物建造及道砟铺设阶段以结构荷载形式施加于路基板表面，其中边墙荷载为190 kN/m2，边墙两侧洞砟回填荷载为102 kN/m2，隧道初期型钢支护荷载为100 kN/m2，隧道仰拱及二次衬砌混凝土荷载为105 kN/m2，仰拱上层碎石道砟荷载为16 kN/m2，每项荷载分阶段施加于路基板表面范围内，荷载施加范围符合实际构筑物建造所占面积，用于模拟路基上部隧道阶段施工。计算分析采用Mohr-Coulomb模型模拟各地层的本构关系，模型的顶部和横向两侧为自由边界条件；纵向两侧设置法向约束，限制模型的水平位移。因为岩体的刚度大，变形极小，所以假定底部为固定约束来限制其水平方向和垂直方向的位移，不计入底板以下的变形，研究对象为底板岩体以上的超厚填筑体(回填体和原始堆积体)的压缩变形。注浆和不注浆的沉降区间是整个填筑体的范围，只考虑上部20 m注浆范围内的注浆与不注浆造成的沉降差异。材料参数如表1所示。

图5 溶腔回填模型示意图

图6 三维计算分析模型

表1 材料参数

3.2 静载作用下工后沉降分析

如图6所示，在堆积体底部建立坐标系，特征点为级配碎石层顶面中心点，坐标为(0,30,95)。过此特征点沿隧道纵向和横向提取2个截面，横向提取长度为24 m(即路基板宽度)，纵向提取长度为60 m(即模型中路基板长度)，分别研究填筑体在施工荷载作用下沿横向或纵向的沉降差异变化。2种模型的沉降变形如图7所示。可以看出: 1)采用相同回填方式和施工步序，没有回填体上部注浆时，工后隧道路面沉降达到286 mm； 2)有回填体上部注浆时，工后隧道路面沉降为208 mm，回填体上部注浆作用下工后沉降减少了78 mm，效果明显; 3)注浆在充填碎石孔隙提高整体稳定性的基础上，也作为新增荷载，对下部回填体起到了堆载预压作用。

(a) 未注浆

(b) 注浆后

3.3 列车动载作用下工后沉降分析

模拟列车为和谐号CRH380AL型列车，轴重为150 kN，列车总长为403 m，车速为200 km/h，双向行驶。取1趟列车经过后，隧道路面沉降和列车动应力传递过程为考察对象。动荷载的大小取列车轴重的大小，动载施加是通过定点竖向加载的方式，参考《铁路荷载设计规范》，通过对线路上不同节点进行交替加载来模拟列车移动过程。计算时模型土体部分采用Mohr-Coulomb本构模型，路基其余部分则选用弹性本构模型，分析时只考虑材料的弹性模量、泊松比以及容重；在计算时模型四周选用黏弹性局部人工边界，底部使用固定边界，顶部设置为自由面。

轨下不同深度最大动位移曲线如图8所示。可以看出： 1)动荷载作用下节点下部最大竖向变形量随深度增大逐渐减小； 2)上部道砟层(0～0.8 m)竖向变形最为明显，该层顶部变形量达到约0.581 mm； 3)隧道结构层及钢筋混凝土路基板层(-0.8～5.7 m)表现为整体竖向变形，层间几乎无压缩； 4)掺5%水泥级配碎石层内最大竖向变形量继续随深度增加呈下降趋势，至洞砟注浆层底面(-30 m)处衰减为约0.015 mm。

图8 轨下不同深度最大动位移曲线

以时速200 km为例，列车动应力至路基板底面衰减近94%，至洞砟注浆层底面已趋近于0，列车动应力为σz。铁路断面右侧轨下位置监测点动应力沿深度方向变化的曲线如图9所示。可以看出： 1)动应力沿深度方向衰减很快，由于3 m厚钢筋混凝土路基板和20 m厚注浆层的隔振作用，列车运行时动荷载对于溶洞下部回填体几乎不会产生影响； 2)动荷载下超厚回填体沉降数值模拟分析表明，回填洞砟上部注浆设计方案是合理的，工后沉降满足设计要求。

图9 列车动应力沿深度方向变化曲线

4 注浆工艺性试验、调整优化及效果检测

4.1 注浆施工准备

注浆施工准备包括： 标高730 m止浆层施工-洞砟填筑-标高750 m止浆层施工。

为了减少浆液流失，加快施工速度，在洞砟回填时施工2道止浆层来约束浆液扩散。回填至标高730 m时用M10水泥砂浆施工1道50 cm厚水泥砂浆止浆层；回填至标高750 m时，隧道中线两侧各25 m范围内用C20混凝土施工1道40 cm厚钢筋混凝土止浆层。钢筋混凝土止浆层施工如图10所示。

图10 钢筋混凝土止浆层施工

4.2 注浆施工工艺过程

注浆施工时首先应对注浆区域进行放线，然后施工注浆孔。在施工回填体时采用抛填的方式进行回填，而且没有进行分层压实，这样会导致回填体在钻孔时容易产生塌孔、卡钻的现象，不容易成孔。为了保证顺利成孔，钻孔采用地质取芯机跟管施工，钻孔直径为110 mm，钻孔时要定期对钻机进行水平校正和垂直校正，要求钻孔过程中垂直度偏差小于1%，钻至孔底时要注意不要破坏底部止浆层。跟管钻孔达到设计标高后，插入注浆钢花管，然后通过钻孔台架上的手拉葫芦分节拔出钢套管，并做好孔口的保护。注浆孔施工完成后即可制备注浆浆液，注浆所用浆液为普通水泥单液浆，浆液水灰质量比为0.6∶1～0.8∶1。

注浆施工时的顺序设计为先周边、后中间，跳孔分序进行，先对注浆区域周边孔进行注浆，周边孔注浆完成后再对中间孔注浆。注浆前将注浆孔进行编号，并将单号注浆孔设为一序孔，双号注浆孔设为二序孔。一序孔达到设计的注浆量后即可完成注浆；二序孔达到设计的注浆压力后即可完成注浆，不受注浆量的约束。二序孔进行定压注浆，从而提高注浆加固密实度，注浆终压为0.5～1 MPa，注浆速度为10～100 L/min。

一序孔注浆量

Q=πR2h·n·α·(1+β)。

(1)

式中：R为浆液扩散半径,取1.5 m；h为注浆分段深度,m；n为地层空隙率，取0.3；α为地层浆液填充率,取90%；β为浆液损失率,取20%。

注浆深度为20 m，代入式(1)，可得单孔注浆量为45.8 m3，按照设计注浆平面估算，总注浆量约为7 700 m3。

在所有注浆孔都完成注浆且无漏浆现象,即可结束注浆工作。

4.3 注浆工艺性试验发现问题分析

注浆是提高回填体整体性、减少工后沉降的重要工艺，注浆质量优劣直接关系到工后沉降的发展，严格的工后沉降要求要有较高的注浆合格率。规范要求注浆结束后要对注浆效果进行检测，现场采用取芯法验证注浆效果，要求注浆钻孔结石率大于90%，并抽取注浆芯体加工成标准岩石试件，进行单轴抗压强度测试，试件强度等级不低于C20。为保证注浆可靠性，首先进行了注浆工艺性试验研究。

4.3.1 注浆工艺性试验中发现问题

在回填厚度为47 m的洞砟层上部20 m、隧道结构外侧21 m范围进行注浆，存在周边区域跑浆、不易形成止浆墙等问题，导致注浆工艺性试验发现了诸多问题，注浆钻孔结石率大于90%的合格点仅达到80.7%。通过取芯验证和基础承载力试验检测发现主要缺陷问题，各注浆缺陷频率如表2所示。

表2 各注浆缺陷频率表

由表2可以看出： 注浆工艺性试验中累计发现注浆缺陷60处，其中空洞缺陷46处，占总数的76.7%，是最主要的缺陷问题。为了进一步把握问题现状，找出问题症结，将注浆范围分为不同注浆区域，其中周边区域宽度为3 m，次周边区域宽度为6 m。注浆范围分区示意如图11所示。对注浆空洞缺陷按照不同区域边线的距离进行分区统计，结果如表3所示。可以看出： 周边区域注浆空洞缺陷发生41次，占总缺陷数的89.1%。

图11 注浆范围分区示意图

表3 注浆空洞分布位置统计表

4.3.2 注浆缺陷原因分析

由表3可以看出： 空洞主要出现在周边注浆区域，由此可以得出影响注浆合格率的主要缺陷为周边区域空洞。针对注浆施工过程深入分析，找出了造成周边孔注浆空洞的8条根本原因： 施工控制技术差、注浆泵额定压力小、未掺加缓凝型减水剂、水泥品种选择不合适、周边止浆墙成型差、注浆孔间距大、注浆管出浆孔间距大、单孔注浆结束标准不正确。通过逐一要因确认发现，周边止浆墙成型差是造成缺陷的最主要原因。周边止浆墙之所以成型差，是因为注浆区的开敞范围较大，隧道主洞左侧至洞壁存在较大距离，注浆液凝固不及时将会向外扩散，导致空洞出现，而隧道主洞右侧为主溶蚀通道开口区，跑浆量更大，更难形成封闭止浆墙。

4.4 注浆材料及注浆工艺优化调整

针对周边止浆墙成型差提出2条解决方案： 1)区域周边开挖浇筑混凝土止浆墙； 2)区域周边注浆形成止浆墙。因注浆深度较大，回填体均为洞砟回填，较小尺寸开挖难以实现，经分析讨论最终选择区域周边注浆形成止浆墙的方案，对注浆材料及注浆工艺进行调整，并制定了以下解决措施。

4.4.1 改进注浆浆液类型，加快浆液凝固，减少扩散

普通水泥单液浆凝固时间为50 min，较长的凝固时间意味着较大的扩散半径，加快浆液凝固速度，减少浆液扩散即可用较少的浆液更快更好地形成止浆墙。现将注浆材料由水泥单液浆优化为水泥-水玻璃双液浆，水玻璃可促使水泥早凝，避免沉淀、析水，保证浆液的和易性和可注性，这样可以加快浆液凝固速度，减少浆液流失。根据浆液配合比试验确定水泥浆∶水玻璃(体积比)为1∶0.6时，水泥-水玻璃双液浆后浆液初凝时间均在5 min以内，这样不仅使浆液的凝固时间缩短,而且水玻璃的用量也大大减少。

4.4.2 优化注浆工艺，多次注浆形成止浆墙

传统的钢花管注浆工艺在一次注浆后钢花管将被注浆浆液填满，不能进行二次注浆，若再次注浆则必须重新钻孔[15]。袖阀管注浆工艺通过孔内封闭泥浆、单向密封袖阀管、注浆芯管上的上下双向密封装置减小了不同注浆段之间的相互干扰，降低了注浆时冒浆、串浆的可能性，能较好地控制注浆范围和注浆压力，而且还可进行同一注浆段的重复注浆。

根据施工现场要求，周边加密区止浆墙注浆孔深20 m，单孔袖阀管注浆分3次进行。第1次注浆： 按照每注浆段50 m3浆液定量注入。第2次注浆： 每段注浆量达到50 m3或注浆机出口压力达到0.5 MPa停止注浆。第3次注浆： 注浆机出口压力达到1 MPa且注浆速度不大于10 L/min时说明周围密实，即可结束注浆。

4.4.3 优化注浆流程，多孔同时注浆减少浆液流失

由于回填体为加工回填洞砟，回填体内部孔隙较大，注浆所用时间过长将会导致浆液扩散流失过多，影响注浆效果。针对回填体孔隙大的问题，采用多孔同时注浆的方法，这样可以使浆液在短时间内充满孔隙，减少浆液扩散流失。

4.4.4 改进袖阀管出浆口布置，定向注浆

在回填体注浆加固时，止浆墙的作用是围住注浆区域，防止浆液向外扩散，所以止浆墙并不需要太厚，只需要将中间注浆孔的浆液约束在注浆范围内即可。传统的袖阀管出浆孔是朝向各个方向的，这样就会导致注浆时厚度方向的浆液过多，影响止浆墙的施工速度。

根据现场需要，将传统袖阀管进行改进，取消厚度方向出浆孔，只保留长度方向出浆孔，厚度方向只靠浆液扩散即可满足止浆墙需要，这样可以提高止浆墙形成的速度和质量，加快施工进度。

4.5 最终注浆效果检测评定

经过以上注浆工艺优化后，洞砟层上部20 m、隧道结构外侧21 m范围内注浆合格率大幅提升，注浆结束后采用地质雷达[16]结合取芯法同时进行检测验证。取芯孔数按不小于注浆孔数的5%进行钻孔检查。结合地质雷达数据分析及芯样浆液充填情况直观判断注浆效果。共检查注浆孔210点，钻孔结石率超过90%的注浆孔195点，合格率为92.9%，远大于80.7%。不合格的钻孔仍多发生在周边注浆区，对此进行了二次补浆处理，直至全部合格。通过抽检部分取芯的试件看，试件单轴抗压强度普遍高于25 MPa，基本达到C20强度要求。通过现场的注浆效果证明，采取上述注浆优化工艺方案是可行的。

5 超厚回填体沉降监测

高山隧道巨型溶洞超厚回填路基上部注浆施工完成后，随着时间的延长与后期施工的作用，常会出现路基的整体沉陷与局部沉陷，特别是填挖方接头处路基沉陷尤为突出。对于高山隧洞巨型溶洞，洞砟路基厚度为30～55 m，底部堆积体为37～66 m，工后沉降将十分明显。为保证溶洞处理后铁路运营正常，本项目在后期的施工过程中对回填体表层沉降进行在线监测，表层沉降值为隧道中线沉降、级配层上边线沉降和级配层下边线沉降的平均值。汇总2017年9月1日至2019年1月1日回填体表层累计沉降数值，结果如图12所示。

图12 回填体表层累计沉降曲线

将图12监测曲线分为2018年8月前(回填期)和2018年8月后(结构施作期)2部分，分别对2组数据进行曲线回归，结果如图13所示。回填体表层在2018年8月前(回填期)内受级配碎石层和回填体注浆加固的施工影响，沉降在缓慢增加，但是沉降速率在逐步下降；到了2018年8月后(结构施作期)，回填体表层沉降逐渐趋于稳定。自溶洞回填体级配碎石层完成后至2018年8月，回填期内平均沉降量为-211.68 mm；2018年9月隧道二次衬砌封顶后至2019年1月，结构施作期内隧道底板平均沉降量为-9.7 mm。通过回填体表层沉降趋势图并预算回填体最终沉降量小于250 mm，表明采用"洞砟回填+上部注浆"加固方式处理溶洞技术可行，沉降可控。

(a) 2018年8月前沉降趋势图

(b) 2018年8月后沉降趋势图

6 结论与体会

1)黔张常铁路高山隧道高位斜穿巨型溶洞，溶洞体积超过100万m3，综合比选后采用"回填洞砟+上部注浆"加固的溶洞处置方案。溶洞空腔回填深度最大约47 m，洞砟回填厚度大，且回填过程中无法压实，在经济合理的前提下，为了提高回填体整体性及控制回填沉降，回填至标高750 m时对回填体上部20 m、隧道结构外侧21 m范围进行注浆加固处理。

2)针对如何实现超厚回填体上部注浆加固问题，在理论分析的基础上进行了上部回填体注浆加固设计，周边加密区采用水泥-水玻璃双液浆，注浆中间区采用普通水泥单液浆，注浆时按照先周边、后中间，跳孔分序进行的顺序进行注浆，注浆时按照定量、定压相结合的原则进行注浆控制。通过数值模拟分析了注浆效果，分析表明注浆体一方面通过填充回填洞砟孔隙增加了上部荷载，起到了堆载压密效果；另一方面有效隔离了列车动载向下传递，防止回填体工后扰动沉降。

3)在注浆施工检测过程中发现注浆加固存在缺陷，针对注浆施工过程深入分析、排查发现周边止浆墙成型差是造成注浆缺陷的最主要原因。经讨论选择区域周边注浆形成止浆墙为主要解决方案，并通过改善水泥浆类型、优化注浆工艺和流程、改进袖阀管出浆口布置等措施实现了封闭范围内密实注浆加固，最后采用地质雷达结合取芯法同时进行检测，表明注浆效果良好。深厚回填体上部注浆施工完成后在回填体表层进行了沉降在线监测，监测结果表明采用"洞砟回填+上部注浆"加固方式处理溶洞技术可行，沉降可控。