贵南高速铁路隧道岩溶处理技术研究

蒋 翊，张琴琴

(1.广西路桥集团勘察设计有限公司，广西 南宁 530200；2.中铁二院南宁勘察设计研究院，广西 南宁 530022)

0 引言

广西是我国岩溶最为发育的地区之一，而对岩溶的处理效果也影响着隧道的安全。针对隧道岩溶，许胜等[1]研究了沪昆高铁跨越朱砂堡隧道基底大型溶洞问题，并采用迂回平导改移部分暗河的处理措施；王唤龙[2-3]研究了云桂铁路-东风隧道的基底岩溶问题；刘敏捷等[4]研究了贵州某大跨隧道的岩溶管道问题；王继刚[5]研究了高铁穿越半填充大型溶洞的问题；张广泽等[6]研究了高速铁路隧道岩溶的防治技术；寇邦宁[7]对南玉铁路的岩溶塌方进行了研究处理。本文针对贵南高速铁路的典型岩溶问题，给出了具体的设计和施工处治案例，以供参考。

1 工程概况

贵南高速铁路德兴隧道属于单洞双线隧道，进口桩号为DK309+255，出口桩号为DK314+459，全长5 204 m，进口接路基工程，出口接桥梁工程。隧道内线路纵坡为人字形，进口至出口依次为：2 045 m的3.5‰上坡，2 300 m的22‰上坡，859 m的10.5‰下坡，最大埋深约为300 m。隧道位于连片峰丛洼地地貌区，洼地底部岩溶管道错综复杂。地质勘探显示洞身DK310+100～DK310+250段发育暗河及存在大型溶洞发育段，极有可能下穿Ⅴ类异常区，该段岩体极其破碎，岩溶强烈发育，不排除还存在其他未探明的岩溶管道、岩溶大厅。洞身穿越地层均为可溶岩地层，全隧共穿越1处断层破碎带。

2 岩溶处理一般原则及方法

2.1 隧道拱部/拱腰部位溶腔

溶腔经过水文地质判断，将来不可能有较大过水时，宜采用混凝土回填。根据溶腔发育高度及范围，为保证隧道结构安全，拱顶设置混凝土护拱结构(厚度≥2 m)；为防止溶腔局部掉块、坍塌，在护拱外侧设置缓冲垫层，缓冲垫层厚度根据溶腔高度确定，一般≥1 m。缓冲垫层为水泥+机制砂拌和料，水泥掺量为150 kg/m3。

2.2 隧道边墙溶腔

对于隧道边墙位置发育的溶腔，经过水文地质判断，将来不可能有较大过水时，原则上对溶腔采用混凝土回填。回填厚度为边墙轮廓线外3～5 m，根据溶腔发育规模等对隧道结构进行补强。

2.3 隧底溶腔

对于隧底无充填溶腔，当发育深度及宽度较小时(一般按深度<5 m)，采用C20混凝土进行回填；当发育深度较大时，根据具体规模在溶腔底部优先采用洞渣回填，在结构底部以下约5 m范围内采用混凝土回填，顶部采用梁板结构或路基填筑跨越方案跨过。

3 工程实例

3.1 隧道拱顶/拱腰部位岩溶处理

该隧道暗洞DK311+713～DK311+722段拱顶及拱腰存在一无填充型溶腔，与隧道洞身斜交，溶腔纵向发育长度约为9.3 m，溶腔发育高度约为12 m，其中7 m位于隧道洞身内，5 m位于隧道拱顶上方；溶腔横向发育宽度约为9 m，投影边界均位于隧道内部，岩溶水发育一般。拟对溶腔采用4 m厚的C25混凝土回填，兼作衬砌结构保护层，并在护拱外侧设置2 m厚缓冲垫层，防止溶腔局部掉块、坍塌破坏隧道结构，缓冲垫层为水泥浆+机制砂拌和料，水泥掺量150 kg/m3。为使岩溶排水通畅，进行溶腔处理时在缓冲垫层内部预埋市政波纹管作为排水通道。波纹管端口设置于缓冲垫层下0.5 m，另一端接入隧道侧沟，波纹管管口及管身采用土工布包裹，波纹管直径一般≥200 mm，间距≤3 m，如下页图1所示。

3.2 隧道边墙岩溶处理

该隧道边墙DK312+613～DK312+625位置的溶腔位于右线右侧，溶腔横向边界距离线路右线约为19 m，溶腔竖向边界位于拱顶上方约为17 m，纵向长度约为12 m，岩溶水发育情况一般。拟对该溶腔采用3 m厚的C25混凝土挡墙+2 m厚C25混凝土回填+2 m厚缓冲垫层补强，根据溶腔发育规模对隧道结构进行补强。具体如图2所示。

图1 隧道拱顶及拱腰岩溶处理方案示意图(cm)

图2 隧道拱部及边墙岩溶处理方案示意图(cm)

3.3 大型无填充型溶腔处理

德兴隧道DK310+130～DK310+210段下穿Ⅴ类异常区，岩体极其破碎，岩溶强烈发育，在施工图设计阶段对岩溶暗河段进行补充勘察，发现该处确实存在大型无填充型溶洞。据物探结果显示，线路DK310+170～DK310+195段下穿岩溶竖井，上跨暗河，线路标高约230 m，岩溶竖井钻探最深至标高139 m处，推测暗河标高约130～160 m，暗河管道断面尺寸一般为2 m×5 m，竖井内积水一般不会超过标高185 m，连续强降雨暗河排水不畅时，竖井内地下水上涨的可能性大。岩溶竖井上方有约75 m的漏空空间，竖井顶板厚0～20 m，有整体坍塌风险；隧顶上方有倒悬岩体凸出，溶洞围岩主要为中厚-厚层状灰岩，两组陡倾角节理较发育，围岩总体较完整且自然状态下较稳定，局部围岩较破碎，顶板及侧壁的石钟乳和较破碎岩块受震动可能形成巨块状落石，危岩落石对隧道施工及运营影响较大，风险极高。

针对该大型溶腔，在不改移线路的情况下对暗河河道进行改移，然后对洞壁、洞顶进行局部加固，采用C25混凝土对溶洞大厅分层进行回填，回填至拱部以上10 m(拱部以上10 m至倒悬体下方采用土石回填密实)，最后采用矿山法开挖、控制爆破和暗挖法通过该段。由于溶洞竖井回填措施需要，于线路DK310+195处设置3个导洞，全部于线路右侧溶洞侧壁出洞，回填处理溶洞。

(1)考虑到竖井溶洞顶部及侧壁存在掉块风险，为确保施工、结构及运营安全，须对洞壁、洞顶进行局部加固，对正线附近的洞壁、洞顶不稳定区域须采取喷锚网加固，并有针对性地采取一定的施工防护措施。为避免回填物堵塞竖井底部暗河，在回填之前对地下暗河河段进行改移处理，利用排水通道将暗河上游水引排至下游，排水通道与地下暗河呈大角度相交，在地下暗河枯水期期间施工排水通道，如图3所示。排水通道于正线线路右侧设置，连接至暗河上游，坡度为5‰，暗河改移通道与暗河贯通后，须对上游暗河进行封堵，将暗河水截排引流至排水通道，防止下游暗河水倒灌至溶洞竖井。封堵的施工步骤为：施工准备→测量放样→修筑周边引排水设施→修筑围堰→基坑开挖→基坑处理→基底处理→封堵墙施作。

图3 地下暗河改移示意图

(2)1#导洞为主导洞，在溶洞侧壁出洞处标高为271.8 m，长757 m，主要用于溶洞竖井3#导洞以上高程范围内的土石回填及溶洞内危岩落石处理，以及洞顶上方混凝土及土石回填。2#导洞于线路下方溶洞侧壁出洞，标高为195 m，长486.92 m。2#导洞于1#导洞右侧进行迂回设置，主要用于溶洞竖井井底至2#导洞底高程范围内的回填。该通道的主要功能为：预先进入竖井溶洞，测量竖井溶洞回填范围和推测排水通道与暗河接口位置，同时也便于对施工期间排水通道的暗河水位、水量及流速进行观察、监测，确保施工安全。3#导洞于线路下方溶洞侧壁出洞，标高为220 m，长308.81 m。3#导洞于1#导洞左侧迂回设置，主要用于溶洞竖井1#、2#导洞之间高程范围内的回填。

溶腔回填时采用空心钢管作为框架，既可以减少混凝土灌注量，也可以在钢管中加注水以减少大体积混凝土水化热，保证混凝土浇筑质量，还可以增加混凝土的整体性及刚度，减少收缩。初步处理方案如后页图4所示。

图4 德兴隧道正线附近溶腔处理方案设计示意图(m)

4 结语

岩溶是隧道常见疑难问题之一，由于其发育的复杂性、不均匀性和不稳定性，对其处理不当很容易引发严重的事故，隧道作为主要承重的结构，对岩溶处理的好坏显得至关重要。综上所述，可得出以下结论：

(1)重视物探和超前地质预报，在设计阶段应对隧道岩溶情况进行详尽摸索与探查，设计前期尽可能避开大型溶腔，施工期间应结合隧道周边环境对岩溶段落处理完善，不留后患。

(2)对拱顶及拱腰位置的溶腔，采用护拱+缓冲垫层处理，对隧道进行补强；对隧周溶腔，采用挡墙+护拱+垫层处理；对隧底大型溶腔，可采用导洞+改移暗河+回填或改移线位方法处理，有效跨越大型溶洞段。

(3)施工期间重视对岩溶水的处理，维持既有排泄通道，有暗河段要对其进行局部改移，避免破坏原有的岩溶水排水路径，竣工后加强对岩溶水防排水系统的巡查。