北涯隧道岩溶工程病害分析及施工整治对策

2012-02-15严妙珍

铁道勘察 2012年2期

严妙珍

(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都 610031)

1 概况

该隧道区属于可溶岩峰林谷地地貌。进口端接龙江一级阶地，阶地面平坦开阔，土层较厚;出口端接北涯龙江大桥跨龙江而过，江底高程174.0 m左右。隧道穿过孤立山体，龙江对山体形成半包围状，山体植被差，覆土薄，基岩大片裸露，岩层为二叠系下统栖霞组(P1q)灰岩，岩层产状较为平缓，近于水平。

隧道路肩高程为204 m左右，最大埋深220 m。洞身段地表岩溶漏斗、竖井非常发育。隧道长870 m，设计Ⅱ级复合衬砌段长328 m，Ⅲ级复合衬砌段长417 m，其余为Ⅳ级复合衬砌。

2 岩溶发育情况及临时处理措施

隧道施工过程中共遇五处大型溶洞，影响隧道长度达303 m，约占总长的35%，是一处典型的重大病害工程。

2.1 一号溶洞

一号溶洞范围为DK167+625～+647，属于岩溶大厅形状，近长方形。线路左侧距边缘8 m，右侧距溶洞边缘25 m，隧道左右边墙均位于溶洞内，拱顶略高于溶洞顶。洞顶及周边岩层较为完整，岩层近于水平;洞底为黏土夹块石层，最厚达20 m。

溶洞段开挖过程中未遇地下水，靠柳州端的低洼处浅沟有排水痕迹，水流总体由线路右侧流向线路左侧。溶洞壁见洪水淤积后留下的痕迹，测得其高程为198～202 m，低于隧道轨面。

2.2 二号溶洞

二号溶洞范围为DK167+508～DK167+520。开挖揭示本段洞身有溶洞，形态不规则，洞顶基本与隧道拱顶齐平。开挖时洞顶上方的小溶洞口在雨后有较大水流进入隧道，平时无水。本范围内岩体较为破碎，细小溶洞发育，围岩为Ⅳ级。

从入口可进入线路右侧下方的空溶洞大厅，厅内形态不规则，最远处距洞口约10 m，洞顶石钟乳及底部的石笋均较发育。洞内上方不断滴水，局部为线状水流，底部为块石。洞内最高空间达12 m，底部有排水通道，其排泄方向远离线路。

本段测量资料显示，右侧溶洞对线路影响不大，但现场测绘时发现溶洞内有隧道开挖石碴在隧道底部受力挤压后在溶洞内挤出，说明隧道基底有小型溶蚀通道与右侧岩溶大厅相通。

2.3 三号溶洞

三号溶洞大厅在隧道限界内的范围为DK167+471～DK167+488。该范围内溶洞顶高于隧道拱顶，右侧边缘距中线仅10 m，左侧延伸至距中线约47 m后无法再测量，属于消水口。溶洞在线路右侧与隧道并行延伸，延伸段溶洞宽度约7 m，延伸段溶洞中心线离隧道中线5～12 m，洞顶高于隧道拱顶，洞底充填物高于隧底，局部充填物延伸至隧道底部。

本段溶洞平面上呈近直角形。在DK167+416～DK167+472段溶洞通道与线路并行，两者之间岩壁比较薄，有的地方溶洞充填物延至隧道基础底下。DK167+472～DK167+488段溶洞通道延伸方向与线路近于垂直，溶洞底部右高左低，原洞内水流由线路右侧向线路左侧排走，线路左侧洞内有洪水淤积痕迹，说明原洞内左侧排水口不够通畅。

2.4 四号溶洞

四号溶洞大厅发育范围为DK167+310～DK167+385。该溶洞对线路影响范围大，在线路右侧横向延伸最长，左侧延伸至距中线25 m处时无法再测量，右侧则延伸至距中线220处还未结束(测量无法再进行)。溶洞范围内左右边墙均有部分悬空。

2.5 五号溶洞

五号溶洞大厅发育范围为DK167+175～DK167+265。由于该溶洞堆积层顶面高程较隧道拱顶高，充填物为硬塑—软塑状的黏土，沿线路延伸最长，且隧道底部也是充填物，因而对施工的影响最大。总体溶洞延伸方向与线路交角约60°，右侧边界距中线约55 m，左侧边界距中线约100 m。

整个隧道断面均为溶洞充填的软塑—硬塑状红黏土。

3 岩溶特征分析

3.1 环境特征

本区山体具备岩溶强烈发育的条件。首先，二叠系下统栖霞组(P1q)灰岩质纯、层厚、粒粗，岩溶发育强烈，洞体规模大。其次，本段岩层产状为水平或缓倾，地下水以水平运动为主，岩溶形态主要是水平溶洞。最后，龙江在山体附近流过，其下切或堆积的过程控制了岩溶的发展，对山体岩溶的形态及规模影响极大。

最初本地区经历了一个长时间的地壳抬升、龙江长时间下切的过程(下切深度达高程162 m以下，与岩溶最低发育高程相对应)。山体周围的岩层受到充分溶蚀，峰林谷地地貌初步形成，同时在山体内形成强烈发育的溶蚀空洞，之后又经历了一个较长时间的地壳下降、龙江水位抬升的过程(抬升高程在195 m附近，与本地区侵蚀谷地内堆积土层地表高程相对应)，在谷地内形成厚达15 m的堆积土层。同时，山体内岩溶水排泄通道受阻，也处于堆积时期。由于各溶洞来水所携带的物质差异及排泄通畅程度差别，造成其充填物性质及高程不一致。三号溶洞DK167+472～DK167+488段下部充填淤泥质黏土，上部充填软塑状黏土，中线处充填物高程达210 m;三号溶洞DK167+390～DK167+440段及四号溶洞DK167+350～DK167+380段充填物为粉砂、淤泥质黏土及软塑状黏土，中线处充填物高程达205 m;四号溶洞DK167+310～DK167+340段充填软塑状黏土，中线处充填物高程达204 m;五号溶洞DK167+175～DK167+265段充填物为淤泥质黏土及软塑状黏土，中线处充填物高程最高达220 m。

近阶段，本地区又正经历地壳抬升、龙江改道后水位强烈下切的过程中(江底高程在174 m附近)。江底已重新下切至灰岩层内，河谷狭窄，原已堆积的宽阔谷地形成基座阶地。龙江附近的阶地土层受其下新发育的溶蚀管道影响强烈发育了土洞，土洞进一步发展造成岩溶塌陷，形成了江边一系列的岩溶塌陷碟形凹地。

3.2 形态特征

从开挖过程中的地质调查资料及测量资料分析，本隧道岩溶呈NE-SW向发育，总体岩溶水由线路右侧排向线路左侧，溶洞底板也大致呈右高左低的趋势。一号及二号溶洞较新形成且处于发展过程中，溶洞规模相对较小，各自地下水径排系统相对独立。三号、四号及五号溶洞较老，形成的溶洞规模均比较大，推测这三个溶洞实际上是联通的，并且其溶蚀过程及堆积过程均比较一致。

因洞内充填物有粉砂层，且砂层容易流失，长期受潜蚀后基底土层稳定性将受影响。