黔张常铁路高山隧道巨型溶洞处理技术研究

刘同江， 唐 钢， 王 军， 孙亚飞

(1. 中铁十四局集团有限公司, 山东 济南 250101； 2. 黔张常铁路有限责任公司, 湖南 长沙 410008； 3. 山东建筑大学土木工程学院, 山东 济南 250101； 4. 中铁十四局集团建筑工程有限公司, 山东 济南 250101)

0 引言

随着经济发展，对交通基础设施建设的需求不断增多，我国西南地区的高铁建设逐年稳步增加。西南地区山岭众多、岩溶地貌分布广泛，高铁隧道建设过程中，常遇到各种大小不一、形态各异的溶洞，其中，大型或巨型溶洞地质条件复杂且稳定性差给高铁隧道施工带来巨大考验，致使溶洞处理存在施工困难、成本高且风险大等一系列难题[1]。

在溶洞处理方面，云桂客专营盘山隧道巨型溶洞[2]采用C20大体积混凝土分段、分层回填处理，混凝土内预留2.2 m×1.8 m×6 m(纵×横×高)的空心柱；长昆客专朱砂堡2号隧道巨型溶洞[3]也采用了大体积混凝土分段、分层回填处理方案；宜万线龙麟宫隧道巨型溶洞[4]采用轨面以上溶腔放坡开挖形成路堑，轨面以下采用硬质岩渣回填后再注浆加固处理的方案；宜万铁路野三关隧道大型高压富水块石充填型溶洞[5]，采用释能降压解除溶腔突水突泥风险，然后采用注浆封堵溶洞溃口并加强初期支护和二次衬砌的方式通过溶洞；宜万铁路下村坝隧道大型半充填型溶洞[6]，采用“拱部回填砂浆稳定危岩+隧底桩基承台结构跨越溶洞+洞身加强型复合式衬砌结构”相结合的综合处理技术；田德铁路陇外隧道大型溶洞[7]采用分层振捣碾压回填方案；正在施工的成贵高铁玉京山隧道巨型溶洞采用桥跨+下部回填处理的方案；重庆奉节至巫溪高速公路羊桥坝隧道巨型溶洞采用改线躲避处理方案[8]；湖北恩利高速公路岩湾隧道特大型溶洞[9]采用洞石碴回填作施工通道，防护基础、连续组合桥梁跨越和上部钢筋混凝土拱形防护相结合的处治措施；湖南省永吉高速公路那丘隧道廊道厅堂式特大型溶洞[10]采用分阶段回填处理方案。

以上研究对巨型溶洞处理具有良好的借鉴意义，但对于隧道高位斜穿的巨型溶洞采用超厚回填处理的研究目前还比较少。本文针对黔张常铁路高山隧道巨型溶洞处治施工技术进行研究，经比选最终采用“超厚洞砟回填+上部注浆加固”的处理方案，该方案施工安全、成本经济，取得了良好工程效果。

1 工程概况

黔张常铁路高山隧道为Ⅰ级风险隧道，全长3 958.2 m，最大埋深约365 m。隧道通过地层主要为寒武系灰岩、灰岩夹白云岩、奥陶系中厚—厚层状灰岩夹页岩。隧道地处咸丰斜歪背斜的南东翼，总体表现为单斜构造。隧道进口为土落坪溶蚀洼地，出口附近发育林家坪F3断层；隧址区岩溶强烈发育，地表岩溶漏斗、落水洞呈串珠状分布，隧道纵断面如图1所示。2016年8月在平导PK53+678处揭示，巨型溶洞处在灰岩夹页岩地层中，溶洞上方近地表附近两侧各发育1条管道流，大气降雨多被其截走，仅有少量通过节理裂隙下渗。溶洞内部水的补给主要通过落水洞裂隙，深部径流通道为岩溶裂隙，整体表现为干溶洞。

图1 高山隧道纵断面

巨型溶洞由主溶洞、厅堂状廊道及1#支洞3部分构成，主溶洞伴生有2#支洞，如图2所示。

1)主溶洞： 长约450 m，宽7～45 m，高5～46 m。底部堆积体中间高、两端低，顺通道发育有3处陷坑，稳定性差，大范围坍塌不断。主通道南侧发育2#支洞，洞口顶高程约693 m，宽5～8 m，高3～8 m，近水平延伸长度约120 m，相对稳定。

2)厅堂状廊道： 廊道长124 m，宽32～63 m，高46～65 m，底部堆积体由1#支洞口向主溶洞呈13°下坡发展。靠正洞小里程侧洞壁危岩较多，溶洞顶部呈天然吊顶状，净空较大，宽达40 m，对施工及运营有极大安全隐患。

隧道正洞跨越厅堂状廊道及主溶洞，长度约71 m，与溶洞走向约呈42°夹角，隧道底板以上空腔高12～16 m，以下空腔深30～55 m，洞底塌落块石及堆积物厚37～66 m。溶洞发育规模巨大，岩溶处理、施工期防护难度大，施工风险高。

图2 巨型溶洞分布图

2 溶洞稳定性评价

溶洞揭示后，采用无人机探测、人工踏勘、钻探、三维激光扫描监测[11]和爆破振动监测等对溶洞稳定性进行了详细研究。

2.1 危岩体分布

经全面探测发现溶洞底部块石堆积，四壁危岩体众多，顶部岩体形成大平层，将溶洞分为稳定平顶区A1—A2和非稳定侧壁区B1—B7，如图3所示。其中，B1区侧壁岩体多呈直立状，顶部为不稳定坍落拱，如图4(a)所示；B2区存在数条纵向裂缝和众多横向裂缝，侧壁岩体拱形向上发展；B3区侧壁岩体垂直悬挂、垮落趋势大，如图4(b)所示；B4区侧壁岩体竖向与水平节理裂隙众多，竖向裂缝宽度大；B5区与B4区类似，但存在多块贴壁或悬挂式小型危岩，掉落风险大；B6区与B7区相似，存在多块突出悬挂危岩体，侧壁中部存在多数叠坐式危岩体。

(a) 三维扫描图 (b) 洞顶稳定性分区图

图3溶洞三维外形图

Fig. 3 Three dimensional profile of karst cave

(a) 直立式危岩 (b) 悬挂式危岩

图4侧壁危岩体照片

Fig. 4 Photos of dangerous rocks in sidewall

2.2 溶洞变形分析

利用三维激光扫描仪[12]3D色谱对比功能对溶洞扫描结果进行位移差值分析，形成色谱，如图5所示，红色表示溶洞岩壁向内位移。通过3个月内多次扫描分析可知，溶洞内部分岩体向洞内位移，施工支洞入口侧洞壁变形范围大，位移值高，形成红色面域；主洞2个入口处变形明显，个别位置位移量较大。经统计，3个月内溶洞顶部及侧壁位移超过30 mm的危岩体共22处，最大位移超过80 mm。

图5 溶洞内岩体表面位移(单位： m)

2.3 溶洞爆破扰动分析

溶洞揭示后，隧道主洞、平导绕洞和横通道继续爆破开挖，对溶洞产生爆破扰动。采用磁电式振动传感器和DH5922N爆破测振仪进行了岩体爆破振动监测，在溶洞侧壁选取4处岩体布设监测点，如图6所示，主要监测溶洞侧壁岩体表面质点振动速度[13]。

图6 溶洞爆破振动测点布设

Fig. 6 Layout of blasting vibration monitoring points in karst cave

监测表明，主洞爆破影响最大，爆破振动速度最大值反映在1#测点1-1和1-2传感器，其监测数据如表1所示。当主洞掘进掌子面距1#测点63 m时，爆破振动速度超过1 cm/s，溶洞内开始出现落石；爆破掘进面继续靠近，当1#测点爆破振动速度超过1.5 cm/s时，溶洞内落石范围扩大，落石数量增加且尺寸增大，落石和爆破振动相关分析如图7所示。

表11#测点受主洞爆破影响的振动监测数据

Table 1 Monitoring data of blasting vibration of main hole in No.1 monitoring points

测试日期爆心距R/m最大一段药量Q/kg振速v/(cm/s)1-1传感器1-2传感器2016-12-21120210.470.392016-12-22117190.460.392016-12-23114200.490.412016-12-24111180.460.432016-12-25108210.500.472016-12-26105180.490.482016-12-27102200.540.502016-12-2899170.520.522016-12-2996190.550.542016-12-3093210.610.602016-12-3190180.600.632017-01-0187190.640.672017-01-0284210.690.722017-01-0381200.770.742017-01-0478180.760.782017-01-0575210.830.872017-01-0672180.810.892017-01-0769190.890.952017-01-0866180.940.992017-01-0963210.991.072017-01-1060201.151.242017-01-1157211.281.392017-01-1254191.321.452017-01-1351201.491.642017-01-1448211.681.872017-01-1545201.712.042017-01-1642202.192.07

图7 落石和爆破振动速度相关分析

Fig. 7 Correlation analysis of rock fall and blasting vibration velocity

综上，巨型溶洞整体稳定性较差，特别是洞壁，危岩分布较多，溶洞抗扰动性差，落石风险大，处理方案需可靠性高并注重施工防护。

3 巨型溶洞处理方案研究

一系列稳定评价和钻探研究支持了巨型溶洞处理方案研究。根据岩溶发育规模、形态、工程水文地质特征及其与隧道空间关系，结合国内工程实例经验[14-15]，研究了局部调整线路的绕避方案及针对原线位溶洞的桥跨方案、回填方案，具体如下。

3.1 绕避方案

溶洞揭示时正洞施工902 m，剩余3 056.2 m；高山平导施工1 584 m，剩余1 078 m；高山隧道前后相邻工程除林家坪大桥尚未施工外，其余已基本完成。为降低工程风险，研究了线路纵坡调整和平面改线方案。

3.1.1 线路纵断面调整

根据溶洞与线路空间位置关系，隧道基本位于该溶洞顶部，隧道拱顶部分与溶洞顶板相切，部分顶板侵入隧道，为降低溶洞处高度，按照尽量不产生废弃工程的原则研究调坡方案。由于隧道内已采用足坡，只能将坡段长由730 m调为400 m,坡高-12‰，调整后溶洞处高程降低约1.78 m，隧道穿越溶洞长度没有变化，纵断面调整效果不明显。

3.1.2 线路平面调整

结合本隧道施工进度，基于绕避溶洞的程度、废弃工程量、未施工段地质情况等，拟定了2个改线方案，如图8所示。

图8 改线方案示意图

1)方案1： 线路左绕，不废弃已施工工程。 该方案完全利用正洞已施工段，不废弃正洞工程，局部改线后未完全绕避溶洞，仅将正线跨越溶洞跨度缩小至40 m左右(原跨度71 m)。改线后废弃平导218 m，使正洞加长9.8 m。

2)方案2： 线路左绕，废弃正洞已实施工程。该方案完全绕避了溶洞大范围发育空腔区，但完全废弃已实施正洞工程902 m，代价重大。平面改线不能绕过线路左侧的山间溶蚀洼地，工程潜在风险大，且区间使用2处曲线过渡，线路标准有所降低。

3.2 回填方案

对隧道下部空溶洞进行回填处理，不仅能为隧道结构提供基础，同时能够反压溶洞侧壁。根据填筑材料不同共研究了洞砟回填+上部注浆、级配碎石回填+下部注浆、级配碎石+混凝土板+下部注浆、大体积空心混凝土回填+下部注浆4个方案。

3.2.1 洞砟回填+上部注浆方案

从施工支洞进入溶洞，在溶洞底部回填洞砟至730 m高程(施工支洞口地面高程)，然后施作50 cm厚钢筋混凝土止浆板，继续回填洞砟至750 m高程并对洞砟回填体上部20 m范围内进行注浆加固处理。洞砟回填体上部采用掺5%水泥级配碎石回填，回填厚度5 m，再在上面设置3 m厚钢筋混凝土路基板至主洞底板758 m高程，如图9所示。根据溶洞的发育特征及其与隧道的空间关系，线路左侧厅堂状廊道全部回填，线路右侧主溶蚀裂隙通道按1∶1.5放坡回填，并确保底部消水洞不被掩埋。

图9 洞砟回填+上部注浆方案纵断面示意图

Fig. 9 Longitudinal cross-section of ballast backfill+upper grouting scheme

3.2.2 级配碎石回填+下部注浆方案

从施工支洞进入溶洞，分层填筑掺5%水泥的级配碎石至溶洞730 m高程下2 m处，然后采用φ76 mm×5 mm袖阀管进行底部注浆加固，注浆深度55～65 m。完成基底处理后，沿730 m高程设置2.0 m厚钢筋混凝土板，板上分层填筑掺5%水泥的级配碎石，填筑至主洞底板以下3 m，边坡坡率1∶1.5，分级高度10 m，边坡平台宽2.0 m，边坡以外采用洞砟回填，如图10所示。

3.2.3 级配碎石+混凝土板回填+下部注浆方案

从施工支洞进入溶洞，完成基底处理后，沿溶洞730 m高程设2.0 m厚C30钢筋混凝土板，由此向上至755 m高程(隧道底板)每隔8～10 m设1道2.0 m厚C30钢筋混凝土板，钢筋混凝土板之间填筑掺5%水泥的级配碎石，隧道底板为3.0 m厚钢筋混凝土板，如图11所示。隧道中线左右12 m宽度范围以外设边坡，边坡坡率1∶1.5，分级高度10 m，边坡平台宽2.0 m，边坡以外采用洞砟回填。

图10 级配碎石回填溶洞空腔纵断面示意图

Fig. 10 Longitudinal cross-section of cavity filled with graded crushed stone

图11 级配碎石+混凝土板回填处理纵断面示意图

Fig. 11 Longitudinal cross-section of graded crushed stone and concrete slab backfill treatment

3.2.4 大体积空心混凝土回填+下部注浆方案

从施工支洞进入溶洞，完成基底处理后，沿溶洞730 m高程设3.0 m厚型钢骨架混凝土板。板采用C20混凝土，骨架采用工18型钢，沿线路方向布置，横向间距0.5 m;其上采用φ22 mm钢筋网片，网格间距20 cm×20 cm。

采用C20混凝土浇筑大体积基础；基础回填横截面采用梯形，外轮廓采用高5 m、宽1 m的台阶；为减少大体积混凝土浇筑水化热，在混凝土内部预留2.2 m×1.8 m×6 m(长×宽×高)的空心柱，空心柱横、纵中心间距均为5 m；每层空心柱间设1层2 m厚的混凝土隔板。基础沿线路纵向每隔10 m留1道变形缝，如图12所示。大体积混凝土基础回填后，在周边溶洞采用洞砟分层回填。

图12 大体积混凝土回填溶洞纵断面示意图

Fig. 12 Longitudinal cross-section of large volume concrete backfill cave

3.3 桥跨方案

采用桥跨可以减少基底处理，总工程量相对较少。共提出框架桥、简支梁桥、T性刚构桥和拱桥4种桥跨方案。为防止运营期间洞壁及洞顶溶蚀导致的小型块石掉落危及运营安全，所有桥跨方案的桥面上均需设置防护结构，防护结构采用Ⅰ40a柔性钢架防护，设置于梁面两侧，钢架每3 m设置1处，纵向钢架之间加设钢管梁，钢架外包厚度5 mm的钢板。

3.3.1 钢筋混凝土框架方案

溶洞空腔内采用钢筋混凝土连续框架结构，框架柱纵向间距10.5 m，横向10.86 m，矩形截面柱尺寸2.5 m×2.0 m，柱高39～50 m，高度方向柱间每12.3 m左右设置纵、横向系梁，柱顶设2.5 m厚的钢筋混凝土梁板作为轨道基础板，其上设置桥面防护结构。

3.3.2 简支梁方案

采用1跨24 m+1跨32 m+1跨24 m三跨简支梁方案跨越溶洞，简支梁采用预制架设，按常规简支梁结构设计，桥台置于隧道内。

3.3.3 单T刚构桥方案

采用两跨43 m单T刚构桥，桥梁全长90.2 m，两侧桥台均位于隧道中，1号墩墩身高度38 m，采用空心墩，墩底实体段9.0 m，拟采用挂篮悬臂方法施工。

3.3.4 上承式空腹拱桥方案

采用一跨上承式空腹拱桥跨越溶洞，跨度74 m，矢高14.8 m，拱桥矢跨比1∶5，桥梁全长80 m。拱脚施工时需对溶洞两侧进行爆破开挖，拱底距离溶洞底25～55 m，施工时需搭设平均40 m高的支架，高支架施工风险较大。

3.4 方案比选分析

对高山隧道巨型溶洞提出线路调整、回填和桥跨3类共11个研究方案。3类方案优缺点对比如下：

1)线路调坡对改善溶洞处理施工作用不大，平面改线方案在工程废弃量、改线后的线位工程地质条件等方面均存在较大风险，可行性较差，经研究确定维持原线位处理方案。

2)由于隧道高位穿越巨型溶洞，洞内堆积体厚度大，给桥梁桩基施工和高支架搭设造成很大困难，施工质量难以保证；溶洞周壁存在多处不稳定区域，桥梁墩身抗冲击能力弱，难以应对来自洞顶及周壁不可预见的落石冲击，威胁运营安全；桥跨方案成本较高，且施工工期较长。基于以上考虑，经研究决定，桥跨方案不予采用。

3)回填方案能为隧道结构提供较为稳定的基础，同时能够利用回填体反压溶洞侧壁，减小溶洞空间，降低运营期溶洞溶蚀坍塌对隧道的影响。回填对溶洞的次生影响小，施工工艺简单，施工成本低，施工人员少，利于施工安全防护管理。回填之后，可利用回填平台对溶洞内洞顶及洞壁进行必要的防护，通过加强上部明洞隧道结构，能够保证高铁运营安全。因此，重点对比4种回填方案优缺点，如表2所示。

表2 回填方案优缺点对比

通过技术和经济比较，最终采用洞砟回填+上部注浆方案。针对该方案缺点，制定了超厚回填体沉降监测和明洞隧道健康监测2类监控措施，前者包括回填体表层监测、回填体及底部堆积体分层监测、水平位移监测、钢筋混凝土路基板下脱空监测和路基板内力监测；后者包括溶洞顶板压力监测、顶板锚杆锚固力监测、明洞初期支护钢架应力监测、明洞衬砌钢筋应力和混凝土应变监测，全面监控工后运营安全。为预防工后沉降，进行了溶洞底部洞砟分层碾压回填、钢筋混凝土路基板上堆载预压、路基板预留沉降注浆孔、路基板预留自调整沉降技术和明洞结构预留净空等多项预控措施，保障工后沉降满足使用要求。

4 溶洞处理施工过程

考虑到溶洞发育规模巨大，勘察、处理周期长，确定预处理方案为： 平导绕行继续施工，设置通向溶洞底部的施工支洞，并且针对溶洞“洞砟回填+上部注浆加固”的处治方案制定详细的施工组织方法，确保溶洞处理过程顺利。

4.1 预处理措施

4.1.1 平导绕行

平导揭示溶洞后，为保证工程进度，采用平导绕行施工，绕行段中线与线路左线的间距为85 m，绕行范围438 m。

4.1.2 设置施工支洞及施工横通道

为便于溶洞内补充勘察、探测和后期施工，设置1座长295 m的施工支洞连接平导(高程758 m)至溶洞底面(高程730 m)，施工支洞综合坡度9.5%，采用双车道断面。另外增加1#、2#、3#施工横通道辅助正洞施工，如图13所示。

图13 施工平面布置图

4.2 回填处理

溶洞空腔回填之前先破解底部大孤石，并在底部埋设了2路排水管，分别导入主溶蚀裂隙两侧支洞，所有消水洞附近均设透水性良好的碎石层，确保排水通畅。溶洞730 m高程以下部分采用洞砟回填，由自卸汽车装载经施工支洞运入溶洞，如图14(a)所示。回填料摊平、振动碾压，回填至730 m高程后施作钢筋混凝土止浆平台。在此期间，针对风险级别高的危岩体先行打锚杆挂网加固，所有施工均采用临时安全防护措施。然后，继续使用施工支洞回填2～3 m厚洞砟，再改由隧道主洞大小里程洞口和平导口抛填洞砟，如图14(b)所示。每抛填5～8 m厚洞砟量，设备进入溶洞摊平碾压1次，如图14(c)所示。回填至750 m高程后改为掺5%水泥级配碎石并回填5 m。掺5%水泥级配碎石层采用振动碾压施工如图14(d)所示，每层回填30 cm，压实系数不小于0.97，实测压实系数为0.978～0.996，满足施工及质量要求。底部空腔回填完成后，进行洞壁洞顶全面防护。

(a) 施工支洞回填

(b) 主洞口抛填

(c) 回填料摊平

(d) 掺5%级配碎石层碾压

4.3 溶洞顶板与侧壁安全防护施工

溶洞安全防护分为临时防护和全面防护。临时防护采用可移动型钢棚架，服务于短时间、小范围在溶洞内施工的人员；全面防护即永久防护，采用锚杆和钢筋网，要在溶洞内大范围施工前完成，局部危岩体防护提前进行。

4.3.1 喷锚网防护方案

采用锚网索对正洞中心线两侧各20 m(对应正洞里程DIK53+634～+721)、758 m高程以上范围的洞顶及洞壁进行永久防护。侧壁防护采用φ22 mm砂浆锚杆+喷层+钢筋网片+局部主动防护网；洞顶防护采用涨壳式预应力中空注浆锚杆+喷层+主动防护网+钢筋网片，支护参数如表3所示。

表3 永久支护参数表

在溶洞回填至750 m高程时，根据设备作业高度及支护范围,利用洞砟填筑喷锚网支护作业平台、多臂钻、湿喷喷射手、曲臂式自行式高空作业平台，以“先洞壁后洞顶，先两侧后中间”的原则进行喷锚网防护。

4.3.2 喷锚网防护施工

1)洞壁防护施工如图15(a)所示。完成喷锚网施工作业后，进行洞壁稳定性监测分析，确定不稳定区域并做好标识。在洞壁稳定区域自上而下进行锚杆施作，同时空出危险区域暂不施作。先在稳定区域铺设钢筋网片，然后在危险区域利用周边锚杆挂设主动防护网，主动防护网张紧后由周边向中心加密锚杆。最后，喷射混凝土达到设计厚度。

2)洞顶防护施工如图15(b)、15(c)所示。洞顶防护以顺线路方向自两侧向中间方式进行施工，首先施工涨壳式锚杆，施工流程为：①钻孔成形并彻底清孔(为了使钻孔直、钻径精确，使用十字钻头钻孔)；②将安装有涨壳锚头的杆体插入孔的底部；③用专用工具用力预紧杆体，使涨壳锚头在锚孔中充分涨开，施加力量直到扭不动为止；④注浆，施加预应力后及时注浆，最后铺设钢筋网并喷射混凝土至设计厚度。

(a) 洞壁加固

(b) 洞顶加固

(c) 洞顶防护效果

4.4 回填体注浆加固施工

由于洞砟回填厚度大，实际填筑压实度难以达到规范要求，为避免工后沉降过大或不均匀沉降对上部隧道结构物产生不利影响，对回填体上部进行注浆加固，以提高整体性。

DIK53+645～+725段注浆范围为回填洞砟上部20 m(即730～750 m高程)，横向为隧道外边墙外10 m以内。注浆孔钻孔直径110 mm，孔间距3 m×3 m。考虑到回填体松散且粒径不均匀，钻孔成孔困难，为避免塌孔、卡钻，同时为保证注浆效果，采用分段前进式注浆方法，分段长度为4 m。为控制注浆扩散范围，回填体周边4 m范围内采用普通水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为0.6∶1～0.8∶1，水泥、水玻璃体积比为1∶0.3～1∶0.4，凝胶时间30 s～1 min；中部孔位采用普通水泥单液浆，浆液水灰比为0.6∶1～0.8∶1。注浆顺序为先外排、后中间，跳孔分序进行，注浆施工过程如图16所示。现场注浆前应完成注浆试验，以确定合适的注浆参数及浆液配合比。采用地质雷达及取芯法验证注浆效果，要求不得存在注浆盲区或不饱满区域，取芯孔数不小于注浆孔数的5%，钻孔结石率不低于90%。

(a) 注浆加固设备

(b) 注浆加固现场布置

4.5 混凝土路基板与大边墙施工

注浆加固后进行回填体表层、分层及水平位移等沉降监测传感器安装，与早期监控传感器并网形成沉降实时在线监控系统。然后，在隧道主洞中心线左右12 m范围内施工3 m厚C35钢筋混凝土路基板，板内设4层φ25 mm钢筋网片，网格间距20 cm×20 cm，设φ16 mm架立筋，从隧道主洞穿越溶洞段的中段位置向2个主洞口方向分段浇筑底板，如图17(a)所示，预留溶洞边缘处接口不浇筑。此后，在路基板两侧施工C20素混凝土大边墙，边墙横截面直角边梯形，边墙底宽4 m，线路外侧坡度为1∶0.15，底部嵌入底板凹槽内，顶部预留5 cm缝隙先不接触顶板，为降低不均匀沉降，左右两侧向施工分段浇筑，如图17(b)和17(c)所示。

(a) 钢筋混凝土底板分段浇筑

(b) 混凝土大边墙施工

(c) 大边墙施工完成

4.6 隧道明洞结构施工

在大边墙内侧设隧道明洞结构，初期支护采用C25网喷混凝土和16a工字钢拱架；二次衬砌支护采用80 cm厚C35钢筋混凝土，隧道断面预留净空500 mm，预防溶洞回填体工后沉降导致的结构侵限，支护断面如图18所示。隧道结构施工前，先在大边墙内侧预埋3 m厚普通洞砟，在洞砟上方布置5排钢管柱，柱顶架设千斤顶，千斤顶支撑在溶洞顶板上，启动千斤顶，对路基板下超厚回填体进行控制性预压，预压荷载达到隧道明洞结构自重1.5倍，超过隧道运营期全部荷载。因千斤顶不具备作动器功能无法模拟列车通过时的扰动作用。隧道仰拱和二次衬砌施工如图19所示。

图18 溶洞内隧道断面设计(单位： cm)

(a) 仰拱施工

(b) 二次衬砌施工

目前，高山隧道巨型溶洞施工处理已全部完成，等待顺利铺轨。沉降在线监测结果表明，掺5%水泥级配碎石层完工至今20个月，回填体表层沉降总量249.15 mm。目前沉降趋于稳定，经沉降曲线回归预测，黔张常铁路运营期100年内巨型溶洞段隧道地面沉降低于450 mm，比隧道预留净空小，溶洞处理方案安全、可靠，处理总成本不超过0.6亿元，经济且技术合理。

5 结论与讨论

1)根据高山隧道巨型岩溶发育规模、形态、工程水文特征和地质特征及其与隧道空间关系，兼顾施工难易与经济成本，共提出线路绕避调整类、回填处理类和桥跨处理类相关11个处理方案。绕避方案废弃工程量大，不能避开大面积溶蚀洼地；桥跨方案施工难度大，桥墩抵御落石冲击能力差；回填方案可以利用废弃洞砟，回填料反压溶洞，施工简单、成本经济，最终确定“回填洞砟+上部注浆加固”处理方案。

2)从施工安全和控制沉降角度出发，严密实施了溶洞分阶段回填、洞壁洞顶安全防护、回填体注浆加固、钢筋混凝土路基板施工、板上大边墙施工和隧洞明洞结构施工等一系列关键工法；施工过程中交叉进行振动碾压、堆载控制预压、注浆减沉及预留净空多种预防工后沉降的措施，并对回填体建立了详细全面的沉降在线监控系统，保证了溶洞处理施工顺利进行。

3)高山隧道巨型溶洞隧道建设工程从探测、设计到施工都可为国内外同类隧道提供参考。在高位穿越条件下，首次采用超厚洞砟回填+上部注浆加固方案，极大降低了施工成本；同时采用洞口高位抛填降低了施工风险；在沉降控制方面采用了多种技术措施。同时，也需要长期跟踪观测，以形成一套技术合理、经济最优且广泛适用的巨型溶洞处理技术。