岩溶区隧道跨越地下暗河处理方案研究

周勇狄 刘东 周绍文

摘要：文章以崇左至靖西高速公路布亮隧道为工程背景，介绍了隧道穿越地下暗河出现路面涌水的情况，在水文地质调查结果的基础上，从地质因素、施工处理不当两方面分析隧道路面涌水成因，提出了疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、桥梁跨越、增设泄水洞的处治方案，以期为今后类似工程的处治提供借鉴。

关键词：岩溶隧道;暗河;路面涌水;桥梁跨越;泄水洞

中图分类号：U451 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.035

文章编号：1673-4874（2019）07-0112-05

0引言

随着我国高速公路网不断向西部崇山峻岭延伸，越来越多的隧道需要穿越岩溶地区。在西南地区和中南地区岩溶的分布较为普遍，尤其在广西、贵州、云南、四川东部、湖北西部、广东北部等地区连成一片。在岩溶发育的区域，地下大部分有暗河存在，成为地下岩溶水汇集、排泄的主要通道。

崇靖高速公路布亮隧道左洞施工时，在ZK89+145～ZK89+166处揭露出岩溶地下河主管道，施工时进行了回填，但强降雨后岩溶地下水位升高，岩溶地下水涌出，淹没隧道路面以上达0.3m。本文结合布亮隧道岩溶地下水涌入路面情况，根据专项水文地质调查结果分析隧道路面水害成因，提出了疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、桥梁跨越、增设泄水洞的处治方案，以期为今后类似工程的处治提供借鉴。

1工程概况

布亮隧道位于广西天等县福新乡布亮屯南西侧约500 m，是崇左至靖西高速公路一座分离式长隧道，隧道走向290°～320°，隧道右线长1064m，左线长1091m。隧道穿越灰岩山体，左右线均为双单坡，左、右线纵坡均为1.9%。

隧址区属岩溶峰丛洼地地貌，地质构造形迹特征明显，以褶皱和断层为主，裸露岩溶发育，地表水系相对较小，冲沟、河谷深切，多呈“V”型峡谷。福新乡年平均降雨量为1627mm，地表水系发育较差，大部分地表水经岩溶通道（如消水洞、天窗）潜入地下;但地下水埋藏浅，地表地下的转换（潜流与明流的交替）十分频繁而普遍。岩溶地下河水系发育，多呈管道状发育，在洼地、谷地中呈明流，穿越山体段呈伏流，明流與伏流相互交替状态，成为当地水系集中排泄的方式。

2隧道路面涌水

岩溶地下河位于隧道内，里程桩号ZK89+145～ZK89+166段，2013-11-14凌晨3点左右开挖揭露，至12时完全揭露出来，如图1所示。

岩溶地下河位于地壳上升新构造运动发育并对岩溶发育影响很大的天等、大新、靖西等地区。其走向与隧道走向呈40～斜交，水面宽13～15m，长10～16m，水位埋深约0.8m，水深约24m，水清、无色无味。溶洞壁常年有滴水，下雨时有水流涌出，溶洞岩层较稳定。

施工过程中，首先对岩溶地下河进行回填处理，但其后出现了下沉，最大沉降量约50 cm，经过回填碾压、再沉降、再回填碾压的多次反复过程。强降雨过后，尚有水流上涌的现象，涌水超过路面最大约30 cm，洞内积水向布亮隧道进口外流。2014年10月，将暗河中的部分洞渣挖出后，当时水位埋深约4m，在下雨时，会出现上涨情况，上涨最大高度约0.5m。2015年8月3～5日，水位已涨至路面上，水深3～5cm，沿路面向布亮方向排泄，实测水位标高409.310 m。

3水文地质调查及路面涌水成因

为了详细查明布亮隧道岩溶地下河及周边水文地质单元的水文地质条件，评价岩溶地下河对高速公路的水害影响的可能性，提供岩溶地下河在布亮隧道处最高洪水位标高和瞬时最大流量（进入路面标高以上）等特征，从而为处理方案的设计提供依据，崇靖高速公路工程建设指挥部委托水文地质调查单位对布亮隧道开展专项水文地质调查工作。

3.1区域水文地质条件

3.1.1地下水补给

区域内地下水类型为基岩裂隙水和裸露型碳酸盐岩类裂隙溶洞水，其最主要的补给源自降水，其次为地表的河沟、溪流和水塘等的下渗，不同程度地补给岩溶水。

3.1.2地下水径流排泄特征

调查区北侧为碎屑岩中低山地貌，地下水主要以地表溪沟的形式，由北向南排泄。其他区域属峰丛洼地、谷地地貌，消水洞、天窗、明流、伏流、塌陷等发育。谷地主要以明流的形式排泄，经过山体时则转为伏流，明流与伏流交替转换。本区大量的地下水以明流的形式至竹东洼地进入地下，转为伏流，至布亮洼地集中流出。

3.1.3岩溶地下水动态特征

由于受到降雨的影响，区域地下水动态多为剧变型，呈现出了水位年变幅大、时空分布不均等特点。在降雨量较大时，尤其是持续的大雨、暴雨，雨水汇入低洼处，地下水位快速上升，流量迅速增大;强降雨过后，地下水位逐渐降低，水量消退，流量迅速减少。

3.2岩溶地下河特征

布亮隧道岩溶地下河属于典型的岩溶山区隐蔽于山体地下的地下河流，距离隧道内地下河揭露处南北西侧300 m、600 m的两处洼地为地下河水流的主要补给源。降雨通过消水洞、地下河天窗进入地下，直接补给地下河。经计算，两处洼地年降雨补给资源量达206.22万m/年，水资源较为丰富，故隧道地下河水水位、水量可在短时间内产生急剧变化。

经综合分析计算可知，布亮隧道地下河在天然条件下，最高洪水位标高为409.76m，涌入隧道底面（标高409.60 m）地下水涌水量<200 L/s;在现状下（即渣石坝未挖出回填洞渣）其最高洪水位为412.98m（相当于20年一遇最大降水时），涌入隧道路面标高409.80 m以上最大瞬时涌水量为2040 L/s。

3.3岩溶发育工程物探

为详细查明布亮隧道及隧道进出口洼地岩溶发育特征和分布规律，采用地质雷达法、天然电场法进行工程物探。根据场地的条件特点，左、右两隧道内采用地质雷达法;隧道进出口两端洼地采用天然电场法进行工程物探工作。其中，地质雷达法共布置三条剖面（沿隧道左洞、右洞布置。左洞因受地下河水上升及其淹没部分洞内路面的影响，因此左洞内断开分两条剖面进行布置），剖面长度累计2150 m;天然电场法在隧道进、出口山脚处共布置5条剖面，剖面长度累计1160 m。物探平面布置如下页图2所示。

结果表明，隧道内地下河及其附近岩溶强发育，少部分地段岩溶较发育，岩石破碎，其他部位岩石较完整。隧道外浅层岩溶普遍发育，局部地段岩溶强发育。

3.4隧道路面涌水成因

结合水文地质调查结果，隧道路面涌水可归为地质因素、施工处理不当两个方面。

（1）地质因素

布亮隧道处于岩溶峰丛洼地、谷地地貌区，裸露岩溶发育，洼地常发育有塌陷、落水洞或天窗等岩溶个体形态。在距暗河揭露处南北西侧300 m、600 m的两处洼地是地下河水流的主要补给源，降雨通过消水洞、地下河天窗进入地下，直接补给地下河。经计算，两处洼地年降雨补给资源量达206.22万m/年，水资源较为丰富，强降雨后隧道地下河水水位、水量可在短时间内快速上涨。

（2）施工处理不当

隧道穿越暗河时，应遵循“宜疏不宜堵”的原则，即使采用回填方法处理，也不得阻断过水通道。隧道开挖揭露地下河后，并没有开展详细的水文地质调查以查明地下水量大小、水流方向，而是草率地利用洞渣回填地下河岩溶空腔，洞渣经反复碾压后在暗河中形成一道拦水坝，阻隔地下河水通道。在强降雨后溶洞地下水位升高，岩溶地下水涌出，因拦水坝的作用导致隧道内地下河上游水位上涨，坝前雍水，进而造成岩溶地下水涌入隧道路面。

4处治方案

由前文分析可知，洞渣回填并经反复碾压，形成拦水坝，阻隔地下河水通道，造成坝前雍水，进而使地下水涌入隧道路面。岩溶地下河走向与隧道走向呈40°斜交，水面寬13～15m，长10～16m，路面以上洞体较高，溶洞底至隧道路面高差约25m。经综合分析，决定采取疏通暗河通道、疏通地下河暗流河段、桥梁跨越、增设泄水洞的处理方案。

4.1疏通暗河通道

2014年10月，在挖出部分回填洞渣后，地下河径流、排泄途径得到一定改善。因此，尽可能最大程度地清理出回填地下河的洞渣，是解决地下河水涌进隧道路面的有效措施之一。这不仅有助于地下河天然状态水动力流场的恢复，使地下水畅流至下游，还能降低隧道内地下河最大洪水水位标高。具体步骤如下：

（1）适当降低地下河道两侧路面（或岩面），约3～4m，利于挖机向深处掏挖填塞的渣石。

（2）采用挖机结合抓斗等综合措施，掏挖被回填的洞渣，掏空深度约10～12m。

（3）在掏挖岩溶地下河回填洞渣后，先用高压水流于水下向地下河上、下游冲刷回填的洞渣;再利用空气压缩机高压风管吹开深处未挖出的回填的洞渣，并反复吹，将细一些的颗粒吹起，顺水排走，同时洗通岩溶管道。

4.2疏通地下河暗流河段

主要疏通从竹东洼地的伏流入口至布亮洼地的地下河出口区段的岩洞和岩溶裂隙，形成水流顺畅通道。现场调查发现，伏流的入口、出口均属岩溶溶洞，开口较大，并向内延伸、发育。因此，通过拓宽狭窄裂隙，疏通岩溶通道，加大过水面积，加快排水，可实现竹东洼地的地表水和地下水迅速排至隧道下游;通过降低隧址区域的地下河水头，可最大程度地减少地下水涌入隧道洞内路面。

4.3桥梁跨越

岩溶地下河走向与隧道走向呈40°斜交，溶洞底至隧道路面高差约25m，岩溶地下河水深约24m，溶洞壁常年有滴水，下雨时有水流涌出。综合考虑决定采用桥梁跨越隧道内岩溶地下暗河的方案，桥梁立面图、平面图、剖面图分别如图3～5所示。

4.4增设泄水洞

为保证隧道结构和后期运营安全，在平行于主线隧道左洞左侧20 m附近增设泄水洞，以疏导隧道内地下暗河水流。布亮隧道岩溶地下暗河泄水洞方案如图6所示。泄水洞全长609 m，与左洞净距为20 m，坡度为1.00%，净空断面为5.0 m×4.5m。

泄水洞采用复合式衬砌，Ⅳ级围岩区段的初期支护由系统锚杆、喷射混凝土、钢筋网组成，二衬采用模筑混凝土;Ⅲ级围岩区段的初期支护则采用局部系统锚杆和钢筋网，喷射混凝土，二衬采用模筑混凝土。衬砌设计如图7、图8所示。

5结语

本文根据岩溶地下水涌入隧道路面情况以及专项水文地质调查结果，分析了隧道路面涌水原因，并采用疏通地下河通道、疏通地下河暗流河段、桥梁跨越、增设泄水洞的处治方案，以保证隧道穿越地下暗河及后期运营安全，其处治思路可为类似隧道地质灾害提供有益参考。