渝怀铁路涪秀二线隧道岩溶治理措施与工程实例

姜 波

(中铁二院重庆公司，重庆 400015)

1 工程概况

渝怀铁路是一条四川、重庆与湖南、江西、福建等华东地区客货交流的主通道。根据我国中长期铁路网规划，其在铁路网中的功能定位为一条以货运为主兼顾客运的大能力区际干线铁路。渝怀铁路涪秀二段沿线穿越了乌江峡谷区、武陵山谷地区、溶蚀丘陵、溶蚀槽谷区，经过重庆市的涪陵区、武隆区、彭水区、黔江区、酉阳县、秀山县4区2县，线路长308.06 km。主要技术标准：Ⅰ级铁路、速度目标值120 km/h。

本线地形、地质条件复杂，桥隧比例高，施工安全风险高；全线隧道81座，共计199.737 km，占线路长度比重为64.8%，其中3～10 km的长隧道22座，10 km以上特长隧道1座。全线主要不良地质为岩溶，可溶岩岩性主要为灰岩和白云岩，其中隧道56座，共计123.35 km穿越可溶岩地层，根据2017年12月底施工统计(隧道总长累计完成约55%)，全线隧道开挖共揭示溶洞215处，因此本线主要技术难题为岩溶处理。

2 岩溶隧道分类及治理措施

岩溶是可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生的各种地质作用、形态和现象的总称，岩石成分、成层条件、地质构造和组织结构等直接影响岩溶的发育程度和速度[1]。

2.1 岩溶隧道分类

1)根据溶蚀洞穴的发育规模，可将溶洞分为“小型溶洞”和“大型溶洞”两类；

2)根据溶洞填充物特征，可将溶洞分为“充填性”、“半充填性”和“无充填性”三类[2]；

3)根据溶洞赋水状态，可将溶洞分为“岩溶裂隙水”和“岩溶管道水”两类。

岩溶裂隙水指溶洞水主要为裂隙水，水量小；岩溶管道水指隧道穿越溶洞过水通道，水量大，若堵塞则会产生水压，对隧道结构造成破坏。

2.2 岩溶隧道治理措施

岩溶隧道治理应根据溶洞规模、充填情况、赋水状态及其与隧道的相互关系，一般采取如下表1的处理措施。

表1 隧道岩溶治理措施表

3 岩溶隧道治理工程实例

为了确保施工及运营安全，隧道揭示的溶洞应进行有针对性的处理，溶洞治理方案应结合现场施工条件，并使得结构安全可靠、经济合理，下面就渝怀铁路涪秀二线岩溶隧道治理典型工程实例进行介绍。

3.1 隧顶发育充填性溶洞—桃木堡隧道

1)岩溶基本情况

桃木堡隧道施工至YDK316+360处，隧道拱顶揭示充填性溶洞，该段岩性为灰岩夹白云质灰岩、泥质灰岩，拱顶埋深约15 m，一次暴雨后隧道内掌子面垮塌冒顶，溶洞发育至地表，地表为耕地，地表形成10 m(纵)×6 m(横)×15 m(深)塌坑，洞内涌出大量充填物。(见图1、图2)

图1 掌子面垮塌照片

2)岩溶处理方案

地表设置警示标识及防雨棚架，阻止雨水下渗；清除洞内充填物，加强初支和二衬结构，待二衬达到强度后，拱顶回填土石，地表采用黏土封闭。

图2 地表坍塌照片

3.2 隧底发育充填性溶腔—新徐家沟隧道

1)岩溶基本情况

新徐家沟隧道YDK354+136～YDK354+160段穿越溶腔，岩性为灰岩，拱顶埋深约125 m，隧道边墙以上揭示岩溶空腔，隧底为充填性溶洞，溶洞填充物为软塑状黏土夹砂，厚度为3～10 m；根据地质钻孔补勘YDK354+145处揭示大型溶腔，溶腔大小为10 m(纵)×35 m(横)×15 m(深)，上部为岩溶空腔，底部堆积2～4 m厚充填黏土。(见图3、图4)

2)岩溶处理方案

岩溶段隧底采用桩基托梁结构，边墙两侧设置纵梁，桩基长度嵌入基岩 W2不小于2 m；针对YDK354+145处大型溶腔，隧道右侧设置施工通道，人工清除底部充填物，隧底采用C20砼填筑，并设置3根直径1 mC30钢筋砼管横向连通排水。

图3 岩溶段纵断面图

图4 岩溶段典型横断面图

3.3 隧底发育大型岩溶空腔—新郁山隧道

1)岩溶基本情况

新郁山隧道施工至ZDK265+103处隧底揭示一大型岩溶空腔，岩性为白云质灰岩，拱顶埋深约200 m，岩溶空腔与线路30°斜交，溶洞顶高于隧道拱顶5～8 m，横向上向线路右侧延伸约20 m，向线路左侧延伸约40 m后向下发育，为连通通道；溶洞底部充填黏土，厚约30 m，洞壁及洞顶岩层节理面较发育，局部顶板岩体已坍落。

2)岩溶处理方案

对隧道侧边岩壁锚喷支护，加强衬砌结构；隧底岩溶空腔采用动静分离跨越结构，道床动荷载采用34 m跨箱梁跨越(箱梁底部设置检修空间)，围岩静荷载通过衬砌底部不对称纵向托梁跨越，并在ZDK265+115处设置横梁改善左侧托梁的受力条件。(见图5—图7)

3.4 隧道穿越高压富水充填溶洞—新圆梁山隧道2#溶洞

1)岩溶基本情况

图5 岩溶段平面图

图6 岩溶段纵断面图

图7 岩溶段典型横断面图

新圆梁山隧道为全线最长隧道，位于既有圆梁山隧道右侧30 m，全隧利用既有线平导扩挖；既有圆梁山隧道进口毛坝向斜核部揭示2#高压富水充填溶洞，施工中多次发生大规模岩溶突水、突泥事件；既有线实测最大静水压力3 MPa，溶洞充填物为粉细砂夹碎块石，隧道全断面穿越充填溶洞，隧底以下局部发育深度约50 m，隧道内常年涌水，雨季涌水量大，暴雨期间现场实测最大涌水量约40万m3/d。(见图8)

2)岩溶处理方案

设置高位泄水洞引排岩溶水，泄水降压；开挖前超前帷幕注浆加固，CRD法扩挖，初支采用0.5 m间距H型钢，二衬采用1.2 m厚圆形抗水压衬砌；为保证既有线安全，采用非爆开挖；开挖后，局部径向补充注浆[3]。(见图9)

图8 2号溶洞平面示意图

图9 2号溶洞超前帷幕注浆照片

4 结论

可溶岩中溶洞形态各异，处理难度大，给岩溶地区修建隧道工程带来了的巨大的挑战；渝怀铁路涪秀二线对岩溶隧道进行了分类，并采取有针对性的措施，取得了良好的效果，施工过程中通过解决各种岩溶问题得到如下启迪：

1)加强岩溶隧道的超前地质预报工作，提前预判施工及涌水涌泥风险，根据施工揭示、地质补勘及超前地质预报结果制定处理措施。

2)岩溶隧道治理应根据溶洞规模、充填情况、赋水状态及其与隧道的相互关系，采取砼回填、钢花管注浆、高压旋喷桩或桩基托梁(或梁桥)结构跨越；隧道穿越大型充填型溶洞，施工风险大，必要时开挖前进行超前帷幕注浆加固。

3)对于岩溶管道水，切勿随意封堵，主要采取“疏导引排为主”的原则；若地表为环境敏感点，则采取“以堵为主，限量排放”的原则。