铁路隧道溶洞处理施工技术研究

黄君文

（中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 072750）

1 工程概况

1.1 地形地貌

该隧道位于中低山岭地区，高程为350～940 m，相对高差为240～600 m，属于典型越岭隧道。地表为溶丘洼地和丘陵地貌，主要为岩溶溶丘、石峰地貌，地形起伏较小，小型沟谷纵横，山丘呈峰丛状成排分布， 沟谷内溶洞，漏斗发育，岩石表层溶槽溶痕等溶蚀现象严重。

1.2 地层岩性

隧道该段地层岩性主要为三叠系中统嘉陵江组灰岩夹白云岩(T，ls+Om)：灰色、灰白色，矿物成分以方解石、白云石为主，隐晶质结构，中厚层-厚层状构造，岩质坚硬，岩体较完整。岩石溶蚀严重，溶蚀沟槽发育。风化层厚1～2 m，四级软石，σ0=500 kPa；完整岩石，①级次坚石，σ0= 1000 kPa。

1.3 地质构造

隧道该段位于二户溪背斜东南侧。隧址区域岩层大致走向为N-S方向，该处地层为整合接触，岩层产状变化较小，局部存在扭曲、揉皱现象。

1.4 水文地质特征

（1）地表水

隧道该段地表水主要补给来源为季节性降水山坡地表汇水以及高出基岩裂陈水及岩溶水的出露。

（2）地下水

隧道该段地下水主要为碳酸盐岩岩溶裂隙溶洞水，赋存于三叠系下统大冶群灰岩溶裂隙及溶洞中，主要受大气降水补给。

1.5 岩溶

隧道该段地表为岩溶洼地与溶丘相间分布的地貌，岩溶发育强烈。山坡岩石表层溶槽、溶痕等溶蚀现象严重。出口紧邻冲积型河谷区域，受外部侵蚀基准面较低，岩溶裂隙水发育呈水平形态，形成网状岩溶系统，但岩溶裂隙水规模相对较小，溶蚀面受高程控制埋深较浅、垂直渗流带较短。隧道洞身附近溶洞、溶隙发育，隧道开挖存在雨季遭遇突水、突泥的可能。

2 溶洞情况

2.1 施工现场情况及溶洞形态

在掌子面里程DK151+504右边墙位置揭示出该溶洞，溶洞口横向宽8～10 m，竖向深度约50 m，溶洞向上发育规模逐渐变小，在拱项以上2～4 m后尖灭为岩溶裂隙及小型溶洞，主要向隧道基底下部延伸，竖向发育，水平发育方向与隧道基本平行，根据测量资料溶洞与线路纵向影响长度约75 m；溶洞由两个较大的洞室连通构成的，总体呈“人”字形，其中一洞室顺岩层产状的倾向(向大里程)约45°角斜下发育，横向宽14～24 m，延伸斜长度约大于75 m；另一洞室约70°(向小里程)竖向发育，坚向高约为48m，横向宽约20 m。另外，掌子面拱部以及溶洞内向上发育多处小型溶腔及岩溶裂隙。

2.2 与隧道关系

溶洞发育地段隧道埋深约43 m，溶洞纵向发育基本与隧道纵向平行且重叠，有测量资料对比，影响长度大于75 m ，且溶洞主体主要位于隧道基底以下，其对隧道整体影响较大。

2.3 溶洞稳定性

该溶洞洞壁光滑，无充填，洞内岩壁受水流侵蚀明显，局部节理裂隙较发育，溶腔周围岩体局部较破碎，两洞室相交处有岩层塌落堆积体，围岩整体稳定性较好，但受到爆破震动后可能会产生局部顺层坍塌、掉块的危险。

2.4 水文条件对隧道的影响

该溶腔位于垂直渗流带内，主要通过的是大气降水入渗所形成的过路水。目前隧道地下水不发育，洞壁局部有渗水现象，但降水后可能产生暂时性水流，流量与降水量密切相关。采用大气降水入渗法预测隧道涌水量。岩溶段降水入渗法最大涌水量采用五年一遇(P=20%)的计算结果预测最大用水量6000 m3/d。

3 处理方案

3.1 总体施工方案

根据施工揭示情况及断面量测情况，正洞受溶洞大厅影响范围为：DK151+532～DK151+477段。

施工方案顺序：洞壁排险→拱顶初支外洞壁锚喷防护→仰拱底溶洞回填洞砟及片石混凝土→开挖支护→回填洞顶初支背后空洞→板梁施工→仰拱施工→衬砌施工。

3.2 具体施工措施

（1）为确保溶洞回填时机械、设备及人员施工安全，对溶洞上部及内部岩壁局部存在的危岩落石予以清除，采用挖掘机及人工进行排危，排危结束后，采用湿喷机械手喷射C25混凝土进行防护，混凝土厚10cm。

（2）DK151+532至大里程段溶洞空腔、DK151+501～DK151+477段板梁底5 m以下溶洞空腔采用洞砟回填，剩余部分采用C20片石混凝土回填；DK151+532～DK151+501段溶洞空腔采用C20片石混凝土回填，回填时预留板梁位置。拱部溶洞采用C20混凝土回填。

①隧底溶洞回填洞砟之前，先清除溶洞底部黏土填充物。位于DK151+532至大里程段溶洞空腔、DK151+501～DK151+477段板梁底5m以下溶洞空腔采用洞砟回填；人工配合挖掘机、装载机回填，保证砟体回填密实、平整，砟块大小适中。回填时预埋1根φ600市政波纹管深入洞砟底部并与上部溶洞相接，保证波纹管稳定、不位移、不破损。回填的洞砟严禁超过设计位置。

图1 平面示意图

图2 侧面示意图

②DK151+532～DK151+501段溶洞空腔全部及DK151+501～DK151+477段板梁底5m范围内溶洞采用C20片石混凝土回填，混凝土采用泵送方式，将输送管接入溶洞，保证管口距离溶洞底高差不大于2m。人工配合挖掘机抛填片石，片石由人工在砟场选取合格的石料采用自卸车拉至现场，抛填片石总量不大于总方量的20%。混凝土浇筑时必须水平分层、连续进行，振捣时必须快插慢拔，振点均匀布置，严禁漏振、过振，如必须间歇浇筑时，应在上次混凝土初凝前浇筑完本层混凝土。振捣至混凝土表面无气泡，不再下沉且表面开始泛浆为止。回填混凝土至板梁底部，预留板梁位置。详见图1、图2。

③拱部溶洞采用C20混凝土回填，厚度为拱顶以上2m； 施做初支钢架时预留混凝土回填管。泵送速度不宜过快，保证每小时泵送两车，防止初期支护变形。

（3）DK151+507～DK151+477采用C35钢筋混凝土板梁跨越，板梁截面尺寸为3m×2m（高×宽），板厚1.5m。见图3。因板梁混凝土方量较大，施工过程中可分段浇筑，断开处按施工缝凿毛处理，保证混凝土整体质量。

图3 板梁截面尺寸

板梁钢筋必须严格按照设计要求进行安装，严格控制钢筋间距及数量。内层钢筋的安装由测量人员定出钢筋的净空控制点，控制点分别设置在已安装好的外层钢筋上，分段形成准确的钢筋骨架。φ16以上钢筋连接均采用冷挤压套筒连接，同一截面钢筋接头数量不超过总量的50%。模板采用小钢模安装牢固。

（4）在洞身开挖支护及衬砌施工过程中，监测点按5m间距布设，实时监测初支及衬砌拱部沉降及边墙水平收敛，针对变形情况及时进行分析及总结，进一步指导下步施工。

4 结 语

通过制定以上的处理措施，并严格按要求施作，顺利通过了此处溶洞，经后期对初支及二衬进行监测表明，该段初支及衬砌变形已稳定，初支结构表面无明显开裂及渗漏水等现象，衬砌表面无明显裂纹等现象。尽管安全通过了此处溶洞，并且此次处理方案也直接为后期揭示的几处溶洞的处理提供了借鉴经验。但是在今后的岩溶隧道施工中，必须加强超前地质预报工作，对隧道前方岩溶进行准确预测，并做好施工过程中的监控量测工作。

本标段主要为隧道工程，岩溶极其发育，遇到不同程度的溶洞、溶腔，岩溶整治需要地质补勘、补充勘测或留置观察等手段辅助设计，岩溶动态设计周期长，过程缓慢，对隧道工期有较大的影响，因此提前做好各类不同溶洞形态的设计预案或设计参考图，方便现场安全、快速施工，以提高岩溶整治效率。