某矿山法岩溶长隧设计方案

杨 旭

(中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京市 102600)

0 引言

我国石灰岩地层分布较广，特别是西南地区，岩溶地质非常普遍[1]，而且岩溶地质的地貌形成最为完善[2]。岩溶对隧道设计、施工的影响极大，处理十分困难[3]。在西南岩溶地区长大隧道进行方案设计时必须充分考虑岩溶的危害，采取合理的设计方案，尽可能地减少遇到岩溶时的经济损失以及工期损失。

以云南南部某岩溶长隧作为研究对象，其进口岩溶段落较长，全隧为单面坡。从该隧道的辅助坑道选择、施工组织、不良地质的处理措施等多方面进行分析，确定该隧道的总体设计方案，指导后期的设计与施工。

1 工程概况与地质概况

1.1 工程概况

隧道位于云南南部蒙自市境内，起迄里程AK43+529～AK52+336，全长8807m，最大埋深约290m。AK43+909.931～AK45+628.346段位于半径R=3000m的右偏曲线上，其余段落位于直线上。受两端接线影响，隧道内为20.1‰单面上坡。

1.2 地质概况

隧址区地下水主要为基岩裂隙水和碳酸岩裂隙溶洞水，岩溶中等-强烈发育，易产生突泥、涌水。其中进口约2800m为岩溶强烈发育区，剩余6007m为岩溶中等发育区。

2 岩溶设计处理方案

2.1 辅助坑道类型选择原则

本隧道长度达8.8km，通过设置辅助坑道是缩短建设工期的有效方法。对于一般山岭隧道而言，辅助坑道主要有以下类型：斜井，横洞，平行导坑，竖井等[4-5]。

一般而言，在地形满足前提下，应优先选择横洞[6]，相比于斜井，其施工排水可顺坡自排，相比于平行导坑，其布置灵活，节约工程量；其次为斜井，因为斜井技术成熟，布置灵活多变，能有效保证施工进度；当无法采用横洞与斜井时，才考虑设置竖井[7]；因为平行导坑其工程量大，一般情况下不首选，但由于地形限制，无法设置横洞、斜井时，或存在其他特殊原因时，如本隧道涉及的岩溶，可考虑采用平行导坑。

通过地形，本隧道无设置横洞的条件，也暂不考虑采用竖井的方案，本隧道主要从斜井与平行导坑中进行选择。

对于岩溶水发育的隧道应优先选择平行导坑，主要原因有：

(1)一般平行导坑与正洞坡度相同，具有自排水能力。

(2)岩溶地区地质条件复杂，平行导坑可作为正洞的超前地质导洞，可提前揭露隧道前方地质情况，可使正洞提前做好处理措施(如图1示意)，避免发生大的施工事故。

(3)若在施工过程中正洞不幸遭遇溶洞，可通过平导绕过溶洞区继续向前施工，同时进行溶洞段落处理，可减少长时间溶洞处理带来的工期损失(如图2示意)。

本隧道进口约2.8km为岩溶强烈发育区，采用平行导坑作为辅助坑道，对其余中等发育段落，根据地形情况，采用斜井作为辅助坑道。

2.2 辅助坑道设置与施工组织

本隧进口段岩溶强烈发育段落长约2.8km，于进口迎水侧设置长度3km的平行导坑，以进行超前地质探测、兼顾施工与运营排水，降低岩溶风险。根据地形条件，出口段有以下两种方案：

方案一(图4)：AK48+000处与AK50+000处设长度为930m、430m长的无轨双车道斜井，隧道土建工期38月(含3个月施工准备，不含无砟道床施工)。

方案二(图5)：AK49+000处设置长度为970m的无轨双车道斜井，隧道土建工期42月(含3个月施工准备，不含无砟道床施工)。

方案一比方案二增加一座斜井，斜井总长度增加390m，但工期缩短了4个月，反坡施工长度减短400m，改善了施工排水、通风条件，综合比较后，推荐采用方案一，即3km平导+930m斜井+430m斜井方案。

2.3 岩溶的处理原则与预案

除从辅助坑道设计上最大程度减少岩溶带来的不利影响外，尚需考虑遭遇岩溶施工时的具体处理原则：选线时采用高线位通过，缩短隧道长度；岩溶区隧道应走行于垂直渗流带中，而不宜布置在水平循环带。

即使选线遵循上述两选线原则，但仍不可避免会遭遇岩溶，针对不同的岩溶类型，可取如下处理原则与预案[8]：

(1)岩溶水处理：宜采取疏导为主的处理原则，维持或恢复既有排泄通道，必要时增设排水通道；对地表生态环境有较大影响的地段，应采取注浆预加固措施，保护生态环境。

(2)部分充填贫水岩溶：根据岩溶形态、规模、与隧道空间位置关系、岩层产状、岩层层厚、岩层倾角、节理裂隙、埋深等因素，对岩溶洞壁稳定性及充填物特性进行综合分析评价。根据评价结论，岩溶洞壁可采取清危、喷锚网、护墙、护拱、立柱支顶、锚索等措施处理；设置稳固可靠的基础，基础型式可采用拱跨、板、梁、桩、注浆、换填、复合地基等。

(3)全充填贫水岩溶：根据充填物特性，结合岩溶规模、形态、与隧道空间关系等，确定隧道超前预加固和预支护措施。充分考虑溶洞充填物流失对隧道结构的影响，设置稳固可靠的基础，基础型式可采用桩、板、梁、复合地基等。

(4)富水岩溶裂隙：根据发育程度及稳定性可采取超前帷幕注浆、超前周边注浆、径向注浆等措施；高压富水岩溶裂隙采用超前钻孔等措施排水减压。

(5)富水岩溶管道：采取疏导为主原则，维系其原有的过水通道，必要时增设排水洞、管涵等措施。

(6)富水充填溶洞：采用释能降压降低施工风险，对溶洞充填物进行注浆加固，并采取超前管棚等措施保障施工安全。

岩溶水发育地段、受季节性地下水影响地段、断层破碎带及可溶岩与非可溶岩接触带等富水地段，衬砌结构设计时需考虑承受部分水压的作用。

3 结语

针对云南南部某长隧道岩溶发育的特点，确定采用斜井结合平行导坑的设计方案：隧道进口岩溶强发育段采取更为稳妥的平行导坑，岩溶中等发育地段采用布置灵活、更为经济的斜井方案；针对不同岩溶类型给出了不同的处理原则与措施。