岩溶区隧道大型溶洞处治技术研究

黄骤屹，叶 铭，徐仁华，蒋定然，汪 涛

（1.文山州广那高速公路投资建设开发有限公司，云南 文山 663000；2.长安大学公路学院，陕西 西安 710064）

在岩溶区修建隧道时，由于溶洞的存在，极易引起塌方和突水突泥等灾害，故研究处理隧道溶洞的方法意义重大，尤其是大型溶洞的处治。以往处治大型溶洞时大都依靠经验法和工程类比法来分析溶洞对于隧道的稳定性影响，其结果差异性很大[1]。针对以上问题，文章通过查阅大量的溶洞处治相关文献，总结归纳出了一套详细的大型溶洞处置方案，其内容是基于岩溶地区隧道超前预报原则、突水防治原则及溶腔处治原则这三大原则制定的[2-4]。岩溶地层的复杂性和特殊性对超前地质预报提出了更高的要求，所以应釆用不同的超前地质预报方法，互相补充，互相验证，从多角度分析掌子面前方地质情况，然后再对其进行处理。

1 大型干溶洞的处治

在岩溶地区修建隧道过程中遇到大型溶洞时，应根据溶洞相对于隧道洞室的空间位置以及溶洞内的充填情况，选择合适的处治方法。一般而言，处理时应遵循引、堵、跨、绕的治理原则。

1.1 隧道拱顶处溶洞处治

当溶洞位于隧道拱顶，且相对隧道拱顶高度较高、分布范围较广，但围岩风化程度较低时，溶洞对隧道稳定性的影响较小，不易使隧道发生大规模坍塌事故，可采用拱罩防护的处治方法。隧道拱顶处大型溶洞处治示意图如图1所示。

图1 隧道拱顶处大型溶洞处治示意图

首先，应加强该段衬砌等级，并在拱顶处使用C20混凝土进行回填处理，确保回填厚度大于2m；若溶洞相对隧道高度为10m以上，则需要在C20混凝土层上部设置一层细砂缓冲层，以减少溶洞掉落落石砸到拱顶从而击穿初期支护的可能性。其次，隧道拱顶有溶洞时，往往要重点考虑地下水的影响。若溶洞与地表存在一定的联通，则必须在缓冲层内额外设置排水系统，将裂隙水、地下水与地表水等引至隧道排水沟中，减小发生突水突泥的风险。

1.2 隧道边墙处溶洞处治

对于隧道边墙处存在大型溶洞的情况，可以直接采用回填法加固边墙稳定性；而对于溶洞侵入隧道底板范围较大或贯穿隧道底板的情况，则需要对该侧的边拱基础进行加强，采用护墙支顶法。具体而言，首先，加强该段支护等级，并采用浆砌片石回填至初支以外2m的位置；其次，在隧道边墙悬空位置施作混凝土墙基；最后，在进行溶腔回填的过程中施作一定的排水系统（一般是排水管）与围岩内过水通道相连，或将其引入隧道排水沟中。隧道边墙处溶洞处置示意图如图2所示。

图2 隧道边墙处溶洞处治示意图

1.3 隧道基底处溶洞处治

对于隧道基底的溶洞处治有如下方案：（1）型钢混凝土+板跨处治方案。若开挖中遇到的溶洞到隧道底部的距离＜5m，并且溶腔沿隧道走向方向不太发育时可以采用该方案；若在施工过程中，溶腔已被回填，可以将型钢混凝土换成托梁。（2）钢管群桩加固处治方案。该方案可处治隧道下方5～20m的溶洞。（3）桩基+承台的处治方案。若在开挖中遇到的溶洞到隧道底部的距离为20～30m且溶洞规模较大、溶腔纵向很发育时，最好使用桩基与承台加固隧道基底，以保证隧道结构的稳定。（4）路基方案。该方案适用于发育规模很大、发育深度很深的溶洞。（5）梁跨方案。该方案可处治规模较大、内部充填物较多、直接处治比较困难且要求地下水流不被堵塞的溶洞。

2 大型填充型溶洞的处治

大型充填溶洞主要根据充填物的不同性质采取针对性处治方法，填充物主要为淤泥、黏土与泥沙。

2.1 淤泥充填型溶洞

若通过超前物探等手段探测到隧道掌子面前方有大型淤泥充填型溶洞时，应该立即停止隧道的开挖工作，并在隧道遭遇溶腔的位置处设置风险警示牌，封闭掌子面，然后对其进行处理。对于该类溶洞，主要的处治方式包括三种：（1）使用超前管棚预支护前方地层且通过管棚对淤泥地层进行注浆加固；（2）施工方法依据实际情况变更为环形开挖预留核心土法或者单（双）侧壁导坑法；（3）开挖完成后需立即施工高等级初期支护和加强型二衬。

2.2 填充黏土型溶洞

对于填充黏土型溶洞，其溶腔内的黏土稳定性极差，开挖时容易造成隧道失稳破坏，主要处治方式包括如下五种：（1）采用超前小导管注浆加固；（2）采用超前管棚支护或者采用超前管棚注浆加固；（3）隧道掌子面开挖后，对掌子面后方一定范围内进行径向注浆。（4）在注浆完成后使用刚度较大的钢拱架进行初期支护；（5）根据现场情况，必要时缩短开挖进尺，同时施工过程中加强监控量测，必要时施作临时仰拱。当填充黏土溶洞发育在基底时，可使用钢管群桩对隧道底部进行加固；若在隧道基底向下10～12m存在基岩，则钢管桩只需深入基岩1～2m即可，具体如图3所示；若隧道基底向下12m以下仍为黏性土层，则需要对群桩按摩擦桩的承载能力计算具体桩长。

图3 隧道基底处溶洞处治示意图

2.3 填充泥沙型溶洞

开挖时若遇到填充泥沙型溶洞，尤其危险，所以应该先封闭隧道掌子面，设置安全警示牌，随后对溶洞进行处治，主要的处治方式包括如下五种：（1）使用超前大管棚注浆加固；（2）对掌子面进行全断面超前预注浆；（3）施工方法依据实际情况变更为环形开挖预留核心土法或者单（双）侧壁导坑法；（4）开挖后立即对掌子面后方岩体进行径向注浆加固；（5）针对泥砂的特性，注浆材料可以选择与充水型溶洞治理的相同注浆材料，并在注浆全部完成后，对注浆位置的施工质量进行检查，若注浆效果未达设计要求，需补孔注浆。

3 大型含水型溶洞的处治

由于我国岩溶区多处于降雨较多的西南省份，因此在此类岩溶区修建隧道时或多或少会遇到大型含水溶洞。处治含水型溶洞，首先应判断溶洞的含水类型是充水型还是过水型，再根据判断结果制定相应的处治措施。

3.1 充水型溶洞

处治充水型溶洞时，一般采用注浆加固堵水的方法。处治前应综合溶洞的含水量多少、水压大小和现场施工条件等，选择超前注浆堵水或揭示后径向注浆堵水。当隧道内为顺坡施工时，若涌水量＜300m3且水压＜0.5MPa，处治方式为对溶腔进行爆破处理，即先打开溶腔，然后采用小导管局部注浆或者径向注浆加固；若涌水量＞300m3或者水压＞0.5MPa，可使用径向注浆或者帷幕注浆堵水。当隧道内为反坡施工，若涌水量＜100m3且水压＜0.5MPa，处治方式为对溶腔进行爆破处理，即先打开溶腔，然后采用小导管局部注浆或者径向注浆加固；若涌水量＞100m3或者水压＞0.5MPa，应进行超前注浆堵水。

3.2 过水型溶洞

过水型溶洞中的水一般处于流动状态，这种溶洞是地下水流动的通道，直接采用注浆堵水方案可能会破坏当地的地下水系统，影响生态环境，并且此类地下水会导致隧道衬砌上的水压力较大，影响衬砌的安全性。主要处治方法如下：（1）泄水洞排水方案。设置泄水洞时，泄水洞的设计需要充分考虑隧道现场施工条件，做到因地制宜，泄水洞的坡度应设置为上坡，且坡度宜设置为1%～3%；泄水洞最小断面面积可根据当地水文地质情况进行计算后得到；泄水洞最小断面尺寸还应该满足隧道施工的要求，如有轨运输机械配置以及施工通风等要求。（2）迂回导坑方案。在复杂地质地段，如断层、褶皱核部、地层分界处，遇到的溶洞规模很大，且溶洞内的过水量也很大，泄水洞或梁（拱）跨方案难以直接实施时，进行帷幕注浆堵水效果不佳，则可以采取迂回绕行方案。即在溶腔附近修建导坑，先绕过溶洞，然后采取径向注浆、帷幕注浆、修建泄水洞等方案处理原溶腔。

4 结束语

岩溶区隧道各类大型溶洞常常给施工带来较大的影响，若处治不当，会给施工安全和衬砌结构的稳定带来巨大的隐患。基于此，文章以岩溶区隧道为工程背景，针对不同类型溶洞的基本特点，结合现有的施工条件给出了不同类型溶洞所对应的处治方案。工程人员应重视对溶洞处治技术的优化，提高现场治理技术与溶洞实际环境的匹配性，以促进岩溶区隧道工程建设事业的发展。