蒙华铁路分宜地区岩溶隧道处治施工技术

许文军

摘 要：以蒙华铁路分宜地区岩溶隧道施工中遇到典型溶洞案例，分析总结了洞穴型溶洞、管道型溶洞、大型干溶洞、富水溶洞等不同性质岩溶处理原则及处治措施，岩溶整治为类似工程提供了有利借鉴。

关键词：岩溶隧道;溶洞;处治措施

中圖分类号：U457 文献标识码：A

0 引言

溶洞为岩溶洞穴，是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象，溶洞的存在会使得围岩应力不均匀分布，并且这种不均匀分布通常无规律可循，这会使得隧道支护节构发生开裂，稳定性较差[1]，甚至引起隧道塌方[2]，尤其是大型溶洞，不但会延误工期，造成工程投资的增加甚至还会危及施工安全人员的人身安全。岩溶处治方案的制定以安全、质量为主题，以“强本简末、服务运营”为目的。因此，结合蒙华铁路实际工程，研究不同类型的隧道岩溶处理措施尤为重要，为类似工程提供经验。

1 工程概况

蒙华铁路MHTJ-32标一工区位于江西新余市分宜县，地质以灰岩为主，主要可溶岩为三叠系中下统、二叠系下统、石炭系、灰黄、灰黑色灰岩、角砾状灰岩、结晶灰岩、白云质灰岩，经历多次构造运动，在褶皱核部和断层附近岩体破碎，受地下水运动长期侵蚀，形成溶沟、溶槽、溶洞等。

本工区隧道8座，全长6.3 km，单线铁路隧道[3]，隧道区段属于侵蚀溶蚀地形，地下溶洞甚为发育。隧道施工过程中遇到溶洞多达39个，溶洞主要位于隧道拱顶、拱腰、边墙、隧底，溶洞类型有洞穴型溶腔、管道型溶腔、大型干溶洞、大型富水充填型溶腔等。

2 岩溶处理一般原则

2.1 洞穴型溶腔

调整开挖工法，加强超前支护，缩短开挖进尺，及时施做初期支护且封闭成环，无充填或半充填型溶腔初支背后一般采用混凝土回填密实，充填溶腔采用注浆回填密实[4]，隐藏型溶腔采用局部径向注浆固结，溶腔若有少量水流出，在初期支护背后设置排水管[5]，引流至隧道侧沟。

2.2 管道型溶腔

（1）隧道拱部、拱腰岩溶管道。隧道拱部、拱腰部位发育的无充填型岩溶管道，经岩溶探测，不会有大的涌水时，采用修正围岩衬砌类型，调整开挖工法，加强超前支护，缩短开挖进尺，及时施做初期支护且封闭成环，初支背后采用混凝土结构防护层（护拱）、吹砂回填缓冲层和结构排水系统等处理方式。

（2）基底岩溶管道。隧底岩溶管道，采用修正围岩衬砌类型，利用一定管径的波纹管接通原有排水管道，然后用级配碎石回填管道四周并压实，再采用混凝土回填。

2.3 大型干溶洞

大型干溶洞位于拱、墙处，采用修正围岩衬砌类型，部分衬砌采用明洞形式，调整开挖工法，加强超前支护，缩短开挖进尺，及时施做初期支护且封闭成环，初支背后采用混凝土结构防护层（护拱）、吹砂回填缓冲层和结构排水系统等处理方式。大型干溶洞位于隧底时，可采用级配碎石回填压实后，“托梁+钢筋混凝土板”跨越[6]，隧道衬砌加强。

2.4 大型富水充填型溶腔

施工过程中通过超前钻探及地质雷达探明存在大型富水填充型溶腔时，应停止掌字面开挖并封闭，采用超前注浆加固溶腔及开挖线以外不小于5 m，并采取超前管棚支护，台阶法开挖，修正衬砌类型，加强二次衬砌结构[7]。

3 工程实例

3.1 洞穴型溶腔案例

（1）无充填或半充填型。程家坊二号隧道出口开挖至DK1761+311时，在拱顶出现一处半填充型溶腔，充填物为粉质黏土夹细角砾土，无水，并且往线路右侧延伸至拱腰处出现大空腔。溶洞大小为环向长7 m×纵向长5 m×深度9 m，呈倒漏斗型。施工中采取以下处治措施：清除溶腔内松散体，对腔壁进行喷射混凝土加固，喷射混凝土厚度10 cm。将Ⅲb型复合式衬砌变更为Vc型复合式衬砌，采用全环H180格栅钢架，间距为60 cm，拱部增设5 m长φ42超前小导管。拱部预留混凝土泵送管及Φ50排水管，待初期支护稳定后对背后进行C20混凝土回填，回填厚度2.0 m，待混凝土达强度后回填1 m厚水泥浆保护层。处治方法如图1所示。

（2）充填型洞穴。程家坊一号隧道施工到DK1760+613时，拱顶及边墙出现一处填充型溶腔，充填物为粉质黏土夹碎石，无水。溶洞大小为环向长8 m×纵向长1 m×深度3 m。采取以下处治措施：清除溶腔内松散体，对腔壁进行喷射混凝土加固，喷射混凝土厚度10 cm。修正衬砌类型，采取加强支护，采用H180格栅钢架，间距为50 cm，拱部增设Φ42超前小导管，设置径向锚杆，锚杆长4 m，间距1.5 m×1.5 m，梅花形布置。预留注浆管，待初期支护稳定后对背后进行回填注浆，确保初支背后无空洞。处治方法如图2所示。

3.2 管道型溶腔实例

北山一号进口开挖至DK1761+940时，发现一处直径约2 m的不规则溶腔，竖直向上发展及连体斜向下至仰拱底以下，溶腔为半充填，充填物黏土夹碎石，碎石大小为0.6 m×0.3×0.3 m，存在小量渗水，降雨时水量加大。通过探测，溶腔高度为拱顶以上约10 m，隧底以下约2 m;同时掌子面正前方小型溶槽发育，呈管道状。采取以下处治措施：清除溶腔内松散体，对腔壁进行喷射混凝土加固，喷射混凝土厚度10 cm，拱部超前支护变更为φ89洞身长管棚，拱顶初期支护背后灌注1 m～2 m厚C25混凝土护拱，设置径向锚杆，锚杆长4 m，间距1.5 m×1.5 m，梅花形布置;预留φ50注浆管及排水管，待混凝土达到强度后回填1 m厚水泥浆保护层;在护拱背后设置2根直径φ400 mm打孔波纹管，波纹管顺接岩溶管道进水口与出水口，孔口管应确保注浆后不得堵塞出入水口;隧底波纹管采用土工布包裹，四周用砂夹碎石回填，高度1 m，其余部分采用C20混凝土回填。处治方法如图3所示。

3.3 大型干溶腔实例

北山二号隧道进口开挖至DK1762+816时，在上台阶发现一大型溶洞。溶洞高约25 m，距地表最小垂直距离约30 m。溶洞长60 m，宽度约15 m，溶洞两端呈管道状，隧道在DK1762+816～+822段横穿溶洞。

施工中采取了以下处治措施：清除溶腔内松散体，对腔壁进行喷射混凝土加固，喷射混凝土厚度10 cm;DK1762+816～+836段20 m拱部超前支护变更为φ89洞身长管棚;DK1762+816～+819段初期支护钢架由H130格栅钢架变更为H150格栅钢架，间距1 m;DK1762+819～+829段断面扩大30 cm，初期支护变更为临时初期支护，临时支护设双层φ8钢筋网片，网格间距10*10 cm，钢架由H130格栅钢架变更为H180格栅钢架，间距50 cm;初期支护背后采用2 m厚C25混凝土护拱及边墙，拱部增设1 m厚轮胎缓冲层;DK1762+816～+820段保留原岩溶管道排水系统，于初支背后设置1根直径φ400 mm打孔波纹管，波纹管顺接岩溶管道进水口与出水口，孔口管应确保注浆后不得堵塞出入水口。处治方法如图4所示。

3.4 大型富水型充填型溶腔实例

彭家岭二号隧道进口开挖至DK1774+470时，对掌子面进行了地质雷达及超前水平钻探，预测预报成果显示，DK1774+440～+470段发育充填型溶洞，填充砂砾土，渗水较好，局部为溶洞空腔，岩溶水丰富。施工中采取了以下措施：DK1774+440～+470段30 m洞身采用5 m超前周边注浆（双液浆）加固，如图5所示。DK1774+438～+453超前支护采用Φ89洞身管棚。DK1774+438～+470段衬砌类型采用Vc型复合式衬砌，施工工法采用台阶法，初期支护采用Ⅰ18型钢钢架，钢架间距50 cm，在每级台阶钢架接头连接处增设一组锁脚锚管，长度5 m。溶腔出水口处埋设Φ200 mmPVC排水管（初期支护与隧道围岩间），将水引排至隧道侧沟内。

4 结论及建议

针对蒙华铁路湘赣段岩溶隧道工程，对不同类型的溶腔采用混凝土或注浆回填、超前注浆、超前管棚、预留排水管，加强衬砌结构等方法，有效的解决了施工难点，为类似隧道的后续施工积累了丰富经验。

参考文献：

[1]綦彦波.既有溶洞对铁路单线隧道施工稳定性的影响研究[D].天津大学，2007.

[2]冯卫星，况勇，陈建军.隧道坍方案例分析[M].西南交通大学出版社，2002.

[3]陈豪雄，殷杰.隧道工程[M].北京.中国铁道出版社，1995.

[4]刘招伟，张民庆.隧道深埋充填型溶洞注浆施工技术探讨[J].隧道建设，2003（1）：6-9.

[5]李维.隧道初期支护施工技术改进与研究[J].铁道建筑技术，2016（3）：6-9.

[6]李鸣冲，张民庆，黎代仁.宜万铁路高坪1～#隧道巖溶发育特征分析与治理[J].隧道建设，2006（3）：68-72.

[7]张民庆，黄鸿健，殷杯连，等.齐云山隧道富水溶槽注浆堵水技术[J].现代隧道技术，2006（3）：47-50.

[8]中铁第四勘察设计院集团有限公司，单线隧道超前支护，防排水、施工工法设计图[R].武汉，2015.

[9]叶英.岩溶隧道施工超前地质预报方案研究[D].北京大学，2006.