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摘要：穿过岩溶地区的隧道，常常因岩溶发育威胁其施工安全，甚至引起重大工程事故。岩溶发育强烈甚至会形成较大溶洞。黄土坡隧道在施工中在其上部发现较大溶洞，本文结合工程实例，介绍了隧道上方溶洞预报方法与处理方案，并给出了相应的结论与施工建议。
关键词：黄土坡隧道；岩溶；溶洞
0 引言
岩溶在我国分布非常广泛，按可溶岩地层的分布面积计算约占全国土地面积的三分之一，按碳酸盐岩出露面积计算接近全国土地面积的十分之一。在岩溶隧道的设计、施工、运营等环节中尚无较为成熟和系统的预防和处治经验可循。我国隧道修建和运营过程中经常会遇到岩溶引发的地质问题，需要对此引起重视加强对不良岩溶地质体的探测与治理[1-3]。本文结合相关文献的分析和工程实例的数据说明了隧道开挖过程中遭遇上部溶洞与处理方案。
1工程概况
黄土坡1号隧道是恩施至来凤高速公路上一座分离式隧道。隧道左线起讫里程ZK39+647~ZK40+620，右线YK39+672~YK40+607。隧道最大埋深约160.5 m，隧址为丘陵斜坡地形，峰丛地貌，出口处发育一巨型岩溶漏斗，沿漏斗底部长轴线连续分布大小不一5个落水洞，漏斗四周斜坡坡度约20°~70°，局部为近似直立状陡崖。地层岩性为灰岩、白云岩灰岩。隧址周边岩体节理裂隙发育，岩层产状在280~42°∠19~48°之间，易发育大型溶洞。
2 充填型隧道岩溶处置方法
在隧道施工中，遇到不同充填隧道应采取不同应对方法，大型充填淤泥型溶洞时，应停止施工，设置风险警示牌，封闭掌子面。然后采用注浆方案加固淤泥层，待掌子面围岩稳定后，采用上下台阶留核心土或单侧壁导坑法开挖方式。开挖后及时施作加强型初期支护和二次衬砌结构；大型充填粉质黏土层时，由于粉质黏土层有一定的自稳能力，首先采用超前小导管注浆加固拱部和边墙位置，必要时在隧道拱部设置大管棚超前支护，采用分步开挖方式进行施工。开挖后及时进行径向注浆加固；充填粉细砂层溶洞时，应停止施工，封闭掌子面。然后采用超前小导管预注浆加固粉细砂层，并设置超前大管棚支护，采用台阶法或单侧壁导坑法进行施工。开挖后立即进行径向补充注浆，及时施做二次衬砌；充填块石型溶洞时，应停止施工，封闭掌子面，然后超前预注浆加固至隧道断面轮廓线外2 m，采用超前大管棚支护，确保隧道开挖安全，台阶法进行开挖，并用钢拱架进行初期支护，必要时使用C30钢筋混凝土施作二次衬砌。开挖完成后及时补充注浆，进一步加固溶洞内堆积物；对于充水型溶洞的治理，应综合考虑其水量大小、水压高低等特征以及现场施工条件，施工中应采取相应的处治措施。①岩溶管道型充水溶洞：发育在隧道底板下方、边墙一侧和拱顶上方的岩溶管道充水溶洞，应根据“先探后堵，以堵为主”的原则，采用注浆加固的方法进行封堵。②溶槽型充水溶洞：位于可溶岩与非可溶岩接触带的岩层，岩溶强烈发育，易发育溶槽型充水溶洞，应采取可控域超前注浆措施，即“注浆堵水+管棚措施方案”。③过水型溶洞：若隧道设计轴线上发育过水型溶洞，且该过水通道为地下水系的一部分，若采用“堵”的施工方案，将会破坏该处的地下水水系，同时隧道衬砌也将承受巨大的水压力。因此，对于过水型溶洞的治理，宜采用疏导的处治原则[4]。
3 黄土坡隧道溶洞揭示与治理方案
（1）溶洞揭示
2012年10月26日8时，黄土坡1号隧道恩施端左线ZK40+231掌子面发现一溶洞，溶洞从右侧拱腰延伸至左侧拱脚，溶洞纵向长6 m且有向右前方延伸的趋势、横向宽约8 m、高约20~30 m，溶洞内充填泥沙及水，并不断向下涌泥涌水，涌水量约为2 m³/h，泥沙已由掌子面ZK40+231流至ZK40+216，泥沙高度约2 m。经测定溶腔内水压约为0.53 MPa。根据地质勘察报告，黄土坡1号隧道出口ZK40+231处白云岩和白云质灰岩，岩层倾角从29°渐变为18°，经修正后，岩层倾角为25°。ZK40+170~ZK40+180、ZK40+370~ZK40+380地表发育落水洞，易产生汇水。ZK40+231处隧道埋深为150 m，围岩级别为Ⅳ级，上覆岩层容重均为23.0 kN/m3，侧压力系数为1.26，杨氏模量为1.396 GPa，粘聚力0.54 MPa，内摩擦角33°，泊松比0.32。
（2）溶洞治理方案
① 清除掌子面ZK40+231至ZK40+216泥沙，并做好施工排水措施（图1）。
② ZK40+227~ZK40+231采用洞渣回填至拱顶以下2 m；向溶腔内拱顶以上2 m及拱顶以下2 m泵送C20混凝土，并预留4根Φ110 mm排水管。
③ ZK40+227~ZK40+237采用Φ42 mm超前小导管注浆，并用3.5 mm热轧无缝钢管焊接，钢管尾部焊上6根加筋箍，管壁四周钻8 mm压浆孔。每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架，初期支护完成后，隔2.4 m再打入另一排钢管，超前小导管保持1.0 m以上的搭接长度。
④ 超前小导管注浆采用水泥浆液（添加水泥重量5%的水玻璃），注浆参数如下：
1）水泥浆水灰比：1：1；
2）水玻璃浓度：35波美度，模数2.4；注浆压力：0.5~1.0MPa。
⑤ 注浆完成后，采用上下台阶法进行开挖，施工过程中逐榀进行施工，开挖前先采用长钻杆钻孔探清前方20 m左右围岩情况，观察是否有突泥突水现象，若有此现象，上报处理后再进行开挖。
⑥ 保证该溶洞原流水通道畅通，并在初期支护外缘按纵距2 m埋设4道Φ110mmHDPE双壁打孔波纹管，与洞内永久排水系统相连。
图1溶洞治理示意图
4 结论
完善可溶岩中隧道开挖不良地质体预报处理方案，建立一套行之有效、经济合理的隧道溶洞综合治理方案和体系，从根本上解决具有隐蔽性和突发性的岩溶危害问题，不仅对既有岩溶地区隧道施工具有重要技术价值和经济意义，而且为在建和待建的岩溶隧道的建设提供了重要的理论依据和现实指导。
参考文献：
[1] 李术才，许振浩，黄鑫，林鹏，赵晓成，张庆松，杨磊，张霄，孙怀凤，潘东东.隧道突水突泥致灾构造分类、地质判识、孕灾模式与典型案例分析[J].岩石力学与工程学报，2018，37（05）：1041-1069.
[2] 许振浩，李术才，李利平，隋斌，石少帅.基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估.岩土力学，2011，32（6）：1756-1766.
[3] 杨梨，李涛，袁飞扬，雷梅，杨成艳，郭启利，高颖.岩溶山区不良地质体多重地球物理勘探研究[J].山东工业技术，2019（03）：165-166.
[4] 郭明.隐伏溶洞对隧道围岩稳定性的影响规律及鄂西山区岩溶处治技术研究[D].山东大学，2014.
论文作者:陈禹成1,郭明2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/26
标签：溶洞论文; 隧道论文; 岩溶论文; 注浆论文; 超前论文; 岩层论文; 溶岩论文; 《基层建设》2019年第5期论文;