溶洞的形成及對隧道的影響

　　溶洞是地表水和地下水對溶性巖層經(jīng)過(guò)化學(xué)作用和機械破壞作用而形成的地下溶蝕現象。巖溶對隧道的影響主要表現為是結構物部分及全部懸空，降低隧道使用的可靠度；季節性的巖溶洞穴涌水，給隧道施工和體系帶來(lái)不安全和不穩定因素；塌方冒頂是指隧道施工中，山體上部巖層自然塌落的現象。是隧道開(kāi)挖施工后，原先平衡的山體壓力遭到破壞而造成的。因此，制定合理、科學(xué)、有效的溶洞、塌方處理方案對隧道順利穿越巖溶地段非常重要。本文根據廈蓉高速公路榕江格龍至都勻段BT16合同段上寨隧道隧道施工溶洞、塌方處理情況，介紹相關(guān)處理方法。

　　一、工程簡(jiǎn)介

    廈蓉高速公路榕江格龍至都勻段上寨隧道全長(cháng)2727m，隧道設計為雙洞四車(chē)道，單洞凈寬11.25m，凈高7.1m。右洞起訖樁號YK170+917-YK172+644；該隧道地處云貴高原東南緣，苗嶺山脈與廣西北部九萬(wàn)大山的銜接地帶，總體為西高東低，地貌以低山為主，次為丘陵和中山。地貌類(lèi)型為溶蝕，侵蝕地貌，屬淺、中至深切割中低山及高山區。峽谷深切，河道彎曲，山峰與河谷相對高差較大，且岸坡陡峻，溝壑縱橫。沿線(xiàn)地層復雜，巖性多樣。巖性主要為白云巖、漂卵石土、亞砂土、碎石土等。路線(xiàn)經(jīng)過(guò)區域地質(zhì)構造運動(dòng)較強烈，褶皺和斷層發(fā)育，地質(zhì)構造復雜，巖石較破碎。該隧道巖溶發(fā)育為厚層—塊狀石灰巖、白云巖灰巖區，地表發(fā)育巖溶地貌，地下發(fā)育溶洞、落水洞、暗河、溶孔及溶隙。

　　二、溶洞概況

　　1.上寨隧道右線(xiàn)YK171+128掌子面前方圍巖溶蝕發(fā)育，發(fā)育有較大溶洞、鈣化、石鐘乳和鐘乳石，溶洞順路線(xiàn)前方及右下方分布，形成長(cháng)條狀溶洞（由于溶洞內地形復雜，無(wú)法探測具體溶洞長(cháng)度及深度）。

　　2.上寨隧道右線(xiàn)YK171+341.2掌子面左上方拱頂溶洞坍塌，溶腔涌水，形成錐形空腔（弧長(cháng)6m*縱長(cháng)3m*高5～8m）；右線(xiàn)YK171+341.2位置的洞頂原地表塌陷，形成（長(cháng)7m*寬6m*深9m）錐型坑洞，塌陷區位于山谷沖溝，危及隧道安全。

　　3.上寨隧道右線(xiàn)YK171+340～YK171+348段為斷層，并伴有溶洞、孤石、崩塌體和涌水現象，順路線(xiàn)前方發(fā)育。造成YK171+341.2掌子面左上方拱頂溶洞坍塌，YK171+345掌子面正上方拱頂溶洞坍塌，洞頂原地表塌陷，雖采用強支護施工到目前掌子面，但因溶腔內孤石脫落，導致該段拱腰至拱腳初支出現開(kāi)裂，目前YK171+348掌子面右側拱頂和左側拱腳又出現溶洞（暫時(shí)無(wú)法確定溶洞大�。�，左側拱腳洞內有氣流，圍巖極為破碎、松散，巖體自穩能力差。

   三、處理方案

　　1.處理方案選擇原則。（1）安全性。確保施工安全與運營(yíng)安全，圍巖累計變形量不大于10cm，襯砌完工后隧道不滲不漏。（2）可操作性強。要充分考慮現場(chǎng)機械裝備狀況和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。（3）靈活性好。根據斷面形狀和尺寸，因地制宜地選擇施工方案，而不局限于一種固定的模式，一旦一種方案不能實(shí)時(shí)或實(shí)時(shí)效果差時(shí)，能較好地轉換為替代方案。（4）具有可連續性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進(jìn)行施工工藝、工序的轉換。（5）經(jīng)濟性強。即在保證安全、質(zhì)量并不破壞環(huán)境的條件下的投入最節約。（6）處理施工方案科學(xué)。首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，然后施做套拱和超前大管棚，保證正洞開(kāi)挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌體，進(jìn)入隧道正常開(kāi)挖、支護工序，并對隧道基底進(jìn)行注漿加固處理；溶洞段通過(guò)后，進(jìn)行拱部坍腔回填處理。

　　2.考慮到隧道上方和下穿溶洞的影響，決定將YK171+128-YK171+148段的支護參數定為S-IV1（原設計支護參數為S-IV2，地質(zhì)超前預報建議支護參數為S-IV1），上寨隧道右線(xiàn)YK171+128溶洞處理方案：拱部以上（上導洞）空溶洞，采用泵送C25混凝土護拱，護拱厚度2米，以加強護拱，上空腔部分做排水處理（設置3根Φ100mm雙壁波紋管，波紋管長(cháng)度根據現場(chǎng)溶洞位置確定）。

　　S-IV1支護的具體參數為：噴射C20混凝土（厚度24cm），Φ25中空砂漿錨桿（長(cháng)度3.5m，間距1.2m×0.6m），Φ50×4超前小導管（長(cháng)度4m，間距2.4m×0.4m，拱部140度范圍內），Φ8鋼筋網(wǎng)（間距0.2m×0.2m），I18b工字鋼（間距0.6m，拱、墻），50cm厚二次模筑C25鋼筋混凝土襯砌，預留變形量0.12m.施工過(guò)程中應做好綜合超前探測工作，及時(shí)了解巖溶發(fā)育程度、走向狀態(tài)、水量大小等情況等。

　　3.上寨隧道右線(xiàn)YK171+341.2掌子面錐形空腔處理：空腔臨空面處理采用厚10cm噴射C20混凝土封閉，腔內采用泵送C25混凝土回填，厚度2m，環(huán)向拱腳至拱腰采用Φ50×4小導管（長(cháng)度4.5m），1.5m×1.5m梅花形布置，并注水泥漿（水泥漿按實(shí)際施工工程量確定）進(jìn)行加固，空腔口采用I14b工字鋼縱向布置形成拱架，長(cháng)度3m，間距20cm，其余采用吹沙回填密實(shí)，空腔做排水處理（設置2根Φ116mm雙壁波紋管，波紋管長(cháng)度根據現場(chǎng)溶洞位置確定）；上寨隧道右線(xiàn)YK171+341.2位置的洞頂原地表塌陷，形成（長(cháng)7m×寬6m×深9m）錐型坑洞，塌陷區位于山谷沖溝，危及隧道安全。經(jīng)過(guò)現場(chǎng)討論，確定塌陷區處理方案：征用塌陷區處治工程所需山地、田地；錐型坑洞先采用碎石土回填，再采用C25混凝土封閉，厚0.5m；山谷沖溝并采用（長(cháng)120m×寬0.6m×高0.8m×厚30cm）M7.5漿砌片石改溝。

　　4.YK171+341.2-YK171+348段采用Φ50X4徑向小導管，固結圍巖（長(cháng)度6m，環(huán)向1.2m，縱向0.6m），左側拱腰至拱腳范圍；YK171+340-YK171+348段采用Φ50×4鎖腳小導管（長(cháng)度6m），左側拱腰和拱腳兩處；YK171+340-YK171+348段在原初支上每?jì)砷�型鋼之間增加一榀進(jìn)行加固，保證圍巖穩定性；YK171+348掌子面前方采用47根Φ89×8超前管棚支護（長(cháng)度暫定9m，若有條件，可視實(shí)際情況調整其長(cháng)度，環(huán)向間距30cm），并注水泥漿（水泥漿按實(shí)際施工工程量確定），縮短型鋼間距，換系統錨桿為小導管，施工中預留沉降量，加強二襯，及時(shí)跟進(jìn)至掌子面；YK171+348掌子面下方基礎的空洞先填充，后灌注混凝土，保證密實(shí)度；

　　四、結束語(yǔ)

　　通過(guò)以上處理措施的實(shí)施，安全通過(guò)了溶洞，經(jīng)量測表明，該段下沉、收斂情況穩定，支護結構表面無(wú)明顯滲漏水現象。運用上述方法，對上寨隧道開(kāi)挖過(guò)程中所遇到的溶洞進(jìn)行了處理，處理效果好、施工進(jìn)度快、工程成本低、安全性高。在今后的巖溶隧道施工中，應加強地質(zhì)超前預探、預報工作，對隧道前方巖溶進(jìn)行準確預測，并提前做好穿越巖溶溶洞的應急預案，防止大面積塌方和涌水的發(fā)生。