中铁隧道集团有限公司隧道溶洞处理施工技术张玄

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1、正阳隧道溶洞处理技术熊凯斌（中铁隧道集团有限公司第一工程处，河南 新乡 453000）摘 要 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。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，大大降低隧道使用的可靠度；季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此，制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段极为重要。本文根据溶洞分布形态的不同，结合正阳隧道施工过程中所遇到的溶洞，阐述了不同形式溶洞的处理方法，以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。关键词 隧道 溶洞 处理1 工程概况1.1 设计概况正阳隧道为双洞隧道

2、，由我单位承建的正阳隧道起止里程为：K29+355YK31+000，单线长3258.32 m。隧道左线长1613.32 m，右线长1645 m，设人行横洞和车行横洞各2处。隧道建筑限界宽10.50 m，高5.0 m。隧道净宽10.79 m，净高7.00 m，内净空面积S=64.25 m。1.2 工程地质及水文地质（1）地质构造本段区无大的地质构造，未见地下水位，仅为少量的风化带网状裂隙水，且随季节而变化。岩体结构面主要是层面和平面X节理。在层间错动部位裂隙较密集，局部结构面达4组。（2）水文地质山体碎屑沉积层中主要为隔水的页岩地层，有的地表沟谷有溪水，地下水主要是风化带网状裂隙水。砂岩地层由于

3、裂隙发育，裂隙水相对丰富，在砂岩出露地域，地表有下降泉。碳酸盐岩分布区，岩体中裂隙、岩溶发育，岩溶发育，溶裂隙张开度较大，岩溶裂隙水、溶洞暗河成为地表水排泄，地下水运移的主要通道。裂隙透水性随裂隙的发育情况变化较明显，局部透水性强。（3）特殊地质和不良地质隧址碳酸岩分布区岩溶发育，灰岩纯度较高，岩溶地层为三迭系、二迭系灰岩等。地表岩溶形态主要为溶沟、沟槽及溶蚀洼地，溶沟溶槽出露较广泛，发育良好，溶蚀洼地多被泥土所掩埋。地下岩溶形态为垂直岩溶漏斗、落水洞、岩溶裂隙水平溶洞、暗河等。该隧道地质勘探有很多溶洞，地质复杂。在实际的施工中，目前开挖1600 m，就分布有30多个溶洞，属典型的溶洞群分布隧

4、道。2 溶洞的分布形态岩溶是可溶性岩层(如石灰岩、白云质灰岩等)受具有溶解能力（含CO2）的水的长期作用而产生的。由于溶蚀的形成，位置、塌陷作用的不同，岩溶个体形态、大小也不同。岩溶可概略分为以下几种情况。2.1 按有无地下水（1）溶缝、溶槽、溶洞暗河支岔通道有季节性流水。（2）长年流水。（3）溶洞内无水，其中有充填物或干燥无充填物。2.2 按其出露在隧道洞身部位（1）位于隧道顶部或顶部的一侧。（2）位于隧道的墙部或墙部的一侧。（3）位于隧道的底部或底部的一侧。（4）洞身全部在溶洞或溶洞填充物内穿过。从正阳隧道开挖过程中出现的溶洞看，主要是分布在拱顶、拱腰、拱脚和底板四种，有沿线方向的，有与线

5、路正交或斜交的，溶洞分布的部位不同，对隧道影响也不同。3 施工方法由于正阳隧道出现的溶洞均为干溶洞，无岩溶水，溶洞的处理主要是选用合适的回填加固来进行处理。根据现场不同部位出现溶洞，采取的几种处理方法如下：3.1 拱腰以上的小溶洞处理方案本处理方案主要是针对隧道开挖面外（拱腰以上）的溶洞发育深度小于2.0 m地段，在边墙处发育的溶洞，原则上采用回填方式处理。具体的处理方法如下： 在四周施作1.21.2 m间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1 m。 根据溶洞情况：溶壁稳定时可不回填；不稳定时，二次衬砌施工时可用同级混凝土回填，或预留钢管后泵送C10混凝土回填。 在实际过程中我们考虑了两种方案：一种方

6、案是在初期支护过程中进行回填，二是初期支护时不回填，将溶洞空出，日后施工二次衬砌时在此处预埋钢管，待衬砌砼达到一定强度后通过钢管压入砼填充溶洞。考虑到第二种方案中需要待二次衬砌施工后才能回填，时间等待较长，且容易造成遗漏，决定采用第一种方案。具体方法是，若溶洞有填充物如粘土等，先挖出2米厚的充填物，再喷射C20砼2 m厚，使之与围岩面齐平，然后按照设计进行初期支护，相当于采用C20砼换填溶洞一部分原有充填物；若溶洞为空洞，在距溶洞口2 m处放一挡块，喷射C20砼2 m厚使之与围岩面齐平，再按照设计进行初期支护，2 m以上溶洞区域不必再回填，但应预埋PVC管引至初期支护表面，以随时排出溶洞里可能

7、产生的积水。具体详见图1。图1 拱腰以上的小溶洞3.2 基础及路面下小溶洞处理方案 原则上采取回填的处理方案：采用M7.5号浆砌片石回填，如有充填物，必须挖除。 每隔2m设置一处100HDPE透水管相通。具体详见图2。图2 基础及路面下小溶洞3.3 边墙小溶洞处理方案当隧道边墙悬空时，设钢筋砼或钢轨托梁通过，隧道底部以钢筋砼梁通过，易于施工，质量可靠。隧道全断面位于溶洞内，且溶洞很深不宜回填。变更设计，两侧边墙下设38kg/m旧钢轨束钢筋砼托梁长16m通过。隧底设16m钢筋砼梁跨过。施工时托梁基础和桥台一起施工。 采用M7.5号浆砌片石回填，厚度不小于1.5m。 每隔2m设置一处100HDPE

8、透水管与中心水沟相连。 该处喷射混凝土和钢筋网初期支护可取消。具体详见图3。图3 边墙小溶洞3.4 路基及路面下大型溶洞处理方案本处理方案主要是针对基础及路面以下大型溶洞，采用跨越处理方案：当溶洞较深时，不宜采用堵填封闭的方法，可采用梁、拱跨越，梁端或拱座要置于稳固可靠的基础上，在隧道施工中，以梁跨越较多，且施工较为方便。具体的处理方法主要有以下两种：（1）溶洞在某一方向宽度较窄：处理方法见图4。a 下部全部用浆砌片石或C15号混凝土回填。b 在上部采用C25号钢筋混凝土板跨越，梁高50100 cm，梁板采取现浇的形式。钢筋的主筋（纵向筋）采用25mm的螺纹钢，间距为10cm ；横向筋采用14

9、 mm螺纹钢，间距为15 cm；架立筋采用10 mm的圆钢。搭接长度不小于1 m。c 施工时每2 m预埋100HDPE透水管。（2）溶洞发育相对较宽：处理方法见图5。a 采用设扩大基础或桩基，桩基直径为1.0m；b 在桩基顶面上浇筑C25钢筋混凝土基础梁。基础梁宽度为2.4 m。厚度为80 cm。钢筋的主筋（纵向筋）采用25 mm的螺纹钢，间距为10 cm；横向筋采用14mm螺纹钢，间距为15 cm；筋架立筋采用10 mm的圆钢。搭接长度不小于1 m。c 根据现场实际情况，需要在增加C25钢筋混凝土路面板。d 施工时每2 m预埋100HDPE透水管。图4 基础路面下大型溶洞（一） 图5 基础路

10、面下大型溶洞（二）3.5 拱腰以上的大溶洞处理方案本处理方案主要是针对隧道开挖面外溶洞发育深度大于2.0 m地段，溶洞宽度不小于隧道开挖面的处理方案。具体的处理方法有如下两种：（1）溶洞内无填充物（或可清除）：处理方法见6。图6 拱腰以上大溶洞（一） 在四周施作20MnSi22药卷锚杆，长度L=250 cm，间距为1.21.2 m，锚杆深入岩体不小于1.5 m。 以上施工完后再施作18工字钢，间距50 cm、双层钢筋网（1515cm）、喷射混凝土（厚度25 cm）等。 在初期支护完成后回填碎石或沙袋。 二次衬砌可根据溶洞发育情况，考虑采用钢筋混凝土结构，衬砌厚度为40 cm。 初期支护施工时每

11、2 m预埋100HDPE透水管一处，并与型排水管引出。（2）溶洞内有填充物（填充物不可清除）：详见图7。图7 拱腰以上大溶洞（二） 在溶槽宽度先水平施作423.5 mm超前小导管或108 mm长管棚并注浆，环向间距30 cm。 在四周施作20MnSi22药卷锚杆，长度L=250 cm，间距为1.21.2 m，锚杆深入岩体不小于1.5 m。 开挖采用预裂爆破，施作18工字钢，间距50 cm，注意钢架基脚处适当扩挖，保证基础牢固。 施作锁脚锚杆，铺单层钢筋网（2020 cm），喷26 cm厚混凝土等。 二次衬砌可根据溶洞发育情况，考虑采用钢筋混凝土结构，衬砌厚度为40 cm。 施工时每2 m预埋1

12、00HDPE透水管一处，并与型排水管引出。4 施工工艺根据隧道的开挖情况，出现溶洞后必须立即进行安全防护，初步勘查溶洞的具体大小和走向。可以采用挖机、钢筋和其他进行探明。等四方在现场确定溶洞处理方案后，立即进行施作。溶洞处理流程：作超前地质预报靠近溶洞时改变施工方法发现溶洞、保存现场溶洞勘探、绘制纵断面图、收集原始资料等申请变更制定处理措施溶洞处理。根据隧道开挖出的不同部位出现的溶洞，具体采取如下施工工序：（1）小溶洞：确定溶洞处理方案下发技术交底打设锚杆进行浆砌片石预埋排水软管初期支护（锚杆、钢筋网片和喷射混凝土）。（2）基础及路面以下大溶洞：确定溶洞处理方案下发技术交底清理溶洞两侧的虚渣并

13、用隧道洞渣回填溶洞砂浆找平按照交底绑扎梁体钢筋立四周侧模浇筑混凝土养生按照设计进行隧道找平层的施工。（3）拱腰以上大溶洞：确定溶洞处理方案下发技术交底对溶洞处进行初喷打设超前小导管注浆打设锚杆立工字钢打设锁脚锚杆挂钢筋网片喷射混凝土继续按照预裂爆破进行开挖。5 效果分析在无现成资料借鉴的情况下，我们针对不同的溶洞分布形态采取了不同的处理方式。攻克了大小共30多个溶洞的安全施工。同时，溶洞处理的效果较佳，到目前为止，隧道溶洞处理处无沉降、掉拱、坍方现象的出现。积累了一些资料，锻炼了复杂地质下溶洞施工处理能力。6 结论溶洞是在溶蚀地区山岭隧道施工中经常遇到的一种地质现象，由于其分布的无规律性和其形

14、状、大小的复杂性，决定了在设计阶段不可能全面准确地揭示沿线溶洞的分布情况。溶洞的存在对隧道的施工具有极大的危害性，是一种地质灾害，特别是特大溶洞往往给施工带来严重的阻碍。溶洞的涌水、涌泥是溶洞灾害的主要表现形式，因此，在溶蚀地区山岭隧道施工中必须做好超前地质预报工作，溶洞开挖过程的防护工作以及雨季溶洞涌水、涌泥的防排工作。在溶蚀隧道施工过程中必须注意如下几点：（1）施工前应对地表进行详细的勘查，地表存在漏斗时必须进行地表处理。（2）采用各种方法进行超前地质预报，预知前方是否存在溶洞，基本明确前方溶洞的里程及形态走向等。为此，在施工过程中，必须严格控制每次爆破的进尺。（3）溶洞的处理包括洞穴、溶槽、排水处理、洞内充填物的处理及地表坍塌的处理等，目的是充分保证隧道支护体系的可靠性。（4）由于溶洞大多与地表相通，地表降水极易灌入溶洞，因此溶洞内的涌水量随季节变化比较大，即使对看似无水的溶洞，处理时也应每隔适当距离作泄水盲沟，拱部或全周挂防水板。根据岩溶地区的施工，存在漏斗形的溶洞较多，隧道二衬的防排水显得异常重要，也是防排水最重要的环节。（5）穿越溶洞地段应遵循“短进尺、弱开挖、强支护、紧衬砌”的施工原则。参考文献1、JTJ04294 公路隧道施工技术规范