李杰科 付立勇

溶洞的处治是喀斯特岩溶区隧道工程建设的一大难点，溶洞内的悬空结构、填充物渗漏、季节性集中降水等不良因素会导致隧道施工存在困难，处治不当极易引起洞身冒顶、崩塌、偏压、突泥涌水、变形量过大等地质灾害，严重影响隧道施工安全、质量和进度。文章结合广西崇左至水口高速公路隧道施工过程遇到的溶洞及其处治方案，探讨喀斯特岩溶区溶洞形成机理，分析隧道溶洞处治的原则和措施，以期对溶洞处治的设计与施工提供借鉴。

隧道;溶洞;回填;跨越;技术

U459A230744

0 引言

喀斯特又称岩溶，是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称。除溶蚀作用以外，还包括流水的冲蚀、潜蚀以及坍塌等机械侵蚀过程。我国喀斯特地貌分布广、面积大，较著名的区域有广西、云南和贵州等省（区）。

溶洞的处治是喀斯特岩溶区隧道工程建设的一大难点，溶洞内的悬空结构、填充物渗漏、季节性集中降水等不良因素会导致隧道施工困难，处治不当极易引起洞身冒顶、崩塌、偏压、突泥涌水、变形量过大等地质灾害，严重影响隧道施工安全、质量和进度。本文结合广西崇左至水口高速公路隧道施工过程遇到的溶洞及其处治方案，探讨喀斯特岩溶区溶洞形成机理，分析隧道溶洞处治的原则和措施，以期对溶洞处治的设计与施工提供借鉴。

1 工程概况

广西崇左至水口高速公路是广西高速公路网规划“六横七纵八支线”中“横六”合浦至那坡高速公路的重要组成部分，全长94 km，共设隧道2座。其中特长隧道1座长3 011 m，隧址区岩性以灰岩为主，地质构造主要表现为断裂构造网状发育，围岩稳定性差。地质勘探资料显示，隧址区钻孔遇溶率为42.85%，钻孔线溶洞率为12.22%～44.20%。实际施工过程中隧道内共分布大小溶洞50余处，其中大型溶洞6处，属典型的溶洞群分布隧道。

2 溶洞的形成机理及分布形态

溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间，是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分之一是难溶于水的固体（CaCO3），其在水（H2O）、二氧化碳（CO2）环境下发生化学反应转化成可溶性的无机酸式盐碳酸氢钙[Ca（HCO3）2]，化学方程式为：CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2。由于石灰岩层各部分石灰质含量不一致，被侵蚀的程度各异，就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态的溶洞。

溶洞在隧道开挖断面的分布位置及形状大小呈现随机性，不同位置、不同大小的溶洞对隧道结构的影响各不相同。根据隧道断面结构，溶洞分布形态基本可划分拱顶、拱腰、拱脚、底板四处代表性部位。由此，应对症下药，研讨相应的处治技术方案。

3 隧道溶洞对隧道施工及后期运营的影响

喀斯特岩溶区隧道施工过程中若遇溶洞，可能会发生冒顶、突泥涌水、塌方等地质灾害。受净空及其他洞内条件的制约，大型或常规施工机械无法进场，甚至部分工作只能依靠人工小规模开展，易造成人员伤亡，施工设备严重损坏，既增加隧道的施工难度，延长施工工期，又大量增加施工费用。

此外，倘若隧道溶洞处治不恰当，会对高速公路后期运营带来很大危害。溶腔涌水会导致二衬渗漏水，隧道路面水毁损坏;回填不密实会导致路面、二衬不均匀沉降开裂变形，使路面跳车影响行车安全，甚至会导致隧道坍塌，道路中断，造成极大的不良社会影响，而且二次处治费用相当高昂。

因此，如何处治所遇到的各种溶洞，已成为修建隧道的关键问题之一。

4 隧道溶洞处治的基本原则

本线路隧道所遇溶洞基本为干溶洞或填充型溶洞，个别溶洞有少量水流。对位于开挖轮廓线外一倍洞跨内的溶洞，处治的基本原则是强调一溶洞一方案设计的针对性，在确保安全性的前提下，兼顾经济适用性。根据开挖后的实际地质情况，结合超前地质预报与监控量测报告，对隧道围岩级别作适当的调整，采取封堵、加固措施进行处治：（1）清除溶洞内松散充填物，采用喷、锚、网及钢筋束对溶洞壁进行封锚加固;（2）在隧道开挖范围外采用浆砌片石回填;（3）当溶洞底有水流时，需确保水系不变，采用涵洞或桥梁跨越。

5 隧道溶洞处治技术方案

5.1 干溶洞或填充型溶洞回填处治

5.1.1 拱顶溶洞回填处治

溶洞分布在拱顶（见图1），若溶洞有黏土等充填物，需在钢拱架防护下挖除3 m厚充填物;若溶洞无充填物，则依次施做初期支护、二次衬砌。注意在溶洞位置预留2根分别突出开挖轮廊线外1.5 m、3.0 m的钢管作为混凝土泵送通道，待二次衬砌混凝土达到设计强度后，以每层厚度≤1.5 m，分层泵送3 m左右C30混凝土回填溶洞，且应在前一层混凝土强度达到70%设计强度以上方可进行后一层混凝土的泵送。为及时排除溶洞内随时可能产生的积水，应预留110 mmHDPE双壁波纹管与隧道防排水系统连接。

5.1.2 拱腰溶洞回填处治

溶洞分布在拱腰，横向外侧发展（见图2），若溶洞有黏土等充填物，需清除松散充填物;若溶洞无充填物，则对深度≤2 m的溶洞，施作初期支护、二次衬砌后，直接利用C30混凝土分层泵送回填;對深度>2 m的溶洞，在开挖轮廊线1.5 m以外范围回填片石，依次施作初期支护、二次衬砌。注意在溶洞位置预留C30混凝土泵送钢管及110 mmHDPE双壁波纹管，做法与拱顶溶洞处治要求类似。

5.1.3 拱脚溶洞处治

拱脚溶洞（见图3）对隧道施工影响较大，特别是在Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩台阶法施工过程中，严重的情况下可造成拱脚局部失稳直至基底整体剪切失稳。拱脚沉降和水平收敛是隧道施工大变形控制的关键，本隧道采用台阶法施工，以下分别对上、下台阶的受力工况进行阐述：

（1）溶洞分布在上导洞拱脚

当溶洞分布在上导洞拱脚处，且溶洞向下侧发展时，出于下导洞开挖的需要，溶洞下部暂不必回填，但必须对同水平及上侧空洞进行回填，可在上导洞拱脚处溶洞上方并排横铺工字钢2根，工字钢两端嵌入围岩≥0.5 m，作为钢拱架支撑。将钢拱架按设计间距立于架设稳固的工字钢之上，通过焊接方式使两者连接成整体。溶腔采用泵送C30混凝土方式填充，当溶腔较大时，开挖轮廊线1.5 m以外范围可回填片石。预留110 mmHDPE双壁波纹管排水。

（2）溶洞分布在下导洞拱脚

当溶洞分布在下导洞拱脚处时，若溶洞有黏土等充填物，需进行清除。若溶洞无充填物，则在溶洞底部自下而上至离拱脚3 m处分层回填片石，并压浆固结。上部3 m内分层采用C30混凝土浇筑，振捣密实。若溶洞向下发展较浅，对溶洞内充填物进行清理后，可直接分层浇筑C30混凝土回填。

5.1.4 底板溶洞处治

隧道底板出现溶洞（见图4），首先应清除充填物，采取超前地质预报等手段探明溶洞底部持力层厚度是否达到设计要求。若持力层不达到设计要求，则采用钻孔注浆技术，充填、置换处理溶洞，使下部溶腔内水泥混合体凝固后强度提高，以达到持力层补强的目的;或考虑采用梁板跨越。在持力层满足要求的前提下，底板溶洞向下发展较浅时，可自下而上分层回填片石，压浆固结，上部1 m采用C30混凝土分层浇筑。

5.2 流水溶洞跨越处治

上金隧道左洞开挖至桩号KB25+220～226段，左侧揭露溶洞。溶洞位于左侧下台阶，洞口长度约6 m，宽度约6 m，深度约12 m，腔体呈葫芦状。通过现场勘查和材料分析，溶洞正好处于一个主断层和一个小断层交接处。溶洞横向向左延伸至附近的左江，溶洞揭露部分属溶洞右侧端头，基底普遍黏土夹碎石，局部集中堆石，存在少量常年流水，流水水位呈季节性涨落。如图5所示。

当隧道遇到大型溶洞，底部有水流时，需确保水系不变，采用桥梁方式跨越溶洞。施工前，需对溶洞周边安全施工环境进行全面排查，路线范围内溶洞壁采用挂钢筋网（8 mm钢筋网片20×20 cm）喷射厚度≥10 cm的C25混凝土进行防护。鉴于本溶洞各方向发育相对较宽，采用垂直于道路中线的扩大基础式横向C30支撑墙，上方架设高度为120 cm的C40梁板跨越。C30支撑墙基础基底根据开挖的基岩分布状况调整，使基础底面落在完整的基岩上，且基础下方5 m范围内无溶洞。基础与基岩、每层混凝土之间采用42×4 mm固脚钢管连接，固脚钢管按梅花型布置，纵横向间距均为50 cm。支撑墙实际高度根据现场实际调整。作为支承，梁板内侧搭接于完整基岩上，梁板外侧与支撑墙整体浇筑，梁板纵向两端与完整基岩搭接宽度≥1 m。梁板预埋110 mmHDPE双壁波纹管透水。如图6所示。

6 结语

通过应用以上喀斯特岩溶处治技术方案，攻克了50余处隧道溶洞，当前崇左至水口高速公路2座隧道圆满地完成了开挖、支护任务。从岩溶处治的效果来看，隧道洞身冒顶、崩塌、偏压、突泥涌水、变形量过大等地质灾害得到了较好地控制，在很大程度上降低了因岩溶地质灾害造成的施工安全风险。初支体系和二次衬砌结构性能可靠，满足设计使用要求，有效保证了隧道施工质量和进度。

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