红梁子隧道溶洞处理工程实例分析

贾进

摘要：隧道建设工程中岩溶是常见的地质灾害，岩溶隧道的溶洞如果处理不当，会给隧道施工和运营带来各种问题和危害。红梁子隧道是贵州水盘高速公路双洞单向交通隧道，在隧道YK42+880处发育一大型溶洞，对隧道影响较大。结合该隧道的溶洞处理工程实例，论述溶洞的处理方法和技术措施，为类似工程的处理提供借鉴和技术参考。

关键词：岩溶隧道；溶洞；处理方法

1前言

我国是世界上岩溶分布广泛的国家，山区隧道建设工程中常常遇见岩溶地质灾害。在我国西南地区，碳酸盐类、硫酸盐类及卤盐类可溶岩广泛分布。贵州地处世界三大卡斯特集中分布之一的东亚片区中心，在碳酸盐广泛分布的地质环境和温暖湿润的季风性气候背景下，全省卡斯特地貌面积约占73%，是卡斯特发育最强，面积最大的地区。随着我国社会经济的快速发展，国家将交通建设的重点向西部地区转移，由于高速公路的快速发展，为了克服高差，获得良好的线性，高速公路网的建设必须面临大量的隧道工程，公路隧道的发展随着交通建设的发展而不断增加。

在岩溶发育的卡斯特地区修建高速公路时，隧道常遇到发展或者衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞。由于岩溶地质的复杂性、差异性及高风险性，岩溶地层的隧道施工始终是隧道建设的一项关键技术[1]。一般溶洞规模大，洞内填充物较松软，基础处理工程耗资大，修建困难，该类型溶洞隧道的处理应本着“确保隧道的衬砌结构有足够的安全保证、在可预见期内洞穴的稳定性有保证、原有水流通道不会被阻断、方案比较经济适用”的通用原则[2]，可采用换填、桩基及注浆等处理措施以加固周围岩体。

本文以贵州境内六盘水至盘县高速公路红梁子隧道为例，对岩溶地区隧道的溶洞处理工程进行探讨，以提供一定的工程实践参考。

2隧道概况

六盘水至盘县高速公路红梁子隧道位于水城县营盘乡兰花村境内。红梁子隧道为起讫桩号为ZK42+480～ZK43+957，L=1477m；YK42+425～YK43+965，L=1540m。 本隧道为双洞单向交通隧道，左右线测设线间距16.5～24.5m，隧道左右线六盘水和盘县端洞口均位于直线段上；左线出口段洞身曲线半径为R＝950m，路面最大超高为-3％；右线出口段曲线半径为R＝1100m,路面最大超高为3％。 隧道左线为单向坡：+2.86%；右线为单向坡：+2.86％隧道区属溶蚀构造中山区。隧道左线六盘水端自然坡度在20-40°，右线六盘水端自然坡度在15-25°，盘县端自然坡度在75-80°。隧道出口靠近陡峭的山崖下斜坡中部，洞门与地形线斜交，隧道出口位于地形陡峭的悬崖底部。洞门与地形线正交，山体表层植被覆盖率低，灰岩大多裸露。

红梁子隧道里程桩号YK42+880~YK42+790原设计为IV级围岩，衬砌支护形式为S4d复合式衬砌。掌子面开挖施工至YK42+880里程处时，在掌子面正前方出现一个大型溶洞（图1），该溶洞规模较大，并且历时久远。

图1 溶洞平面示意图

3溶洞地质特征

3.1 区域地质构造

隧道场地中溶洞区围岩为灰岩，受区域性兰花菁断裂（F1）的影响，灰岩中垂直向与水平向节理裂隙发育，多数呈闭合状，少数呈张开状，且发育成垂向溶洞。根据本次调查，该溶洞地表为亚粘土及碎石土，覆盖层厚度约3-8m，地表未见与该溶洞有联系的岩溶现象。隧道左幅ZK42+900左约45m处，有一条南东转北西向溶洞，延伸约70m， 最大宽度（洞口）9.5m，最小宽度约0.5m，最大高度（洞口）约35m，最小高度约1.9m，进入洞内70m后沿85°方位角向上延伸约25m，再垂直向下呈张开裂隙状，人无法进入其中，深度不详，推测与Y42+880大溶洞相连。

3.2 水文地质条件

隧道场地中溶洞区地表水贫乏。

场地内地下水类型主要为孔隙水和岩溶裂隙水。孔隙潜水主要赋存在第四系亚粘土层中。第四系分布广泛，但厚度小，地下水量贫乏。岩溶裂隙水主要赋存于灰岩溶蚀裂隙中。隧道场地内溶洞区溶蚀裂隙发育，岩石完整性较差，含岩溶裂隙水，水量较贫乏，但季节性变化十分明显，雨季时水量较大，干旱季节枯竭。本次调查时有少量滴水现象。

场地内地下水主要接受大气降水和地表水垂直补给。隧道中溶洞区地表水欠发育，冲沟中均为季节性溪流。根据调查，该区内冲沟，仅在暴雨季节才有雨水流出，但时间很短，一般在一天左右溪沟内水流消失。本次调查时未见地表水。

场地内地形切割强烈，地下水位埋深较大。场地内地下水排泄方向受地形和构造发育方向控制，由高向低迳流，大部份地下水排入场地南侧及北东侧冲沟中，最终汇入北盘江。

3.3 地勘结果

经过对溶洞实地进行地质雷达探测并结合地质钻孔勘察后，地勘资料显示：

1）红梁子隧道左右幅里程桩号K42+880~K42+855段从设计隧道路面标高以下9m范围皆为黄色淤泥质粘土，软塑状，可搓条，扣除路面、仰拱及仰拱回填高度1.9m，基底下淤泥7.1m厚。

2）整个红梁子隧道右幅在溶洞之内，该溶洞纵向向小里程方向延伸发育约90m，横向向两侧发育，横向宽47-63m。路线右侧超出边墙开挖轮廓线4-6m，路线左侧超出边墙开挖轮廓线15.4-24.3m，两个隧道间净距15.4m，左幅隧洞右半部基本也在溶洞之内。

3）该溶洞纵剖面上呈阶梯状，主要由两个台阶构成：

桩号YK42+880~YK42+855为第一台阶（溶洞充填区），由软塑状淤泥质粘土构成，台阶高出隧道设计路面约1.2m，溶洞充填区纵向长约25m，横向宽约37m，溶洞充填物较深，该段拱顶溶洞空腔高度约1.2-2.5m；

桩号YK42+855~YK42+790为第二台阶，表面主要为钟乳石石质结构，二级台阶中部有宽20m，长约30m米的岩溶发育区段，台阶高出隧道设计路面标高4-11m，沿小里程方向呈上升趋势，逐步与溶洞顶部围岩汇合连接，该段拱顶溶洞空腔高度约3-5m。

4）YK42+830~YK42+810段右侧边缘，发现三个小型溶洞，洞宽2-3m，洞高0.5-1m。向西走向285°方向，向下延伸，洞内可见长度大于50m，为溶洞内的地下水通道。

5）溶洞顶板岩层产状很平缓，节理裂隙及岩溶发育，局部存在张开裂隙及小溶洞空腔，并有滴水，整个溶洞内布满钟乳石。其中YK42+833~K42+853段，由于垂直向与水平向节理裂隙发育，受节理切割，溶洞顶板分布有几组走向145°的横向宽约40m，厚约1.5-2m，呈微张状的危岩体，稳定性较差，易产生塌落。

4溶洞处理方案

根据实地勘察资料，针对红梁子隧道右幅溶洞的具体问题，经过各方共同认真分析研究，形成了如下处理方案（图2）：

1）为了保证洞内的施工安全及结构安全，右幅红梁子隧道YK42+880~YK42+790段支护形式调整如下：采用明洞直墙式支护形式，初期支护调整为I20a工字钢（纵距50cm，仰拱部位不封闭成环），外铺φ8钢筋网一层；采用无纺布及石棉瓦遮挡，在内侧施作26cm厚的喷射砼，形成第一层保护层；取消系统锚杆。二次衬砌由40cm厚调整为80cm厚（45cm厚的C25钢筋砼+35cm厚的C25模筑砼），40cm厚的C25模筑砼仰拱调整为45cm厚的C25钢筋砼仰拱。

YK42+880~YK42+855段周边裸露，没有围岩受力，因此在拱脚部位左右侧各增设M7.5浆砌片石挡墙一道（长25m、高2.0m、宽1.5m）对初支进行加固。