岩溶地区隧道溶洞处理技术

文章编号：
1009-6825（2015）11-0184-03岩溶地区隧道溶洞处理技术
收稿日期：
2015-02-10 作者简介：李 伟（1981-），男，工程师
李 伟
（中铁十五局集团第一工程有限公司，陕西西安 710018）
摘 要：针对渝湘高速中兴隧道几处典型的岩溶地质分布情况，提出了各种岩溶地质条件下的溶洞处理措施并总结出具体的施工经验，以确保隧道结构稳定和施工安全。

关键词：公路隧道，溶洞，防排水，处理措施中图分类号：P642.25
文献标识码：A
0 引言
渝湘高速公路中兴隧道（K50＋064.58 K56＋170）全长6105.42m ，位于重庆市武隆县境内乌江北岸，是全线第一长隧道。

隧道区属乌江侵蚀河谷发育的峡谷溶蚀、剥蚀中低山区，地势陡峭，沟谷深切，属单斜构造，地表分布有众多岩溶洼地、漏斗、落水洞等，为岩溶的主要补给区。

隧道最大埋深1000m ，穿越地层依次为第四系全新统、三叠系中统雷口坡组、三叠系下统嘉陵江组、三叠系下统飞仙关组、二叠系上统长兴组、二叠系上统吴家坪组、二叠系下统茅口、栖霞、梁山组以及志留系和奥陶系，岩性主要为石灰岩、页岩和砂岩，地下水主要为岩溶水和基岩裂隙水，是典型的岩溶发育区。

1 溶洞分布及基本情况
中兴隧道在施工过程中先后揭示了多处大溶洞和岩溶裂隙（图1为中兴隧道主要溶洞分布平面示意图），大致可分为三种溶洞类型：大型溶洞伴有突泥突水、岩溶裂隙涌水和溶腔。

各个溶洞的形态及涌水状况描述如下：
K54＋919：开挖至掌子面发生突泥突水，持续2ｈ，突泥突水
量约15万m 3。

掌子面左下角有一个向左上方延伸的分支大溶洞，底部溶腔直径约6m ，向上方延伸的溶洞直径约3m ，向左边
延伸的溶洞直径约2.0m ，溶洞深度无法探明。

K54＋380：掌子面右下侧3m ˑ3m 范围内共11个探孔出现压力水，持续时间约60ｈ。

揭示一直径约1m ˑ2m 的溶洞，沿右侧墙脚下方向小里程方向斜向外延伸，溶洞出水量约为600m 3／ｈ，遇暴雨溶洞出水量剧增。

K56＋070，ＺK55＋974：该两处上导坑开挖时出现溶洞，伴有
大量涌水。

右洞溶洞处于右侧边墙斜向下延伸，溶腔直径约3m ，左洞溶洞处于隧底中心，竖直向下延伸，溶腔直径约1m ，两溶洞涌水持续26ｈ，经探测，两个溶洞互为连通。

图1中兴隧道溶洞分布示意图
彭水
隧道左洞中线
隧道右洞中线
武隆
K 53＋890溶洞K 54＋063溶洞
K 54＋380溶洞
K 54＋919溶洞
K 56＋070
溶洞
ＺK 55＋974
溶洞
K53＋890：掌子面施工超前探孔时，向左下角探孔突然出现大
量喷水，喷水射程约30m ，喷水持续240ｈ，喷水量约4000m 3／ｈ。

释放完毕后揭示一溶槽直径约1.5m ，沿掌子面左下角向前延伸，
长度无法探明。

K54＋120 K55＋300：该段有6处掌子面开挖后出现多处股状压力水喷出，拱顶及边墙均有大量裂隙出水，呈线性雨状，且持续时间长。

K54＋063：掌子面右侧出现高压力水，喷水射程达15m 左右，喷水持续120ｈ。

掌子面右侧揭示一溶槽纵向沿边墙斜向小里程方向向上延伸，溶槽最大可见深度约4m ，宽度约2m 。

1.1 溶洞系统特征
根据地质构造和气候综合影响情况及相应的环境特征，
隧道受的力在随之减少（见图3）。

当搭设到150m 时，仍可承受0.25kＮ／m ˑ150m =37.5kＮ的力，所以搭设150m 高时仍是安全工作状态（塔梯每隔4.5m 需附着）。

4 结语
通过十字盘塔梯在黄韩侯铁路简支桥梁高墩中的应用，解决了高墩数量多，工点分散，安装施工电梯成本高，搭设脚手架人型步梯费时费工，投入材料大成本高等难题，对加快施工进度、节约施工成本起到巨大作用，为类似工程施工提供借鉴经验。

Cｒｏｓｓｔｒay ｔｏwｅｒｌaｄｄｅｒaｐｐｌｉｃaｔｉｏｎｉｎｒaｉｌway ｈｉgｈｐｉｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
Waｎg Fa ’aｎ
（China Railway Twenty Bureau Group Third Engineering Co.，Ltd ，Chongqing 400000，China ）
Ａｂｓｔｒaｃｔ：Tａkｉng tｈe sｉmpｌy sｕppｏrted brｉdge ｈｉgｈpｉer cｏnstrｕctｉｏn ｏf Hｕａng-Hａn-Hｏｕrａｉｌwａy bｕreａｕａs ａn exａmpｌe ，tｈrｏｕgｈtｈe scｈeme cｏm-pａrｉsｏn ａppｌｉed tｈe crｏss pｌａte tｏwer ｌａdder tｏvａrｉａbｌe crｏss-sectｉｏn tｈｉn-wａｌｌed ｈｏｌｌｏw ｈｉgｈpｉer cｏnstrｕctｉｏn ，tｈe crｏss pｌａte tｏwer ｌａdder ｉnstａｌ-
ｌａtｉｏn key tecｈnｏｌｏgy ｉs presented ，ａnd tｈe crｏss pｌａte tｏwer ｌａdder ｉnstａｌｌａtｉｏn effｉcｉency ｉmprｏved sｉgnｉfｉcａntｌy ，redｕced tｈe cｏnstrｕctｉｏn cｏst ，
ａcｈｉeved gｏｏd ecｏnｏmｉc ａnd sｏcｉａｌbenefｉts.
Kｅy wｏｒｄｓ：crｏss pｌａte tｏwer ｌａdder ，ｈｏｌｌｏw ｈｉgｈpｉer ，ｉmprｏve effｉcｉency ，redｕce cｏst
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481·第41卷第11期
2015年4月
山西建
筑SHAＮＸI ARCHITECTＵRE
Ｖｏｌ.41Ｎｏ.11
Apr. 2015
区所穿越的岩溶属深谷洞穴系统模式，具有以下特征：
1）有近于垂直通道如落水洞、漏斗等存在，其深度较大；
2）溶洞中地下水具有较大的坡降，水压力较大；3）近于水平岩溶通道存在；4）洞穴系统出现垂直的多层结构；5）溶洞系统的地下水补给主要依靠落水洞、岩溶漏斗，受大
气降水补给明显。

1.2 溶洞涌水特征
在施工过程中，共发生5次特大涌水，其特点是来势凶猛，涨水速度快，涌水量大，尤其是强降雨天气直接影响溶洞的涌水量。

2008年7月武隆地区普降暴雨，日降雨量达到200mm ，隧道溶洞出水暴涨，导致隧道施工中断近一个月，严重影响了施工进度。

2 溶洞的处理2.1 大型溶洞的处理
对于K56＋070，K55＋974，K54＋919，K54＋380，K53＋890五个大型溶洞段的隧道洞身采取调整围岩级别和支护参数的措施，以确保隧道结构安全。

具体处治措施如下：
隧道开挖断面由原设计断面外轮廓扩大为洞口加强段开挖轮廓，初喷混凝土厚度25cm ；初期支护采用18号工字钢作为支撑拱架，0.6m ／榀，全断面设置；拱墙设置φ8钢筋网，间距为20cm ˑ20cm ；拱墙设置φ25中空注浆锚杆，每根长度为5m ，环向ˑ纵向间距为1.2m ˑ1.2m ；二次衬砌改为钢筋混凝土衬砌，
厚度60cm ，施工时先在溶腔内做支撑模板，以避免混凝土堵塞溶洞而影响溶洞排水。

溶腔内壁采取封闭围岩的方法进行处理，先在溶腔内壁施打φ22砂浆锚杆，
梅花形布置，间距1.2m ，每根锚杆长2.5m ，然后再挂设φ8钢筋网片，最后喷射5cm 厚混凝土将围岩与空气隔绝，防止其因水流或空气作用而出现掉块乃至坍塌（见图2）。

图2K54+919溶洞处理断面图
溶洞
5cm 厚喷射耐腐混凝土
2m 厚C25钢
筋混凝土封堵墙下部与引水洞连通
隧道中线
φ22砂浆锚杆φ8钢筋网片
开挖轮廓线
18号工字钢拱架φ25中空注浆锚杆φ8钢筋网片
25cm 喷射耐腐混凝土钢筋混凝土二次衬砌
预留变形量防水板＋无纺布
2.2 岩溶管道及裂隙处理
对于K54＋120 K55＋300段岩溶管道及裂隙采取增加砂浆锚杆、钢筋网片、格栅拱架等加强支护的措施进行处理。

在加固初期支护的同时，将排水设施一同施工，以达到加固和排水的目的。

2.3 一般溶槽处理
K54＋063在开挖时出现压力水，属于溶槽内存积大量的水压
力所引起的；开挖泄水之后，该溶槽深度范围可见，且没有出水现
象。

针对该类溶槽，首先在溶槽内壁喷射5cm 厚的混凝土以封闭围岩面，使其不再受到空气和水的侵蚀，然后再回填混凝土，确保其不会发生坍塌。

3 隧道防排水处理
岩溶发育地段的隧道，对岩溶水的整治采取“堵、截、排、防”相结合的综合治理措施，以排为主，排堵结合。

3.1 大型溶洞防排水处理
由于隧道历次涌水主要来源于K56＋070，K55＋974，K54＋
919，
K54＋380，K53＋890五个大型溶洞，突发性强，水量大，且溶洞涌水与大气降水联系密切，采取集中排水为主的方案。

中兴隧
道设计最大涌水量为89000m 3／d ，但经过长达一年的水文观测，隧道最大涌水量为250000m 3／d ，远远大于隧道原有设计排水量，
施工过程中部分初期支护和仰拱被胀裂，鉴于此特殊情况，为确保隧道初期支护及二次衬砌安全，采取在隧道主洞之间增设泄水洞的方案来排泄几个大型溶洞的涌水。

泄水洞位于隧道两主洞之间正下方，长1800m ，断面2.5m ˑ3m ；在每个溶洞处设置横洞与引水洞相连，引水洞与隧道洞口一4m ˑ4.5m 钢筋混凝土盖板涵连通，确保隧道内涌水顺利排出（见图3）。

图3大型溶洞排水系统处理示意图
隧道中
线
隧道中线
支洞
排水
引水洞
支
洞
排
水
隧道左洞中线
引水洞中线
引水洞支洞
隧道右洞中线
武隆
彭水
4m ×4.5m 盖板涵
K 53＋890溶洞K 54＋063溶洞
K 54＋380溶洞
K 54＋919溶洞
K 56＋070
溶洞
溶洞
溶洞
ＺK 55＋974溶洞
3.2 岩溶裂隙防排水处理
岩溶裂隙出水的特点是分布较广、涌水量不大，一般在拱顶和拱腰都有出现。

针对此类型的岩溶水，采取注浆堵截，集中排放的方案进行处理。

为了将渗水集中排放，在涌水段拱部增加径向施作φ42小导管注浆补强措施，具体参数为：φ42小导管每根长3.5m ，1.5m ˑ1.5m 梅花形布置，注浆采用纯水泥浆，水灰比为1ʒ0.8 1ʒ1，
注浆压力为0.4MPａ 0.5MPａ；对集中出水点打φ89mm 引水孔，
孔深4m ，并安装管头封闭的φ75引水钢管，引水钢管端头1m 范围内钻孔，再采取PＶC 管引排至中心排水沟；加密环向盲管，每5m 设置一道。

3.3 单点岩溶出水
在隧道施工过程中，单点岩溶出水是非常普遍和常见的，一
般经常用沿出水点开槽至拱脚，埋设梅花眼钢管或透水性PＶC 管，用三通与隧道纵、横向排水盲管相连，最后经中央排水沟排出洞外。

4 经验总结
在岩溶隧道施工过程中，必须加强地质超前预报探测，对隧道前方的地质情况需要进行准确的预测。

如揭露隧道侧壁及掌子面有小溶洞，且溶洞越来越多，则前方可能会有大型岩溶溶洞。

此时应对隧道前方进行物探与钻探相结合，打适量探孔以探明溶洞壁和隧道开挖轮廓线之间的关系，提前作好穿越岩溶溶洞的应急措施，一般岩溶隧道水和淤泥较多，施工应注意安全，预防突泥和突水。

施工过程中关键应确保溶洞壁稳定和作好隧道防排水设施。

参考文献：
［1］ 杨昌宇.武隆隧道岩溶暗河整治方案探讨［Ｊ］.现代隧道技
术，2003（6）：67-68.
［2］ 袁道先.中国岩溶动力系统［M ］.北京：地质出版社，2002.
［3］
李卫华.超前地质预报技术在武隆隧道（下转第195页）
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2015年4月
李 伟：岩溶地区隧道溶洞处理技术
抽排出来的悬浮物发生量见表2。

表2 桥梁基础施工过程悬浮物发生量表
主要施工过程产生排放速度或浓度
（钢筒围堰防护）备注
围堰过程0.9kg ／s 1.75kg ／s 围堰完成后结束污染物排放堰内积水0.1kg ／s 0.5kg ／s
钢护筒防护，及时运走钻孔产生的钻渣
钻渣沉淀池
＜60mg ／L
堤外渣场沉淀池沉淀
施工工序C ：钻孔过程同时产生的钻渣（底泥）水分含量相对较少，一般由输送管道送至舶船，由船舶运至岸边沉淀池，岸边设泥浆坑和沉淀池，经过沉淀池沉淀后的泥浆用于农田种植、绿化利用或干化后由市政部门处置，沉淀出的废水就近排入附近沟渠。

根据资料显示，单墩作业时围堰和拆堰施工产生的悬浮物浓度增值不小于10mg ／L 的水域面积为0.01km 2，悬浮物浓度不小于10mg ／L 上游影响距离为87m ，下游影响距离为239m ，最大扩
散宽度为11.5m （以桥墩为中心）［3］
，可见悬浮物影响范围仅限
于作业点附近，影响范围较小，桥梁施工不会对水体造成大影响。

通过以上分析可以看出，桥梁基础施工导致湖水污染的主要污染物为悬浮物，主要诱因为围堰施工、钻孔搅动湖底，导致淤泥泛起、扩散，致使湖水中悬浮物增加。

由于施工期围堰和拆堰过程扰动湖底泥是短暂的，大量悬浮物集中在钢管围堰内。

随着围堰和拆堰的结束，施工引起的悬浮物增加对湖水水质的影响也将结束。

另外，由于大桥施工作业机械多以电动为主，矿物油类的使用情况较少；部分机械采用矿物油驱动，并加机油或润滑油，其用量不大，只要严格施工管理，一般不会发生污染。

4 马家湖水环境防护措施
1）桥梁水中墩基础施工应采用钢管围堰等密封性好的围护
结构，有效切断围堰内外的水力联系，减少围堰内污染物的外泄。

2）采用管道将钻孔泥渣运送至岸边，装车运走，严禁泥浆、钻渣随意排入湖中，最大限度的减少泥渣、漏油对水体的污染。

3）工程设置的施工营地及料场选址应离开湖岸一定的缓冲距离，防止对水体的污染，防护距离一般约20m 30m
为宜。

4）严格遵守《武汉市湖泊保护条例（修订草案）》中规定的相
关条款，切实加强施工期环境管理，禁止向湖内倾倒生活垃圾、建筑垃圾、污水等污染物。

5）估列跨马家湖桥梁施工环境保护费，用于钻渣、污水、泥浆的外运、沉淀处理。

6）遵循“总量不减、占补平衡、生态功能相当”的原则，永久占
用湖泊采用“就地占补平衡”方式，按桥面投影面积计算占用水域面积，进行就地补偿，要求补偿水域工作在工程完工前必须完成。

补偿水域面积建设费用依据工程实施所需进行计列。

7）对于临时占用湖泊的围堰及施工便桥等设施，按投影面积
计算临时占用水域面积，根据施工实际情况设置专用资金，专门用于清除围堰及施工便桥等临时设施，须在工程完工时全部及时清除干净、恢复原貌。

8）在施工现场需树立公示牌，说明施工及占用湖泊的情况，自觉接受社会监督。

9）施工前要对施工人员进行环保培训，加强施工人员的环境
保护意识，规范施工行为，避免不必要的污染环节。

5 结语
武汉市有“百湖之市”的美誉，现有大小湖泊166个，湖泊分布众多，且面积较大，而地铁项目属线性工程，线路走向受地形地貌、城市总体规划、技术条件等因素控制，本次工程在航空总部站与机场站之间穿越马家湖。

经论证，在施工期加强施工管理，规范施工行为，严格采取防护措施后，对马家湖的影响可以得到控制。

参考文献：
［1］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司.武汉市轨道交通2号
线北延线工程环境影响报告书［R ］.2015.
［2］ 武汉市规划研究院.武汉市中心城区湖泊“三线一路”保护
规划［R ］.2015.
［3］ 铁道第三勘察设计院集团有限公司.新建铁路北京至沈阳
客运专线环境影响报告书［R ］.2013.
ＡｎaｌyｓｉｓｏｎｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｎｏｒｔｈｅxｔｅｎｓｉｏｎｏｆWｕｈaｎｍｅｔｒｏｌｉｎｅ2ｔｈｒｏｕgｈＭajｉaｈｕ
GｕｏLｉｆｅｎg
（The Third Railway Survey and Design Institute Corporation Limited ，Tianjin 300251，China ）
Ａｂｓｔｒaｃｔ：Tｈe nｏrtｈextensｉｏn ｏf Wｕｈａn metrｏｌｉne 2ａffected by ｌａndfｏrm ａnd cｉty pｌａnnｉng ａnd ｏtｈer fａctｏrs ，wｉｌｌｉnevｉtａbｌy strｉde ａcrｏss Mａjｉ-
ａｈｕ.By ａnａｌyzｉng tｈe mａｉn effect ｏf brｉdge cｏnstrｕctｉｏn ｏn Mａjｉａｈｕ，pｕts fｏrwａrd specｉfｉc meａsｕres ｏf prｏtectｉｏn.Tｈe resｕｌts sｈｏwed tｈａt ：tｈe cｏnstrｕctｉｏn ｉnfｌｕence ｏn Mａjｉａｈｕcａn be effectｉveｌy cｏntrｏｌｌed.After tｈe end ｏf cｏnstrｕctｉｏn ，tｈe ｉnfｌｕence wｉｌｌgrａdｕａｌｌy dｉsａppeａr.Kｅy wｏｒｄｓ：metrｏ，ｉmpａct ａnａｌysｉs ，
prｏtectｉve meａsｕres
（上接第185页） 岩溶地质施工中的应用［Ｊ］.铁道标准设计，2003（s1）：165-167.
［4］ ＪTG F60—2009，公路隧道施工技术规范［S ］.［5］ 陈秋南.隧道工程［M ］.北京：机械工业出版社，2007.
Ｔｕｎｎｅｌkaｒｓｔｐｒｏｃｅｓｓｉｎg ｔｅｃｈｎｏｌｏgy ｉｎkaｒｓｔaｒｅa
LｉWｅｉ
（China Railway 15th Bureau Group 1st Engineering Co.，Ltd ，Xi ’an 710018，China ）
Ａｂｓｔｒaｃｔ：In ｌｉgｈt ｏf typｉcａｌkａrst geｏｌｏgy dｉstrｉbｕtｉｏn cｏndｉtｉｏns ｏf Ｚｈｏngxｉng tｕnneｌｉn Yｕ-Ｘｉａng ｈｉgｈwａy ，tｈe pａper pｕts fｏrwａrd kａrst prｏcess-
ｉng meａsｕres ｕnder kａrst geｏｌｏgy cｏndｉtｉｏns ，ａnd sｕmmａrｉzes specｉfｉc cｏnstrｕctｉｏn experｉence ，wｉtｈａvｉew tｏgｕａrａntee tｕnneｌstrｕctｕre stａbｉｌｉty ａnd cｏnstrｕctｉｏn sａfety.
Kｅy wｏｒｄｓ：ｈｉgｈwａy tｕnneｌ，kａrst cａve ，wａterprｏｏf ａnd drａｉnａge ，prｏcessｉng meａsｕres
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第41卷第11期
2015年4月
郭利峰：武汉地铁2号线北延线对马家湖影响分析。