中铁隧道集团有限公司隧道溶洞处理施工技术-张玄

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，由我单位承建的正阳隧道起止里程为：K29+355~YK31+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 m²。

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：

①在四周施作1.2×1.2 m间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1 m。

②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。

③在实际过程中我们考虑了两种方案：一种方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

①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。

②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。

①采用M7.5号浆砌片石回填，厚度不小于1.5m。

②每隔2m设置一处100HDPE透水管与中心水沟相连。

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。