高速公路隧道高强度岩溶不良地质处治理念与实践

霍彪

摘要：高速公路隧道穿越喀斯特地貌段，常遇见因岩溶引起类型各异的溶洞、涌水突泥等不良地质，对隧道施工造成较大影响，处理不当会对后期运营造成较大的安全隐患。本文基于工程地质特征和水文地质特征对其进行研究，通过对因岩溶引起的不同类型不良地质对症下药，采取不同处理办法，以达到隧道安全施工和运营的目的。

关键词：公路隧道、溶洞、涌水突泥

1工程概况

山茶花隧道位于四川南部，属于低中山地貌，地形起伏较大，隧道范围地层主要岩性为第四系全新统坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土、碎石土，分布不均匀；下伏三叠系嘉陵江组（T1j）灰岩、泥岩、泥质灰岩及泥质白云岩，在灰岩段落岩溶发育，出现溶洞、涌水突泥等不良地质。

图1山茶花隧道地质纵断面图

2岩溶处治

根据山茶花隧道揭示的发育形态，主要表现为漏斗、落水洞、溶洞、溶蚀洼地和地下暗河，对隧道的穿越影响极大，隧道开挖时可能产生涌水或涌土，同时，岩溶通道中有丰富的地下水，需要进行有效的输排。

2.1溶洞或管道处治

山茶花隧道等穿越可溶岩段时，遇到发育规模不一的大小溶洞，溶洞的处治原则是“超前预报、钻孔验证、分类处治，确保安全”。即采用TSP或雷达超前探测预报，异常段采用钻孔超前探测验证，根据溶洞发育的规模、类型及与隧道的相互关系，分门别类进行处治。

溶洞处治措施根据溶洞的发育规模、与隧道的相互关系、溶洞充填情况等确定。

（1）发育规模较小溶洞的处治

对于隧道开挖中揭露的发育深度小于3.0m的小溶洞、溶穴，原则上采用回填处理；根据溶洞分布位置与隧道的关系，按以下方案处治小溶洞：处于起拱线以上的小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用锚喷网支护溶洞壁，浇注二次衬砌时回填与二次衬砌同标号的C35混凝土；处于起拱线以下边墙处小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用C15混凝土回填，回填厚度不小于1.5m；处于基底以下的小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用C15混凝土回填密实，横向宽度两侧超出基底1.5m。

（2）发育规模较大溶洞的处治

对于隧道开挖中揭露的发育深度超过3.0m的规模较大的溶洞，根据溶洞分布与隧道的关系及溶洞内充填物情况，分下列三种情况进行处治。

溶洞位于起拱线以上且溶洞内无充填物或充填物易清除，采用锚喷支护加固溶洞壁，顺溶洞壁布置环向双Φ22钢筋拱，钢筋拱纵向间距0.5m，二次衬砌浇筑完毕，从预留洞中泵送浇筑1.5m厚C35混凝土护拱。溶洞位于起拱线以上且溶洞内有充填物清除不易，先施作φ42超前小导管，小导管环向间距35cm，纵向间距2.0m，其辅助施工措施、施工方法参照Ⅴ级围岩洞身浅埋段设计图执行。在小导管保护下进行开挖，开挖应遵循”短进尺，弱爆破”的原则，每开挖0.5m，安设1榀18工字钢，注意钢架基础处适当扩挖，以保证基础稳固，施做锁脚锚杆，铺钢筋网、喷射混凝土，二次衬砌采用50cm厚钢筋混凝土。对于位于起拱线以下规模较大的溶洞，采用回填嵌补、注浆加固、支顶加固、回填封闭或桩基础（扩大基础）跨越等多种措施处理。

图2山茶花隧道四种典型溶洞处治方式

2.2岩溶水处治

施工期间，山茶花隧道出现了开挖后或通过超前预报既未发现溶洞或管道，围岩的地质条件也未明显变差，但出现岩溶地下水的涌出，其处治方案主要根据涌水量、水质、围岩地质条件等信息确定。一般采用堵水方案和排水方案，前者包括预注浆堵水、后注浆堵水和补注浆堵水等措施，后者包括依靠隧道自身的排水系统排水、涵洞排水和泄水洞排水等措施。

2.3溶蚀带处治

施工期间，山茶花隧道出现了开挖后或通过超前预报未发现明显的溶洞或管道，但围岩自稳性极差，富含泥、砂、孤石等多种围岩山体被溶蚀后形成的充填物，其处治方案根据溶蚀带与隧道的相互关系及发育规模等信息确定。

隧道在可溶岩段施工或运营后，可能因隧道施工引起地表出现岩溶塌陷现象，设计采取处治措施如下：

地表塌陷采取“早期预测、预防为主、治理为辅、防治相结合”的原则；

（1）对开挖沉陷区，未达到稳定的，宜采取监测、警示及临时工程措施，消除安全隐患；

（2）达到稳沉状态的，应采取防渗处理、削高填低、回填平整、挖沟排水、植被重建等综合处理措施；

（3）对岩溶塌陷区，可采取注浆、回填等措施控制塌陷发展，减少危害；

（4）塌陷区规模较大、暂时难以治理的地段，应确定禁入范围，设立警示牌与围栏等安全设施。

2.4涌水突泥处治

山茶花隧道二叠系和三叠系的灰岩岩溶发育区，地下水通过岩溶通道发生突水，同时隧道穿越断层导水带、向斜轴部、灰岩与非可溶岩接触带附近，岩溶可能较发育，可能有丰富的地下水，发生突水、突泥的可能性大，对可能存在突水突泥现象的段落采用TSP或雷达超前探测预报，异常段采用钻孔超前探测验证，根据钻孔出水量按设计预案进行处治。

图2  山茶花隧道出现涌水情况

（1）探水及防突水突泥措施

采用TSP/TGP或雷达超前探测预报，异常段采用钻孔超前探测、超深炮孔探测进行验证。钻孔验证采用专用探水钻机施工探水孔，探水孔孔径（终孔）为55mm，钻孔外偏角为5°，每次探水段长15m，开挖10m，保留5m开始下一次探水。探水孔要详细记录出水点位置、水量、水压等。

通过超前地质预报和超前钻探探水，可有效防止灰岩段突水突泥突发事故的产生，除此之外，施工单位应该预备足够的抽水设备，并做好防突水突泥突发事故的预案及演练。

（2）注浆堵水

根据超前钻孔探水的结果，分别采取不同的措施进行下一循环工作，当探水孔有6孔出水且总水量大于10m3 /h时，采用全断面堵水注浆（预注浆）；当总水量小于10m3/h但个别孔出水量大于2m3/h时，采用局部堵水注浆（预注浆）；当9孔出水量均小于2m3/h且总出水量小于10m3/h时，进入下一循环。

当隧道开挖后地层裂隙水较大，周边存在大面积淋水或严重渗漏水，对地表生态环境影响较严重，但围岩稳定性较好，不影响掘进时，采用小导管注浆堵水（后注浆）。

预注浆的目的是防止岩溶突水突泥，确保施工安全，后注浆的目的是确保隧道建设不对生态产生大的影响。

全断面预注浆：设计为30m一环全断面注浆，根据探水钻孔探明的出水点位置，可调整注浆长度，保留注浆止水岩盘5-10m；注浆孔孔径r=108mm，开孔孔径115mm；注浆范围为隧道平均开挖半径的1倍，单孔注浆有效扩散半径为R=2.0m，注浆孔底中心距D=3.0m，注浆最终压力为静水压力的2-3倍；岩层破碎地段采用前进式注浆，注浆分段长度5-10m，岩层较好，涌水不大时，可一次全孔注浆；注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆液，水泥为P.0.42.5普通硅酸盐水泥，水灰比W/C＝0.8～1.0，水玻璃波美度35Be，双液体积比C/S＝1:（0.6～1.0）。

局部预注浆：根据探水钻孔探明的出水点位置、水量和预注浆段岩层节理、裂隙发育情况，布置注浆孔个数和位置，注浆孔孔径为108mm，开孔孔径115mm；注浆范围为：在出水通道范围内，隧道开挖外轮廓线以外5m，单孔注浆有效扩散半径R=2.0m，注浆结束最终压力为净水压力的2-3倍；注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆液，水泥为P.042.5 普通硅酸盐水泥，水灰比W/C＝0.8～1.0，水玻璃波美度35Be，双液体积比C/S＝1:（0.6～1.0）。

后注浆：设计注浆范围为隧道开挖外轮廓线外4.5m，注浆采用Φ42小导管，孔口环向间距1.0m，纵向间距0.5m，梅花形布置，在集中出水点注浆孔加密，注浆小导管布置范围根据开挖后渗漏水位置合理确定，不一定要全断面布置，局部点出水可采用局部预注浆堵水方法处理；注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆液（径向注浆加固围岩时采用纯水泥浆液，水泥水玻璃双液的参数可据现场注浆效果进行调整），水泥为P.042.5 普通硅酸盐水泥，水灰比W/C＝1.0，水玻璃波美度30Be。

3结束语

溶洞在喀什特地貌中经常遇见，对隧道施工影响非常大，且岩溶地区的地质条件复杂，可预见性差，遇到溶洞后处理难度大、费用高，需严格处理。在岩溶发育区，首先是路线尽量避免高岩溶区，其次针对由岩溶引起的各种不良地质采用合适的方式处理。本文主要根据某高速公路隧道遇到的实际情况进行分析处理，以供类似岩溶引起的不良地质处理借鉴。

参考文献

[1] 杨志裕、陈尧；隧道工程施工溶洞处治技术；《工程建设标准化》；2022年第5期

[2] 杨军；岩溶区隧道喀什特溶洞处治技术；《公路隧道》；2013年第3期

[3] 张可非；高速公路隧道穿越溶洞段处治技术分析；《建筑实践》 2021年第11期

作者：霍彪（1971年—），男，工程师，主要从事高速公路技术管理工作。E-mail:[e-mail]