杨姣
中铁二局第二工程有限公司，四川 成都 610000
摘要：本文结合成贵铁路建设过程中隧道开挖所遇岩溶特点，以案例形式总结了各类岩溶隧道处理施工方案及关键技术，同时对施工管理方面进行了总结；本文所总结的岩溶隧道处理方案、关键技术等对类似工程施工具有一定参考价值。
关键词：成贵铁路；岩溶隧道；技术；管理
1 工程概况
成贵铁路贯穿四川、云南、贵州三省，正线全长515.386km。全线隧道183座-230.9km，云贵段隧道93.5座-155.1km，全线高风险、岩溶发育隧道主要集中在云贵段。
线路呈东南走向，区域由四川盆地过渡到云贵高原，总体为西北低东南渐高的趋势；经过丘陵，低、中山，云贵高原三个地貌单元。其中兴文～毕节段，线路位于大娄山山脉西端崇山峻岭中，穿越威信扎西、毕节对坡两大地表水、地下水分水岭，地形起伏大，山间平地少见，多见深切狭窄“V”字型河谷；毕节～贵阳段，山峦起伏，河谷强烈下切，河谷两侧大部分地区为溶蚀丘陵和洼地等岩溶景观，地形相对较平缓，间夹小型盆地，属碳酸盐岩区，喀斯特地貌发育，水土保持差，地表石漠化严重。
2 不良地质分析
成贵铁路地质为第四系零星分布，二迭系～株鲁罗系地层基岩广泛出露。线路通过区域地质构造复杂，处于川黔南北向构造带及北东向构造带交接复合部位，不良地质发育明显。
其中，云贵段地形地质条件极为复杂，为资源相对集中的地区。各种矿藏、采空区、煤层及有毒有害气体较多；地质构造、断层及顺层发育，岩溶及地下水活跃。
威信至贵阳段不良地质主要有岩溶、采空区、暗河、顺层、危岩落石、有害气体等。岩性相继为灰岩、白云岩、砂岩、泥岩、页岩等地层。
隧道施工的主要工程难点是岩溶、瓦斯、地表失水、下穿构筑物等，全线6座Ⅰ级风险隧道均位于云贵段、22座Ⅱ级风险隧道有16座位于云贵段。各种高风险隧道均不同程度的存在岩溶发育现象，全线岩溶隧道81座，其中云贵段72座，岩溶强烈发育地段达到85km。
3 岩溶分类
隧道岩溶发育虽复杂多变、千奇百怪、无规律性，但也有其内在的类型特征。根据成贵铁路施工过程中揭示的岩溶及岩溶水，岩溶可根据其形态及规模大小、充填性特征、充填物性质、岩溶突涌水量及水量变化特征等进行分类。具体分类如下图所示：
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图3-1 隧道岩溶分类图
4 隧道岩溶处理施工方案、关键技术
4.1超前地质预报探测
由于设计在前期探测过程受到地表各种障碍物或者其他因素的影响，隧道部分段落岩溶发育情况未能完全揭露清楚，这使得施工过程中的超前地质预报工作显得尤为重要。
隧道施工过程中，为探明掌子面前方的地质构造及其特征、岩溶发育的位置、形状等，主要由设计院负责该部分的超前地质预报物探方面的工作。
设计采用TSP2003和地质雷达对掌子面前方的地质、水文及岩溶发育情况进行探测。采用TSP法探测时一般采用地震波探测仪对掌子面前方100m左右范围内的不良地质体的位置、规模、性质进行预报，粗略的预报前方围岩级别和地下水情况，每100m施作一次，当有异常情况时适当加密。连续预报时前后两次应重叠10m以上。采用地质雷达探测时，一般探测前方距离约10～30m，连续预报时前后两次重叠长度应在5m以上。
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图4.1-1 TSP法 图4.1-2 地质雷达法
另外一种超前地质预报方法是超前钻孔。超前钻孔由设计单位出具任务书，成贵公司审批后，由施工单位实施。采用ZDY3500LP型或ZDY850-S型煤矿专用全液压坑道钻机（一般针对高瓦斯隧道采用）实施超前钻探探测。每次探测时施工1～3个超前钻孔（钻孔深度一般为30m，搭接长度不小于5m，孔径76mm，钻孔俯角0～30°）。根据前方揭示情况，若岩溶异常发育，可补充加密钻孔。
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图4.1-3 超前地质钻孔
4.2隧道岩溶处理方案、关键技术
岩溶处理是确保施工及运营安全的前提，如何处理是关键，处理结果达到“施工安全、结构稳定、运营安全”是目的。处理必须根据岩溶具体发育情况，如溶洞规模、发育位置、充填情况、有无水等现场情况，采取针对性措施进行处理。
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4.2.1 无水充填型岩溶处理方案及关键技术
（1）无水充填型岩溶若发育于拱墙范围，处理一般都比较简单，直接对充填段结构进行加强，拱部施作管棚方式进行处理。若充填物坍落，则需对坍落空腔采取回填混凝土或者施作护拱后吹砂回填密实的方式进行处理。
案例：如家祝湾隧道D3K477+477溶洞。该溶洞为全充填（软塑至硬塑状黏土）型溶洞。溶洞位于线路右侧，开挖过程中部分充填物坍落形成局部空腔，空腔由上台阶底部斜向拱顶方向发育，沿线路方向长度约5m，高出拱顶开挖线外约2m，发育至线路右侧边墙外4m，空腔底部及侧壁主要为充填物，向下台阶发育深度约2m后结束。
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图4.2-1 家祝湾隧道D3K477+477线右充填型溶洞
处理方案：针对该岩溶，对溶洞影响段的填充物、孤危石进行清理后采用锚喷防护；预埋φ150泵送管和φ100PVC吹沙管，初支完成后对溶洞空腔内泵送C20砼形成2m厚护拱；护拱稳定后，对护拱背后空腔吹沙回填密实；岩溶影响段围岩由Ⅳ级调整为Ⅴ级，全环设I20型钢钢架加固，超前支护采用φ108大管棚,环向盲管加密至3m/环。如下图所示：
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图4.2-2 家祝湾隧道D3K477+477溶洞处理图
（2）无水充填型岩溶若发育于整个隧底，处理相对较困难些。处理前首先得探明充填物发育范围，再根据发育情况对隧底采取换填、桩板结构或直接板跨过渡的方式进行处理。
案例：如成贵14标龙家大坡隧道DK428+552～+560段岩溶。该隧道明洞仰拱施工至DK428+554～+558段时，在隧底揭示一处充填溶槽，溶槽内充填褐黄色黏土，垂直于线路方向发育。溶槽沿线路长约2.5m，宽度约11m，人工清理溶槽充填黏土2m后,溶槽底部大部分出露基岩。但位于线右及线左溶槽均继续向下发育，钎探5m未到底；溶洞周边钎探未发现异常情况。
处理方案：针对该岩溶，对里程DK428+554～DK428+558段溶洞范围内隧底1.5m以下采用洞碴回填密实，再采用筏板通过，筏板为厚1.5m的C35钢筋砼盖板，筏板每边嵌入基岩不小于溶洞发育宽度。如下图所示：
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图4.2-3 龙家大坡隧道隧底岩溶处理图
4.2.2 无水无充填型岩溶处理方案及关键技术
（1）无水无充填型岩溶一般都发育在岩层较好段落，该类岩溶若只发育于拱墙范围，则只需对其溶腔壁进行喷锚防护，再对溶洞影响段施做2～3m厚护拱，虽无地下水发育，但一般都会加密排水盲管；溶洞发育于拱顶，还需对护拱后面的空腔吹砂回填密实，若仅仅发育于边墙位置，一般不再作进一步的处理。
案例：如成贵15标白杨林隧道DK473+935溶洞。该溶洞于掌子面揭露并发育至拱顶以上约3m，同时向掌子面左前方开挖轮廓线以外发育并形成岩溶大厅，隧道左侧开挖线处溶洞口尺寸约为4m（高）×2.5m（纵），岩溶大厅高约10～15m，宽约20～30m，该溶洞于线路方向对隧道影响长度约12～20m，主要向掌子面左前方发育。
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图4.2-4 白杨林隧道DK473+935溶洞
处理方案：针对该溶洞，对隧道轮廓线外15m范围内溶洞岩壁采用锚网喷防护；在开挖轮廓线外施做3m厚C30砼护拱，初支预留Φ150mm泵送管；从溶洞内预埋3根Φ100mmPVC排水管，引排至中心水沟；里程D3K473+935～+915段拱墙采取Ⅰ18型钢钢架加强支护。
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图4.2-5 白杨林隧道DK473+935溶洞处理图
（2）无水无充填型岩溶若发育范围超过拱墙，发育至仰拱及仰拱影响范围，处理措施相对较为复杂。根据岩溶发育大小，一般采用填筑方案、板跨方案、钢管柱群桩方案、“桩基+筏板”方案及拱跨处理方案等。
①填筑方案：当基底岩溶发育很深时（＞30m）宜采用填筑方案，为隧道永久结构施工提供作业平台。
案例：如成贵14标蔡家寨隧道进口D3K417+567竖直溶洞就是一个典型。该溶洞位于正对掌子面左侧，直径约8m，侵入隧道左侧边墙约3m，溶洞在向下约10m的可见深度范围内呈垂直状向下发育，溶洞壁较光滑，经测绳及抛石估算深度，溶洞向下发育大于200m。溶腔顶有掉块及渗水现象。
处理方案：a.利用隧道弃碴对溶洞进行回填，考虑该溶洞为过水溶洞，150m以下采用大型钢丝笼装裹石块抛填，5-150m范围可直接将隧道内弃碴抛填至溶洞内，2-5m范围采用干净的碎石回填。b.利用回填面作为溶洞处理的施工平台，对溶洞周边喷C20砼封闭，厚8cm，以防止小的松散体掉落，必要时局部增设锚杆和钢筋网片。碎石回填面上后期托梁范围施作10cm厚C20砼找平层。找平层施作不得封闭托梁以外范围，留出过水通道。c.D3K417+566～+581段施作2榀纵向托梁，托梁截面2m×2m，置于隧道边墙底及边墙左侧。衬砌拱墙范围外施作C30砼护拱及护墙，厚1.5m，内设I20b型钢钢架，纵向间距0.8m。钢架与岩面接触处设置2根锁脚锚杆，长4m/根；与托梁接触处设置垫板及锚栓固结。d.护墙施作前预留横向PVC排水管至隧道侧沟，护拱护墙完成后施作该段衬砌，该段设置I20b型钢钢架加强支护，间距0.5m/榀。
②钢管柱群桩方案：当隧道基底岩溶发育深度较深时（5～20m），可采用钢管群桩加固方案。
案例：如成贵15标后坝二号隧道D3K482+285溶洞。隧道进口明洞段D3K483+285～+303现场开挖揭示的溶洞，溶洞位于隧道断面中心范围仰拱下方约0.7m，洞口高约4m，宽度约1.5m，进入2m左右位置溶腔高度约6m，溶洞发育狭长、曲折，整体斜向下往深部发育，有异向发育的支洞发育。
处理方案：针对该岩溶，对D3K483+297～+300段基地采用Φ76钢花管桩进行加固，间距1m×1m，交错布置，长度嵌入基岩不小于1m，钢花管采用Φ76热轧无缝钢管，管身钻注浆孔，孔径10～16 mm，孔间距15～20cm，梅花形交错布置，注浆采用水泥浆，水灰比1：1，水泥采用强度等级不小于32.5的普通硅酸盐水泥，注浆压力3MPa；要求注浆加固后，复合地基承载力不小于250KPa。
③“桩基+筏板”方案：当隧道基底岩溶发育深度较深时（＞20m）且纵向范围较大，可采用“桩基+筏板”方案，桩基和筏板尺寸根据计算确定。
案例：如成贵15标小坝一号隧道DK455+965～+988段岩溶处理就是该类岩溶处理的典型。该隧道明洞段仰拱开挖至DK455+965～+988段发现珠串状溶洞带，溶洞带可见部分长23米、宽12米，深度大于3.5米，溶腔内填充物为软塑状黏土夹碎石。
处理方案：主要采取以下处理措施：a清整施工场地至轨面以下4.2m，作为施工平台及各钻孔桩桩顶标高；b.DK455+960～+988段范围隧底施作1m直径的钻孔桩工程，桩长7～16m，平面间距4m×4m；c.明洞底筏板基础开挖面采用锚网喷临时防护，采用φ22砂浆锚杆，间距1m×1m，交错布置，每根长3m，挂设φ8钢筋网片，网格间距20cm×20cm，喷射C20砼，厚8cm；d.该地段为落水洞，溶洞窜孔，可先采用黏土+碎石+水泥先行回填（黏土与碎石比例按1：2考虑，每方回填内掺加60kg水泥）；e.考虑到现场处理范围较大，根据施工组织及场地布置分段施工，分段施工需设置沉降缝；f.该段衬砌、筏板基础及钻孔桩均采用C40钢筋砼（H2）。
④拱跨方案：当溶洞规模较大、溶洞内充填物松软，基础处理工程修建困难、耗资巨大，填筑沉降时间长、不可控或溶洞内要求不堵塞水流时，可根据具体情况采用 “拱跨”方案处理。
案例：“拱跨”处理较为典型的当数成贵铁路玉京山隧道。该隧道开挖至D3K279+948时，其掌子面中线位置揭示一个约1m×2m的小溶洞，并伴有掉块的现象；随后逐渐坍塌形成一个约7m×10m的空洞，前方一巨型暗河岩溶大厅展现出来，且能听见洞内下方有流水声。经最终测绘该溶洞最宽处230m,沿线路纵向长93m，大厅垂直高度50～90m不等。该溶洞号称西南地区施工过程中遇到的最大溶洞，且含暗河。
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图4.2-6 玉京山隧道D3K279+948暗河及岩溶大厅
处理方案：经多次研究，确定对该暗河及溶洞大厅处理采用“桥梁跨越+溶洞回填+暗河改道及溶洞洞壁采用锚网喷+锚索防护”的总体方案。
根据总体方案，结合现场施工步骤，设计单位分阶段提供暗河改移、溶洞回填、A型衬砌段及竖井施工图、B、C断面设计图等设计资料。主要工程措施包括:（1）暗河改移:泄水洞460米；（2）溶洞大厅满填:回填土石方约142万方；（3）穿越溶洞大厅及影响段处理。
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图4.2-7 玉京山隧道D3K279+948暗河岩溶大厅处理方案
4.2.3过水充填型岩溶处理方案及关键技术
过水充填型岩溶一般出现在半充填溶洞内，充填溶洞四周基本可探，岩壁完整、局部存在裂隙发育现象，岩溶水一般为地表水及裂隙水。该类溶洞，除了以上介绍的溶洞处理方案外，一般还需根据过水情况采用堵水方案、引排方案及泄水洞方案对岩溶水进行处理。
（1）针对规模不大的过水型岩溶，原则上以引排水为主，以维持岩溶既有通道，不得随意对岩溶管道堵塞，避免造成水害。
（2）当确定前方为富水充填性岩溶时、且溶洞规模较大，内部充填了大量的泥沙或者岩层极破碎，并含有丰富的地下水，一旦揭穿可能发生大规模突水突泥，为确保施工安全，原则上采用全断面超前预注浆加固岩体后，再配合超前管棚预支护通过，即“全断面帷幕注浆+拱墙管棚”。
（3）当隧道遇到暗河或者岩溶水特别发育（水量大于隧道中心水沟排泄能力），隧道内岩溶通道与地表水相通时，为确保施工和运营安全，原则上应增设泄水洞对承压水进行排放。泄水洞应综合考虑泄水点标高，洞外地形条件设置，泄水洞设置为上坡，标高宜低于泄水点2m以上，坡度一般为1%～3%，以满足无压排水要求，最大排水量按水文地质资料及水文观测值估算。
5 岩溶隧道岩溶处理现场技术管理
成贵铁路在吸取其他铁路建设过程中的经验及教训的基础上，在岩溶隧道现场技术管理方面提出了以下几点要求：
（1）加强超前地质预报预测工作。特别是TSP法、超前钻孔法、加深炮孔及地质雷达法。在探测过程中，无论是哪一种方法探测到前方可能存在岩溶，均需引起高度重视，同时需补充探测，以摸清前方岩溶发育情况，以确保现场施工安全。
（2）加强现场变更手续落实。在遇岩溶时，施工单位应及时上报各参建单位对现场进行会勘，及时形成会勘意见，以推动现场正常施工。在岩溶处理上坚持“宁强勿弱”的原则，支护结构一定要符合设计要求，严禁返工、甚至出现安全事故。
（3）加强监控量测。监控量测是隧道穿越不良地质施工安全的一项重要措施，施工过程中我们加强了洞内外观察，进行掌子面地质描述，对围岩变形及支护结果应力、应变检测，及时地反馈检测信息，检测信息化施工，确保工程安全。
（4）加强水文观测。施工揭示岩溶水后，建立施工期全过程的降雨量—溶洞水量—水压观测，为研究水对隧道结构及运营安全影响提供依据。
（5）加强隐伏岩溶探测。实施“工前”、“工后”隐伏岩溶探测，并纳入工序管理。
6 实施效果
由于业主、设计、监理、施工单位都高度重视岩溶隧道施工过程管控工作，根据《中华人民共和国安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》等安全生产法律法规的有关要求，结合岩溶动态设计管理办法相关内容，成贵铁路建设过程中各参建单位都认真贯彻落实各项安全管理制度及岩溶处理相关管理办法。岩溶处理施工安全、高效，处理结果达到了“施工过程安全、施工质量符合设计要求”的目的。
7 总结体会
针对贵广、渝昆开通运营后出现的多起“水患事故”，成贵铁路建设过程中高度重视岩溶的处理，并制定了一系列的岩溶动态管理办法，在岩溶水的处理上更是始末坚持、重视岩溶水的观测与处理。
岩溶地层隧道确实给工程施工安全带来了难度，但是只要能够正确的判断岩溶发育状况和溶洞特性，溶洞处理也是相对容易的。严格履行变更手续、严格按设计方案施工，溶洞处理过程是可控的。实施过程必须重视超前地质预报预测，落实各项施工方案，切记偷工减料、任意为之。
本文主要针对成贵铁路建设过程中的一部分典型的岩溶隧道岩溶处理关键技术进行了分析、总结，具有一定适用性，对其他隧道类似施工也具有一定参考价值。
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