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[摘 要]本文以大岩上隧道岩溶段工程为研究背景，以隧道的概况及岩溶段揭露的整个过程为基础，研究了大巖上隧道岩溶发育规律，综合分析后得出了该溶洞的发育情况，结合数值分析的成果提出了一种新的溶洞处理方法。即将该段岩溶处治方案分为洞内和地表两部分，洞内处治采取超前地质预报+超前局部断面帷幕注浆+超前预支护+旋喷桩基底加固+衬砌结构加强+确保防排水体系+监测等技术措施的综合手段；地表处治采用周围截排水+底部挂网喷混封闭+水泥土+土石回填+表面封闭+监测等技术手段。
[关键词]隧道 岩溶 灾害 处治
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0211-01
1 岩溶对隧道结构的危害
岩溶地区生态环境脆弱，水旱及地质灾害频繁发生，而岩溶对隧道结构的危害主要表现在如下几个方面：
（1）如果溶洞分布于隧底时，使得隧道底部悬空，并且溶洞常常伴随着填充物或者暗河水流，给隧道底部的处理造成很大的困难。
（2）如果隧道埋深较浅且溶洞分布在隧道顶部时，在施工中容易造成隧道顶部坍塌以及地表下沉的危害。
（3）如果隧道穿过有高压富水岩溶时，容易给隧道造成突水突泥的危害。
（4）溶洞的存在，常常造成隧顶塌方、地表下沉开裂、周围围岩应力增大，边墙因土、水压力的改变影响隧道围岩的稳定性。
（5）岩溶水具有腐蚀性长期腐蚀隧道结构，降低了隧道结构的耐久性[1]。
2 工程概况
2.1 地层岩性
隧址区出露二叠系、石炭系等地层，地层岩性从老到新分述如下：
（1）石炭系上统马平群（C3mp）
灰岩：浅灰、灰白色中厚层状构造，致密、球状、豆状结构，局部含白云岩。区内灰岩中夹一层厚约50 m的块状粗晶白云岩，下部为厚约160m的泥岩夹生物灰岩、泥质灰岩及燧石层。区域厚度95～671m。分布于拟建路线大岩上隧道上。
（2）下统栖霞组（P1q）
①栖霞组一段（P1q1）
灰白、黄褐色中厚层石英砂岩夹黄，灰黑色页岩、砂质页岩、炭质页岩及薄煤层。有辉绿岩床侵入。
②栖霞组二段（P1q2）
上部深灰色或浅灰色块状灰岩；中部浅灰色厚层斑块状含白云质灰岩；下部灰、灰黑色中厚层灰岩夹黑色页片状泥灰岩。含蜓，有辉绿岩株侵入。
（3）下统茅口坡组（P1m）
①茅口坡组（P1m）
上部深灰色厚层灰岩，常具白云至斑块，下部浅灰色厚层灰岩，含蜓，其间夹一层白云质灰岩。有辉绿岩床、岩墙侵入。区域厚度277～411 m，分布于拟建路线大岩上隧道进口段。
（4）残坡积层（Q4el+dl）
主要为玄武岩、碳酸盐岩类风化形成的亚黏土、黏土为主，夹少量角砾、碎石，呈灰褐、黄褐色、棕色，厚度变化大，在中山构造剥蚀、碳酸岩溶蚀地貌单元土层厚度一般0～2m，局部地段可达5～8m。
（5）人工填筑土（Q4me）：
以块碎石、角砾、亚黏土、亚砂土为主，灰色、灰褐色，块碎石主要成分为页岩、砂质泥岩、泥灰岩、石灰岩等，棱角状、次棱角状，一般粒径20～300mm。
2.2 地质构造
隧址区地质构造复杂，穿越的主要构造形迹呈南北向，呈南北向发育的一系列褶皱及断裂构造受东西向发育的构造带限制；路线区位于褶皱为杨家村背斜的南东翼；路线段无区域性断层通过，距南北向发育的团山右行逆断层（F63）约2～2.5km。
隧址区位于杨家村背斜的南东翼，岩层呈单斜状产出，岩层向南东侧倾斜，与隧道轴线成小角度斜角，发育次级褶皱，岩层产状局部有一定变化。
隧址区节理发育特征基本一致，主要有4组。裂隙倾角陡，裂面多较平直，呈微张～张开状，宽1～50mm不等，局部充填黏土，面上附褐色铁质膜，节理密度1～3条/m，最大延伸可达5m以上，未见贯通性微张节理。
3 大岩上隧道岩溶段处治方案设计
处治总体方案分为地表处治和洞内处治，原则先对地面进行截排水处理，然后进行洞内处理，当洞内该段二次衬砌施作完毕后，再进行地表的回填处理。其中地表处治采用周围截排水+底部挂网喷混封闭+水泥土+土石回填+表面封闭+监测等技术手段。
洞内处治采取超前地质预报+超前局部断面帷幕注浆+超前预支护+旋喷桩基底加固+衬砌结构加强+确保防排水体系+监测等技术措施的综合手段。
主要施工步序：
①前帷幕注浆31m；
②作超前预支护（迈式管棚+超前小导管）；
③采用CRD法开挖，在上台阶开挖完后，根据基底探测结果，施作三重管φ1200旋喷桩加固基底；
④拆除临时支护，施作二次衬砌及仰拱。
4 大岩上隧道岩溶段处治技术措施
4.1 地表处治
（1）在地表塌坑周边5m范围外，设置一道30cm×30cm的截水沟，沟壁采用5cm厚C20水泥砂浆抹面。
（2）加强塌坑周边的地表沉降监测。
（3）待该段洞内二次衬砌施作完毕后，基坑底部施做20cm厚C20喷射混凝土，内设Ф20钢筋，间距30×30cm；底部3m范围内采用5%的水泥土回填；其上5m范围内采用土石回填，并尽可能回填密实；距地表2m范围内，要求采用黏土回填，回填体应高出地面不低于50cm。
4.2 洞内处治
（1）超前局部帷幕注浆：对掌子面前方31m，隧道开挖轮廓线外6m范围内的岩溶充填体进行局部超前帷幕注浆。
（2）超前预支护：隧道开挖前，施做15m长T76N自进式锚杆形成迈式管棚，环向间距30cm，排间距9m，共3个循环，对掌子面中部及右侧岩溶填充体部分进行超前预支护；在掌子面拱部145°范围内打设43根4.5m长φ42×4.0mm超前小导管，环向间距40cm，排间距1.8m。
（3）基底加固：由于隧道在岩溶充填体内穿过，施工期间可能存在上台阶边墙下沉，运营期间衬砌出现不均匀沉降等病害，因此，在上台阶钢支撑拱脚部位设置4根φ42×4.0mm锁脚小导管。下台阶开挖完毕后，采用地质雷达和基底钻孔等措施，探明结构底板下15m范围内的围岩情况。如隧道仰拱底部仍为岩溶填充物，且深度超过15m，应对仰拱底部采用旋喷桩设置地基梁，旋喷桩长15m，采用Ф1200三重管旋喷桩横隧道方向进行加固；如隧道仰拱底部岩溶填充物未超过15m，应根据实际岩溶填充物的深度施作旋喷桩；如隧道仰拱底部岩溶填充物厚度小于5m，应采用浆砌片石换填或压石挤淤的方法进行处理。
（4）加强隧道支护衬砌结构：喷射混凝土厚度为28cm，内设22b工字钢，每60cm一榀；系统锚杆在隧道拱顶及右侧岩溶填充体范围内采用5m长Ф42小导管，左侧基岩采用Ф25中空注浆锚杆，布置间距均为100（环）×60（纵）cm；钢筋网采用Ф6.5双层布置，间距15（环）×15（纵）cm；二次衬砌拱墙、仰拱均采用65cm厚C25钢筋混凝土。
（5） 加密沉降缝：该段施工缝位置一律按沉降缝处理，并对隧道环向盲沟加密，纵向间距2m。
（6） 加强岩溶段施工期间的监控量测。
参考文献
[1] 刘招伟，张民庆，王树仁.岩溶隧道灾变预测与处治技术[M]，北京：科学出版社，2007.
[关键词]隧道 岩溶 灾害 处治
中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）21-0211-01
1 岩溶对隧道结构的危害
岩溶地区生态环境脆弱，水旱及地质灾害频繁发生，而岩溶对隧道结构的危害主要表现在如下几个方面：
（1）如果溶洞分布于隧底时，使得隧道底部悬空，并且溶洞常常伴随着填充物或者暗河水流，给隧道底部的处理造成很大的困难。
（2）如果隧道埋深较浅且溶洞分布在隧道顶部时，在施工中容易造成隧道顶部坍塌以及地表下沉的危害。
（3）如果隧道穿过有高压富水岩溶时，容易给隧道造成突水突泥的危害。
（4）溶洞的存在，常常造成隧顶塌方、地表下沉开裂、周围围岩应力增大，边墙因土、水压力的改变影响隧道围岩的稳定性。
（5）岩溶水具有腐蚀性长期腐蚀隧道结构，降低了隧道结构的耐久性[1]。
2 工程概况
2.1 地层岩性
隧址区出露二叠系、石炭系等地层，地层岩性从老到新分述如下：
（1）石炭系上统马平群（C3mp）
灰岩：浅灰、灰白色中厚层状构造，致密、球状、豆状结构，局部含白云岩。区内灰岩中夹一层厚约50 m的块状粗晶白云岩，下部为厚约160m的泥岩夹生物灰岩、泥质灰岩及燧石层。区域厚度95～671m。分布于拟建路线大岩上隧道上。
（2）下统栖霞组（P1q）
①栖霞组一段（P1q1）
灰白、黄褐色中厚层石英砂岩夹黄，灰黑色页岩、砂质页岩、炭质页岩及薄煤层。有辉绿岩床侵入。
②栖霞组二段（P1q2）
上部深灰色或浅灰色块状灰岩；中部浅灰色厚层斑块状含白云质灰岩；下部灰、灰黑色中厚层灰岩夹黑色页片状泥灰岩。含蜓，有辉绿岩株侵入。
（3）下统茅口坡组（P1m）
①茅口坡组（P1m）
上部深灰色厚层灰岩，常具白云至斑块，下部浅灰色厚层灰岩，含蜓，其间夹一层白云质灰岩。有辉绿岩床、岩墙侵入。区域厚度277～411 m，分布于拟建路线大岩上隧道进口段。
（4）残坡积层（Q4el+dl）
主要为玄武岩、碳酸盐岩类风化形成的亚黏土、黏土为主，夹少量角砾、碎石，呈灰褐、黄褐色、棕色，厚度变化大，在中山构造剥蚀、碳酸岩溶蚀地貌单元土层厚度一般0～2m，局部地段可达5～8m。
（5）人工填筑土（Q4me）：
以块碎石、角砾、亚黏土、亚砂土为主，灰色、灰褐色，块碎石主要成分为页岩、砂质泥岩、泥灰岩、石灰岩等，棱角状、次棱角状，一般粒径20～300mm。
2.2 地质构造
隧址区地质构造复杂，穿越的主要构造形迹呈南北向，呈南北向发育的一系列褶皱及断裂构造受东西向发育的构造带限制；路线区位于褶皱为杨家村背斜的南东翼；路线段无区域性断层通过，距南北向发育的团山右行逆断层（F63）约2～2.5km。
隧址区位于杨家村背斜的南东翼，岩层呈单斜状产出，岩层向南东侧倾斜，与隧道轴线成小角度斜角，发育次级褶皱，岩层产状局部有一定变化。
隧址区节理发育特征基本一致，主要有4组。裂隙倾角陡，裂面多较平直，呈微张～张开状，宽1～50mm不等，局部充填黏土，面上附褐色铁质膜，节理密度1～3条/m，最大延伸可达5m以上，未见贯通性微张节理。
3 大岩上隧道岩溶段处治方案设计
处治总体方案分为地表处治和洞内处治，原则先对地面进行截排水处理，然后进行洞内处理，当洞内该段二次衬砌施作完毕后，再进行地表的回填处理。其中地表处治采用周围截排水+底部挂网喷混封闭+水泥土+土石回填+表面封闭+监测等技术手段。
洞内处治采取超前地质预报+超前局部断面帷幕注浆+超前预支护+旋喷桩基底加固+衬砌结构加强+确保防排水体系+监测等技术措施的综合手段。
主要施工步序：
①前帷幕注浆31m；
②作超前预支护（迈式管棚+超前小导管）；
③采用CRD法开挖，在上台阶开挖完后，根据基底探测结果，施作三重管φ1200旋喷桩加固基底；
④拆除临时支护，施作二次衬砌及仰拱。
4 大岩上隧道岩溶段处治技术措施
4.1 地表处治
（1）在地表塌坑周边5m范围外，设置一道30cm×30cm的截水沟，沟壁采用5cm厚C20水泥砂浆抹面。
（2）加强塌坑周边的地表沉降监测。
（3）待该段洞内二次衬砌施作完毕后，基坑底部施做20cm厚C20喷射混凝土，内设Ф20钢筋，间距30×30cm；底部3m范围内采用5%的水泥土回填；其上5m范围内采用土石回填，并尽可能回填密实；距地表2m范围内，要求采用黏土回填，回填体应高出地面不低于50cm。
4.2 洞内处治
（1）超前局部帷幕注浆：对掌子面前方31m，隧道开挖轮廓线外6m范围内的岩溶充填体进行局部超前帷幕注浆。
（2）超前预支护：隧道开挖前，施做15m长T76N自进式锚杆形成迈式管棚，环向间距30cm，排间距9m，共3个循环，对掌子面中部及右侧岩溶填充体部分进行超前预支护；在掌子面拱部145°范围内打设43根4.5m长φ42×4.0mm超前小导管，环向间距40cm，排间距1.8m。
（3）基底加固：由于隧道在岩溶充填体内穿过，施工期间可能存在上台阶边墙下沉，运营期间衬砌出现不均匀沉降等病害，因此，在上台阶钢支撑拱脚部位设置4根φ42×4.0mm锁脚小导管。下台阶开挖完毕后，采用地质雷达和基底钻孔等措施，探明结构底板下15m范围内的围岩情况。如隧道仰拱底部仍为岩溶填充物，且深度超过15m，应对仰拱底部采用旋喷桩设置地基梁，旋喷桩长15m，采用Ф1200三重管旋喷桩横隧道方向进行加固；如隧道仰拱底部岩溶填充物未超过15m，应根据实际岩溶填充物的深度施作旋喷桩；如隧道仰拱底部岩溶填充物厚度小于5m，应采用浆砌片石换填或压石挤淤的方法进行处理。
（4）加强隧道支护衬砌结构：喷射混凝土厚度为28cm，内设22b工字钢，每60cm一榀；系统锚杆在隧道拱顶及右侧岩溶填充体范围内采用5m长Ф42小导管，左侧基岩采用Ф25中空注浆锚杆，布置间距均为100（环）×60（纵）cm；钢筋网采用Ф6.5双层布置，间距15（环）×15（纵）cm；二次衬砌拱墙、仰拱均采用65cm厚C25钢筋混凝土。
（5） 加密沉降缝：该段施工缝位置一律按沉降缝处理，并对隧道环向盲沟加密，纵向间距2m。
（6） 加强岩溶段施工期间的监控量测。
参考文献
[1] 刘招伟，张民庆，王树仁.岩溶隧道灾变预测与处治技术[M]，北京：科学出版社，2007.