田德鐵路隴外隧道巨型溶洞的處理

張 欣

（南寧鐵路局田德鐵路建設指揮部，工程師，廣西 南寧 530003）

田德鐵路隴外隧道起迄里程為DK37+736～DK38+773，全長1 037 m。隧道洞身穿越臺浪山谷地東部的峰叢中低山區，圍巖以Ⅱ，Ⅲ級白云質灰巖為主，最大埋深約260 m，地下水基巖裂隙水發育。2008年3月16日隧道開挖至DK38+325時遇到1個巨型溶洞。經調查研究，決定對DK38+315～+335段隧道溶洞進行處理。

1 溶洞的自然狀況

1.1 形態特征該巨型溶洞位于DK38+300～DK38+355里程范圍。其中DK38+325～DK38+330段隧道洞身正穿溶洞腔體頂部，其它段落隧道軌面至溶洞頂板厚度不等，在5～25 m之間；溶洞沿線路方向寬度約55 m，垂直線路方向寬度37～62 m，溶洞深30～53 m，高程范圍為329～392 m，溶腔體積約10.2萬m3。溶洞為巨型空腔，形狀不規則，上部空間較小且洞壁較垂直，下部空間向四周擴寬變大。溶洞洞壁及洞頂分布石鐘乳，可見裂隙和小的管道向上延伸。

1.2 巖性溶洞為第四系全新統洞穴堆積黏土，泥盆系上統白云質灰巖。黏土（Q4ca1）巖性：DK38+315～DK38+335段分布于溶洞洞底表層，厚度0.5～1.5 m，軟塑狀為主，Ⅱ級普通土。白云質灰巖（D3dLs）巖性：灰白色、青灰色，隱晶質結構，薄層～厚層狀構造，局部節理裂隙發育，Ⅴ級次堅石。

1.3 溶洞內水文地質條件DK38+315～DK38+335段為空腔溶洞，DK38+325處溶洞高程較低，據現場測繪資料，溶洞洞底高程在330～340 m之間。經現場調查，溶洞內未發現暗河流經痕跡，洞底部僅分布1個小落水洞，落水洞洞口高程約330 m。洞頂零星滴水，洞底分布軟塑黏土，黏土厚度為0.5～1.5 m，黏土表面分布水的滴痕。洞底左側邊角處有直徑約3 m的積水坑，坑內積水深約0.5 m。洞底右側邊角部分呈漏斗狀，在漏斗的最低處有小的落水洞，洞口形狀不規則，寬0.1～0.6 m。該落水洞大致垂直向下延伸，深度約5 m，落水洞可見深度內無水。

該溶洞處于巖溶區的季節變化帶，受雨季降水和區域地下水變化的影響明顯。枯水期該地區巖溶水水位低，遠低于溶洞洞底高程，只在洞底局部低洼處匯積洞頂滲水，水量很少；豐水期間溶洞內一方面有大氣降水通過溶蝕裂隙、管道的入滲補給，另一方面地區巖溶水水位有可能上升通過洞底管道涌入溶洞內，溶洞內水位可能會有一定程度的上升，但水量很小，影響不大。

2 處理方案比選

2.1 橋梁跨越方案根據隴外隧道DK38+315～DK38+335段溶洞的分布情況，結合實測的平面、縱斷面、橫斷面及勘探資料，按隧道結構不與橋發生關系考慮，可以采用2孔32 m后張法預應力混凝土簡支T梁方案，橋全長74.5 m。兩橋臺的基礎形式采用φ125 cm挖孔樁，確保基礎持力面置于破裂面以下，采用挖方內臺，各設4根φ125 cm的挖孔樁，結合破裂面走向，采用長短樁。設圓端形實體墩，挖井基礎。

2.2 路基回填方案溶洞路基回填方案按照有側限條件進行路基回填設計、施工，自下往上采用級配碎石、片石、塊石土、碎石土、粗細角礫土5種不同填料回填。為保證基巖裂隙水等少量滲水排泄，回填時在溶洞腔壁鋪設復合防排水板，防止細顆粒土被反復升降水流帶走而引起路基沉降。

2.3 方案比選洞內排水通暢，采用橋梁跨越溶洞方案，可較好地控制沉降。其缺點是溶洞深度大，橋墩（臺）基礎及墩身施工條件差、難度大，施工質量難以控制，不方便日后養護維修；不方便架橋機施工；大型輔助設備安裝操作比較困難，照明、通風要求較高，安全防護費用大；隧道和橋梁施工相互干擾，工作效率太低，總工期長。

采用路基回填方案施工難度小，對隧道圍巖的擾動小；路基填筑為有側限條件，路基穩定性較好；施工可直接采用隧道棄石土分類填筑，節省投資；總工期短；路基填筑方案比橋梁跨越方案節省投資112.93萬元。其缺點是該溶洞為超高填筑路基，只可采取小型挖掘、碾壓設備進行大量土石方處理；路基的壓實標準要求不易控制；使用滲水性填料，仍會對地下水疏、排有一定的影響。

綜合比較，決定加強控制措施，采用路基回填方案處理溶洞。

3 路基填筑施工

路基回填方案施工先進行分層回填，每一分層填筑施工結束后及時進行壓實度檢測，符合密實控制指標要求后再進行下一分層的填筑，直至分層填筑到路基頂面標高。施工結束后再進行沉降觀測。

3.1 分層回填填筑分層進行，注意控制填筑速率。填筑材料應以水穩定性好、抗風化能力強的滲水填料為主，各層及層間的填料應有一定的級配，滿足填料分組要求。填料中巖石顆粒成分以硬質巖為主，巖石單軸抗壓強度R0≥15 MPa及以上，不易風化、尖棱狀新鮮巖石。各層間的填料不得含有質量比大于5%以上的細粒土（粒徑d≤0.075 mm，下同）成分〔1〕，填料可從隧道棄石土中進行分組選擇使用。填料分組按《鐵路路基設計規范》TB10001-2005執行。溶洞分層回填縱斷面示意見圖1。

圖1 溶洞分層回填縱斷面示意圖（單位：cm）

3.1.1 基底粘土層 基底粘土層范圍開挖溝槽（溝槽開挖深度為粘土層厚度，一般為0.50～1.5 m，寬度0.8 m），溝槽間距2.0～3.0 m，槽內換填級配碎石并震搗，以小型機械碾壓密實。對該層主要考慮是基底粘土層應力低，且覆蓋于基巖表面上，采用級配碎石換填起到碎石盲溝的作用，利于排水。

3.1.2 拋填片石層 沿溶腔底面基底粘土層之上垂直地面高度3～5 m拋填片石，并搗固密實。自拋填片石頂面起，于德保端溶腔壁上掛鋪復合防排水板。沿拋填片石頂面攤鋪0.2 m厚碎石后，鋪設2層透水土工布反濾層（0.1 m厚中粗砂+透水無紡土工布+0.2 m厚中粗砂+透水無紡土工布+0.1 m厚中粗砂），透水土工布采用450 g/m2無紡布。要求片石平均粒徑d＞300 mm，占整個拋填片石組質量的70%，余為平均粒徑5～20 mm碎石塊（占20%）及粒徑大于2～5 mm的礫石填充。對該層主要考慮：片石填筑于基底，確保基底應力達到要求，起拋填擠淤的作用和確保既有落水洞暢通；鋪設防排水板及反濾層，有利于基巖裂隙水下滲排泄及起墊層的作用。

3.1.3 塊石土層 沿反濾層頂面起，分層填筑塊石土，每層厚度3 m。塊石土回填頂面高程為344.00。于塊石土頂面鋪設0.6 m厚中粗砂墊層，墊層內間隔0.3 m水平分鋪雙向高強度經編格柵二層（單向抗拉強度＞80 kN/m）并夯拍密實。塊石土要求平均粒徑d＞200 mm顆粒質量超過總質量的50%（不易風化，尖棱狀為主），不得含有超過5%的細粒土。該層填于片石層之上，部分起到片石層作用。鋪設土工格柵，以保證路基填筑層作為一個整體，減少不均勻沉降的差異。

3.1.4 碎石土層 為施工簡便，節省投資，可充分利用隧道棄石土作為填料。沿中粗砂層頂面至溶洞頂板或路基基床底層底面（該線路基自路肩以下2.5 m范圍內為基床厚度），分層填筑碎石土，每層厚度3 m。要求平均粒徑d＞60 mm顆粒質量超過總質量的50%（不易風化，尖棱狀為主），不得含有超過5%的細粒土。

3.1.5 基床層 基床層是路基的頂層，道床上傳遞的荷載直接作用基床表面上。于路基基床底層填筑粗角礫土并摻入5%的水泥，表層填筑細角礫土并摻入5%的水泥。粗、細角礫土要求平均粒徑分別大于20 mm、2 mm顆粒質量超過總質量的50%（尖棱狀為主），不得含有超過5%的細粒土。這樣確保基床層有足夠的強度和剛度，滿足基床層雙指標控制的要求，使基床不易變形，確保基床的穩定。

3.1.6 接近溶洞頂板層 主要是溶洞部分人工難以搗固的范圍（距頂板以下1.2 m內）采用M7.5漿砌片石，砌筑密貼于頂板。并對填塞漿砌片石處采取鉆孔注漿加固，以保證密實。注漿水泥采用42.5級普通水泥，水灰比1：1。注漿壓力根據砌筑情況采用0.3～0.8 MPa，最大不超過1.2 MPa。

3.2 振搗碾壓由于溶腔內不具備使用大型碾壓設備的條件，填筑密實度的控制采用小型振搗設備及小型碾壓設備完成。施工時，振搗碾壓的參數匹配（如振搗遍數、振擊點的間距及影響范圍等）必須經現場實驗，求得合理參數后再指導施工。振搗碾壓結束后，各層的密實度指標必須滿足要求。每一分層須經檢測達到規定要求后再進行下一分層的填筑，并做好指標檢測記錄。各填筑層密實度指標要求：基底粘土層的地基系數K30＞150 MPa/m；拋填片石層K30＞150 MPa/m；塊石土層K30＞130 MPa/m；碎石土層K30＞120 MPa/m，孔隙率n＜32%；路基基床底層K30≥120 MPa/m，n＜31%，基床表層K30≥150 MPa/m，n＜28%〔1〕。

3.3 沉降觀測

3.3.1 路基沉降觀測規定 路基填筑施工結束鋪軌開始后，必須觀測路基工后沉降，檢查填筑效果。一般持續觀測 6～12個月，沉降速率≤5 cm/a〔1〕才能滿足要求。由于該溶洞屬超高路基填筑，填方量大（約10.2萬m3），采用的觀測期為12個月。

3.3.2 溶洞實測沉降結果 該溶洞于2008年6月施工結束，2009年5月開始在該段路基面上鋪軌，同時進行沉降觀測。主要做法是，在溶洞范圍以外的隧道內建立穩定水準點，于溶洞填筑段內路基兩側路肩上各設置3個沉降觀測樁，共6個觀測點，持續觀測至2010年4月，計12個月，監測結果為年沉降量5 mm，遠小于鐵路路基工后沉降的要求。

4 結束語

田德鐵路隴外隧道溶洞經回填處理后，經歷了2個雨季，開通運營后，路基工后沉降量小，線路狀態穩定。這說明施工質量符合設計要求，達到了溶洞的整治目的。

在巖溶地區，大規模建設鐵路容易遇到各式各樣的溶洞。隧道溶洞處理只要能認真勘察分析、研究地質情況，優化比選整治方案，一定能找到切實可行的處理辦法，確保工程施工和設備后期運營的安全。

〔1〕鐵道部.TB10001-2005鐵路路基設計規范〔S〕.北京：中國鐵道出版社，2005.