黔桂線拉岜隧道巖溶特征及整治措施

張雨露，馮 濤

(中鐵二院工程集團有限責任公司 地勘巖土公司，成都 610031)

1 工程概況

黔桂鐵路位于廣西壯族自治區西北部和貴州省東南部，是聯結兩省區的重要交通紐帶，也是西南、西北地區與華南經濟區聯系的重要紐帶［1］。

拉岜隧道在施工過程中揭示的巖溶在隧道施工中比較典型，本文就黔桂線拉岜隧道工程中的巖溶特征進行簡要分析，給出一些工程上的治理措施。

黔桂線拉岜隧道穿越低山溶蝕峰叢，山體上基巖裸露，零星生長低矮灌木，斜坡陡峻，多陡坎、絕壁。巖表溶蝕強烈，多見溶溝、溶洞、溶槽、溶隙，進出口端溶蝕谷地較平坦、開闊，多被墾為水田。在施工時D1K326+228—D1K326+450段揭露出較大的溶洞，對隧道施工及運營存在較大影響。

2 拉岜隧道巖溶特征

2.1 地表巖溶特征

2.2 充填物特征

施工中拉岜隧道 D1K326+228—D1K326+450段共發育有4處巖溶，長度共計129 m。溶洞大部分為空洞，底部充填物大致分為兩層:①碎石土層，稍濕松散，其中碎石約占80%，夾個別塊石，呈尖梭狀，分布于隧道通過的溶洞內。這些碎石土上部分為施工時的隧道棄渣，下部為溶洞頂板掉落的碎石塊土。②淤泥層，流塑至軟塑狀，土質較純，厚約0～2 m，局部達3.0 m，分布于溶洞底部。

2.3 水文地質特征

地下水主要為巖溶水。因隧道通過的高程高于進出口谷地高程6～8 m，地下水位還在谷地以下1～2 m，故隧道位于巖溶水的垂直滲流帶與季節變動帶分界附近。巖溶水的補給主要靠大氣降雨下滲補給，溶洞底多充填淤泥，消水、排水不暢，溶洞內易形成積水。隧道最大涌水量為1 578.2 m3/d。由于隧道施工侵占原有的溶洞空間，對溶洞處理稍有不慎，會使溶洞積水水位升高，對隧道結構和運營存在嚴重的安全隱患。

2.4 巖溶形態特征

D1K326+228—D1K326+264段1號溶洞平面形態呈長條形。長軸與線路夾角約21°，長軸長約45 m，寬1～9 m，高5～15 m。洞壁及洞頂鐘乳石較發育，底部充填厚約2～3 m的淤泥，洞底較平，無明顯的流水痕跡。雨洪期洞內積水，根據水淹痕跡最高水位高程約為916.0 m。1號溶洞在中間位置橫斷面面積比兩端小，但碎塊石和淤泥的厚度隨著線路里程數增加而增加，在中間位置底部有直徑約2.0 m的漏斗形土坑，為該溶洞的消水通道，見圖1。

圖1 1號溶洞平面示意

D1K326+298—D1K326+339段2號溶洞在隧道左側，2號溶洞溶蝕大廳平面形態如“掌”型，溶洞沿隧道長41 m，侵入隧道左側0～3 m。左側洞邊緣發育多個支洞，延伸至中線左側外44 m，洞高50～70 m。洞頂偶有鐘乳石，洞壁上發育有個別較大石筍，洞底為淤泥充填，厚2 m左右。隧道底至洞底淤泥面5～6 m，洞底有流水痕跡，局部有少量積水，推測為主要消水處。雨洪期溶洞內有較深積水，最高水位為916.0 m，比隧道底高程低0.7 m。從小里程端到大里程端，巖溶形狀由不規則向規則發展，在中間地段碎石土和淤泥厚度明顯增加，溶蝕空洞體積達到最大，約為小里程端的2倍，見圖2。

D1K326+353—D1K326+365段3號溶洞與2號溶洞大廳相通，該溶洞呈長條形，長軸與隧道中線約呈68°斜交(圖2)，并穿過隧道。寬 2～12 m，高 12～26 m，兩端逐漸變小。局部洞壁發育鐘乳石，底部充填淤泥，厚2～3 m，洞壁較穩定。洞底有溝形，水流向是由隧道右側向左側，最高積水高程為916.0 m。與隧道交叉處溶洞頂高于拱頂約45 m，洞底低于隧道底4～5 m。從小里程端到大里程端，溶洞底部碎塊石和淤泥層厚度增大，橫向距離逐漸減小。

D1K326+435—D1K326+445段4號溶洞呈長條形，長軸與線路交角約70°。溶洞由隧道右側30 m處向左側發育，實測至左側70 m還未見盡頭，寬2～8 m，高3～12 m。與隧道交叉處溶洞頂接近隧道拱部，溶洞底低于隧道底約2 m。局部洞壁鐘乳石較發育，洞底有流水的痕跡，并在右側有落水洞，最高水位約915.0 m。溶洞底部由較厚的碎塊石和淤泥充填，見圖3。

圖2 2、3號溶洞平面示意

圖3 4號溶洞平面示意

3 巖溶危害性分析

巖溶危害是指對經濟建設和人民生活構成安全和經濟方面的危害。這些危害包括:巖溶洞穴致使建筑物基礎懸空;洞穴沉積物的松散與松軟特性，導致建筑物下沉變形;巖溶水淹沒、沖毀各種建筑設施;巖溶地面塌陷造成破壞及其誘發的其他危害。巖溶塌陷的理論研究、模型預測及防治工程已有眾多的工程實例［2-6］，形成了較為豐富的研究體系。但是，巖溶發育的影響因素眾多，如碳酸巖礦物成分及含量、地質構造、水文地質條件等。因此，巖溶發育形態各不相同，對工程的危害性亦區別較大。根據本工段的實際資料，推測本工段容易發生的危害有以下幾點:

1)1號溶洞，溶洞面積和深度均較大，溶洞底部淤泥易發生突泥現象。巖溶洞內明顯出現消水不暢，巖溶水聚集的情況，在洪峰季節巖溶水增多，易發生涌水現象。當部分淤泥或巖土體和溶蝕后的碎屑一起被巖溶水帶走時，將容易產生塌陷和基礎懸空的情況。同時，1號溶洞和隧道相交有一定的夾角，若發生突水突泥，必將對隧道工程的安全造成很大的威脅。

2)2號溶洞面積較大，溶洞底淤泥層較厚，容易發生突泥現象。但巖溶水量明顯較1號溶洞小，結合鉆探和物探資料分析2號溶洞應該為主要消水處，因此，發生涌水現象的可能性較小。

3)3號溶洞面積最大，淤泥層也比較厚，最大的威脅在于巖溶壁發育鐘乳石，而且和隧道工程的線路成一定夾角，巖溶壁的強度很低，容易造成塌陷，直接威脅到隧道工程的安全。

4)4號溶洞底面高程低于隧道底約2 m，此處巖溶如果發生塌陷的話，將直接影響隧道工程的正常使用和運營。而且局部洞壁鐘乳石較發育，已發生塌陷，同時和隧道線路有一定夾角，對隧道的影響較大。

4 治理措施

4.1 1號溶洞

1)隧道襯砌:隧道襯砌按Ⅴ級加強襯砌。

2)隧底處理及溶洞排水:D1K326+225—D1K326+275段隧道基礎處理前，應首先清除溶洞內全部棄渣，恢復原有溶洞形態，恢復消水洞的消水功能。本段溶洞隧底采用C15片石混凝土換填，換填深度至基巖以下0.5 m，并清除換填范圍內溶洞底部之充填淤泥。隧道邊墻外露空部分采用C25混凝土加厚邊墻，拱腳位置加厚0.5 m，邊墻外側邊坡坡率1∶0.2。邊墻加厚與拱部回填部分應與二襯一并灌筑，見圖4。

圖4 1號溶洞處理措施(單位:cm)

4.2 2號溶洞

1)隧道襯砌:隧道采用Ⅴ級加強襯砌，隧道邊墻外露空部分采用C25混凝土加厚邊墻，拱腳位置加厚0.5 m，邊墻外側邊坡坡率1∶0.2。其余露空部分，采用C25混凝土回填填實。邊墻加厚與拱部回填部分應與二襯一并灌筑。

2)基底處理:隧底溶洞充填的淤泥質黏土層采用φ50 cm高壓旋噴樁加固，高壓旋噴樁樁間距1.0 m，深度以穿透黏土層達到巖層為準。地基加固后，復合地基承載力不得小于200 kPa，見圖5。

4.3 3號溶洞

1)隧道襯砌:治理措施同2號溶洞。

2)隧底處理及溶洞排水:隧底以下已開挖部分采用C15片石混凝土回填，并于隧底預埋2根 φ300鑄鐵管加強溶洞橫向排水。管底高程應與溶洞開挖之前淤積面高程一致，施工開挖產生的棄渣、棄土應堆放于隧道棄渣場，禁止堆棄在溶洞內，以防棄渣、棄土堵塞溶洞消水通道，危及隧道襯砌結構安全。隧底溶洞充填淤泥質黏土采用φ50 cm高壓旋噴樁加固，高壓旋噴樁樁間距1.0 m，深度以穿透黏土層達到巖層為準。地基加固后，復合地基承載力不得小于200 kPa。如圖6所示。

圖5 2號溶洞處理措施

圖6 3號溶洞處理措施

4.4 4號溶洞

1)隧道襯砌:治理措施同2號溶洞。

2)隧底處理及溶洞排水:4號溶洞與隧道斜交并且有水通過，為保留溶洞過水通道，于D1K326+441設過水建筑物一處為2.0 m箱涵(如圖7所示)。隧底溶洞充填淤泥質黏土采用 φ50 cm高壓旋噴樁加固，高壓旋噴樁樁間距1.0 m，深度以穿透黏土層達到巖層為準。地基加固后，復合地基承載力不得小于200 kPa。

圖7 4號溶洞處理措施

5 結語

通過對拉岜隧道 D1K326+228—D1K326+450段四處巖溶和巖溶水的發育特征的分析，指出該段巖溶對鐵路施工和運營可能造成的危害，提出相應的工程治理措施，避免因處理措施不合理而出現其它病害。黔桂鐵路拉芭隧道從2009年10月通車至現在，由于對溶洞處理措施合理，未出現病害。通過本文介紹的隧道巖溶處理實例，期望對今后巖溶地區鐵路建設具有借鑒作用。

［1］黃波．黔桂線擴能改造工程主要技術標準研究［J］．鐵道工程學報，2010(8):1-5．

［2］徐衛國，趙桂榮．論巖溶塌陷形成機理［J］．煤炭學報，1986(2):1-11．

［3］劉輝．鐵路施工中處理巖溶塌陷的幾點認識［J］．地質災害與環境保護，1998(3):62-64．

［4］涂國強，楊立中，賀玉龍．鐵路沿線巖溶塌陷預測模型［J］．西南交通大學學報，2001(4):35-36．

［5］盛莉．齊岳山巖溶隧道施工處理［J］．鐵道建筑，2009(5):61-84．

［6］楊秀清，柳墩利．內尾隧道溶洞處理技術［J］．鐵道建筑，2009(11):42-44．