黃香灣隧道進口段巖溶處治設計

易美華，肖劍

(1.長沙市國土資源局，湖南 長沙 41007； 2.長沙市規劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410007)

黃香灣隧道進口段巖溶處治設計

易美華1*，肖劍2

(1.長沙市國土資源局，湖南 長沙 41007； 2.長沙市規劃勘測設計研究院，湖南 長沙 410007)

巖溶災害是隧道施工中最常見的地質災害之一。根據桑植至張家界高速公路黃香灣隧道施工期間出現的巖溶分布特征，介紹了巖溶段隧道施工的處治設計方案，為以后類似工程的隧道施工提供了工程和技術借鑒。

隧道；巖溶；地質雷達；處治設計

1 工程概況

黃香灣隧道位于桑植縣瑞塔鋪鎮小溪口至小溪溝村，為分離式隧道。隧道設計長度為：左洞全長 3 209 m；右洞全長 3 200 m，為特長隧道，最大埋深約 350 m；進口采用端墻式洞門，出口采用貼壁進洞。隧道左、右洞進口分別位于半徑 3 120和直線上，左、右洞出口分別位于半徑 1 150和半徑 1 000的平曲線上。左、右洞縱坡分別為2.234%和2.23%[1]。

地形地貌：擬建的黃香灣隧道位于桑植縣瑞塔鋪鎮小溪口至小溪溝村。該隧道區屬中低山地貌，地形起伏大。隧道范圍內中線高程 358 m～ 746.7 m，最大高差約 388.7 m。山體自然坡度30°～50°，局部段達75°，植被較發育。進、出口均處于山前斜坡地帶，山坡處于基本穩定狀態。隧址區桑植端洞口西北面約 80 m處及張家界端洞口南面約 100 m有省道S228通過，洞身段K13+620處有鄉村道路通過，交通條件較好。

水文地質條件：隧址區地表水不發育，僅兩端洞口附近沖溝地段雨季雨水匯集可產生的暫時性水流。隧址區地下水主要為基巖中的裂隙水。隧址區泥質粉砂巖節理裂隙發育，貫通性一般，多泥質充填，賦水性較差；淺部強風化巖風化裂隙發育，巖體破碎，含少量裂隙水，主要靠大氣降水補給，沖溝等低洼部位以地下徑流形式排泄；斜坡部位以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表。

2 黃香灣隧道巖溶發育特征

根據實際測量成果，巖溶整體沿隧道縱向方向發育，大部分段位于隧道分離帶中間，該溶洞發育樁號范圍約為ZK13+215～ZK13+330段，沿線路走向長約 115 m，橫向寬約 13 m～ 45 m，底板發育標高 354 m～ 374 m，頂板發育標高 383 m～ 392 m，最大洞高約 38 m。隧道開挖時揭露的巖溶如圖1所示。

圖1 黃香灣隧道進口段巖溶

巖溶發育平面圖如圖2所示。其中ZK13+215～ZK13+222段圍巖位于巖溶發育段，為無充填型溶洞，最大高度約 17 m；ZK13+222～ZK13+236段為灰巖區；ZK13+236～ZK13+250段為巖溶發育區，為無充填型溶洞，最大洞高約 11 m，該段巖溶在右線K13+235處貫通，右線前后影響范圍長約 10 m，其余段都有厚度不等的中夾巖柱；ZK13+250～ZK13+270段為一平臺，分布厚度 3 m～5 m的黏土層(為溶洞充填物)，下部為灰巖；ZK13+270-ZK13+290段為平臺，黏土分布厚度 0 m～3 m，下部為灰巖；ZK13+290～ZK13+320段為巖溶發育區，為一“V”型溶溝，溝深約 15 m～20 m。本巖溶發育段大部分位于左右洞中間范圍。根據現場調查，現階段，該溶洞頂板及側壁巖體較完整，除溶洞靠近掌子面處，其余地方未見明顯松動危巖體及掉塊現象，洞頂及洞室側壁自穩能力較好。

圖2 隧道巖溶發育平面示意圖

圖3 隧道巖溶發育立體圖

此外，該溶洞內未見洞室蓄水，僅在“V”型溶溝處聽見少量水流聲，結合省道S228旁河流的出水點情況和前期地調，推測該水流從左洞流向右洞。本次調查，在洞頂及側壁局部段見裂隙水呈點滴狀滲出，滲水段發育有少量鐘乳石，平臺上有石筍。

3 巖溶處治設計

3.1 巖溶處治原則

在處治溶洞過程中，應遵循“方案合理、結構安全、工程成本低、保持水環境、施工易操作”的原則，安全、穩妥地保證隧道通過巖溶地段[2～6]。

(1)溶洞處治原則。對規模較小溶洞、無水的溶洞，當溶洞在隧道基底和邊墻時可采用漿砌干砌片石封閉回填。當發育在隧道拱部時，可用混凝土回填，對有水的溶洞，應注意排水處治措施。對規模較大溶洞，當溶洞發育在隧道基底時，可以采用隧道棄渣回填、注漿加固、板跨等方案通過。當溶洞發育在隧道邊墻時，可采用砌墻的型式通過。當溶洞發育在隧道拱部時，可采用長管棚、小導管等方法度過。在大型溶洞段，隧道的支護形式要加強，且要注意排水措施。總之，因地制宜，綜合治理，就是根據隧道所處的工程地質和水文地質條件及周圍環境條件，采取多種方法進行綜合治理。

(2)巖溶水處治原則。以堵為主，限量排放，排堵結合。可采用注漿堵水，也可以用涵管進行排水，不但解決巖溶水的問題，且要不影響隧道周邊的環境。

3.2 巖溶處治方案設計

黃香灣隧道巖溶區域主要分兩類進行處理(處理前均應首先清除巖溶沉積物)，即左線隧道未完全置于溶洞空腔區(ZK13+215～ZK13+290、ZK13+320～ZK13+330)段，簡稱“第一類”和左線隧道完全置于溶洞空腔區(ZK13+290～ZK13+320)段，簡稱“第二段”(亦即“V”型溶溝段)。兩類處治方案部分斷面如圖4～圖11所示。

圖4 隧道ZK13+218巖溶處理設計圖

圖5 隧道ZK13+220巖溶處理設計圖

圖6 隧道ZK13+230巖溶處理設計圖

圖7 隧道ZK13+240巖溶處理設計圖

圖8 隧道ZK13+260巖溶處理設計圖

圖9 隧道ZK13+286巖溶處理設計圖

圖10 隧道ZK13+310巖溶處理設計圖

圖11 隧道ZK13+325巖溶處理設計圖

(1)第一類方案

對于第一類，采用如下方案：

①左線距掌子面15 m范圍內的已加強段落布點監控量測，若出現變形、收斂數據異常則通知各方采取措施，保證臨近巖溶發育段的結構安全。

②左線通過該巖溶段(原設計Ⅲ級圍巖)支護進行加強，根據評審會專家意見進行細化設計。ZK13+215～ZK13+222段采用V級深埋段支護形式，ZK13+222～ZK13+232段采用Ⅳb支護形式，ZK13+232～ZK13+250段采用V級深埋段支護形式，ZK13+250～ZK13+265段采用Ⅳb支護形式，ZK13+265～K13+285段維持原設計，ZK13+285～ZK13+290段采用Ⅳb支護形式，ZK13+320～ZK13+330段采用V級深埋段支護形式。同時對空洞區域相應核減掉部分系統錨桿和超前支護。

③溶腔侵入隧道結構段采用C25混凝土擋墻+鋼筋混凝土護拱+吹砂緩沖的方式保護隧道結構，擋墻底部懸空或地基承載力不足時應回填或換填C20混凝土穩固基礎。

④右線被溶洞貫通段(對應左線樁號為ZK13+230～ZK13+245)，在右線左側采用C20混凝土進行回填，保護右線隧道結構。

(1)第二類方案

對于“第二類”(“V”型溶溝段)，結合溶洞深度和水流情況，采用回填+明洞方案。

①溶洞底部用碎石分層填筑，按路基施工要求進行壓實。并按水流方向鋪設2根排水管，采用 2 m直徑鋼波紋管，中心間距 4 m，鋪設排水管長度范圍應超出回填范圍，防止堵塞管道。

②為防止隧道出現不均勻沉降，保證結構安全，在排水管上施做一層 1 m厚級配碎石作為排水通道，其上施工填石路基，最后在距仰拱底 1.8 m范圍內澆筑 30 cm鋼筋混凝土板+150 cmC20混凝土層，級配碎石和填石路基要保證壓實度，滿足相關路基施工規范要求，并控制好沉降后施工隧道。

③C20混凝土層上施工60 cm的鋼筋混凝土護拱，護拱內按明洞結構施工隧道。

④溶溝發育至右線隧道底板下，綜合考慮右線溶洞跨度、頂板厚度、頂板巖體完整性及實際施工條件，溶洞底部按水流方向鋪設2根排水管，采用 2 m直徑鋼波紋管，中心間距 4 m，鋪設排水管長度范圍應超出回填范圍，防止堵塞管道。鋪設完成后回填C20混凝土至底板下，保證回填密實。

4 結 語

黃香灣隧道為典型的巖溶區隧道，本文介紹了隧道施工過程中溶洞不同部位采取分類處治的設計方案。巖溶區開挖隧道應遵循“因地制宜，綜合治理”的原則。由于巖溶發育地區地質條件復雜多變，在勘察設計階段完全準確查明地質、水文條件不太現實，因此，應加強隧道施工過程中的超前地質預報，提高預報的準確性，防患于未然。同時，對施工過程中出現的巖溶應借助于變更設計，對原有設計進一步細化、修正，確保工程的安全進行。

[1] 中交第一公路勘察設計研究院有限公司隧道與軌道交通設計院. 湖南省桑植至張家界高速公路第2合同段黃香灣隧道進口巖溶變更設計圖(ZK13+215～ZK13+330段)[R]. 2015.

[2] 王木群. 巖溶對隧道工程的影響及巖溶處治技術研究[D]. 長沙：中南大學，2011.

[3] 韋世明，李大超. 喀斯特地貌山區隧道不良地質災害防治技術探討[J]. 西部交通科技，2013(5)：56～59.

[4] 余順，秦峰，丁浩. 中山頂隧道巖溶處治設計及其體會[J]. 公路交通技術，2014(1)：118～121.

[5] 陳揚勇，肖了林，徐林生. 施家梁隧道K44+090巖溶水處治設計[J]. 公路交通技術，2009(S)：133～138.

[6] 王道良，胡學兵，李科. 秀山隧道滲涌水病害分析與處治設計[J]. 公路交通技術，2015(6)：79～85.

Disposal Design of Karst in the Entrance Region of Huangxiangwan Tunnel

Yi Meihua1，Xiao Jian2

(1.Changsha Bureau of Land and Resources，Changsha 410007，China；2.Changsha Planning Survey & Investigation & Design Institute，Changsha 410007，China)

Karst is one of the most common geological disasters in tunnel construction. According to distribution characteristic of Karst during the construction of Huangxiangwan tunnel of Sangzhi-Zhangjiajie highway， the design scheme of the karst tunnel construction was introduced， which provides the engineering and technical reference for similar projects.

tunnel；karst；geological radar；disposal design

1672-8262(2017)04-173-04

P642.252

B

2017—04—07

易美華(1978—)，女，碩士，工程師，主要從事物探、GIS研究等技術工作。