永睦隧道巖溶發育區地表塌陷處治措施研究

張化川 郭豪

摘 要：巖溶發育區公路隧道在施工過程中，因巖溶突水災害誘發的隧道地表塌陷災害時有發生。由于隧道地表塌陷受到圍巖巖性、地質構造、氣象條件及施工工藝等多因素的綜合影響，為確切反映巖溶區隧道施工過程中地表塌陷災害的處治效果，以貴州觀花大道永睦隧道為工程背景，提出巖溶區地表塌陷的分類形式，分析得出該隧道地表塌陷主要原因為地形條件、巖溶發育、季節降雨影響及施工擾動。最后提出隧道地表塌陷處采用底部混凝土回填、蓋板封閉、上部原狀土回填及地表植草的治理措施，同時結合監控量測結果分析得出該措施可以起到良好的治理效果，可為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：巖溶隧道;地表塌陷;災害形式;處治措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.103

1 前言

隨著我國交通運輸建設事業蓬勃發展，越來越多隧道的修建在巖溶發育地區，巖溶發育區地層地質條件復雜且變化多樣，隧道該區域修建時常遇到斷層、破碎帶、強（或全）風化帶、空洞及巖溶管道等不良地質區段，其中地表塌陷是隧道施工中遇到的工程事故之一[1，2]，一般塌陷發生在掌子面前方，通常采用回填塌陷區及管棚超前支護來對塌陷處進行處理[3，4]。然而隧道地表塌陷類型繁多，處理方式不盡相同，如果沒有科學合理的治理方案，往往會造成更大損失，達不到預期效果。因此，針對隧道穿越巖溶區形成地表塌陷治理方案的研究十分必要。文章結合永睦隧道地表塌陷處理進行具體分析。

2 隧道地表塌陷分類及成因

按巖溶區地表塌陷處位置與掌子面相對位置關系可將塌陷分成三中類型：

（1）塌陷處在掌子面前方;

（2）塌陷處在掌子面處;

（3）塌陷處在掌子面后方，其位置關系如下圖所示：

對于第一種類型塌陷，其塌陷原因是覆蓋層較淺，巖溶發育區受到開挖擾動影響導致最終塌陷，其常規處理方式是回填塌陷區域，對塌陷區掌子面前方進行超前管棚及小導管注漿支護，文章結合永睦隧道塌陷情況分析第二種情況，研究塌陷區位于掌子面后方的塌陷處治措施。

3 工程概況

3.1 項目概況

永睦隧道為分離式長隧道，位于安順市關嶺縣，項目區地處貴州高原西部高原山地區，右幅隧道起訖樁號YK16+638～YK18+255，長1617m。隧道橫穿山丘，中部最大埋深約258m，坡體植被發育;進口位于緩坡上，埋深淺，覆蓋層較厚，出口位于一陡坡坡腳，地形較陡，為荒山，大部基巖出露。隧道區附近海拔1095.5～1333.5m，相對高差248m。左右幅隧道軸線通過地段的地面高程為1100.2～1308.6m，相對高差208.4m，地貌類型為溶蝕—侵蝕型低山地貌。

3.2 永睦隧道地表塌陷情況

2018年8月24日，永睦隧道K17+030～K17+050區段洞頂上方地表出現塌陷的情況，塌陷呈漏斗狀，塌陷范圍為直徑約16m，深度約8m，對應的隧道區段左右洞均已完成二次襯砌的施工，圖2為永睦隧道地表塌陷現場照片。

4 永睦地表塌陷原因分析

4.1 塌陷區地質雷達掃描分析

YK17+030～K17+050處于巖溶發育區，前期鉆探、物探揭露溶蝕發育，存在溶洞。該沉陷區域覆土深度約10m，沉陷深度約8m。根據施工方提供資料及雷達掃描測線3結果顯示，地表下約18～30m處有疑似填充型溶洞發育，沿隧道方向長度約4m，具體發育程度不詳。雷達掃描測線3結果顯示，地表下約38m處巖性發生變化，巖層傾角約6°，巖體破碎，節理裂隙發育，層間可能有夾泥。測線1、測線2、測線4結果顯示，地表下未發現明顯溶洞發育，覆土較為松散，巖層有明顯變化，根據前期勘探資料，該段區域為巖溶洼地，隧道圍巖為中風化白云巖，為可溶巖，巖體破碎，不排除下方會再次形成巖溶的可能性。

4.2 地表塌陷成因分析

地表塌陷區位于掌子面后方，且塌陷發生時，對應隧道處已完成二次襯砌的施工。結合災害發生近一個內天氣情況分析，隧道穿越巖溶區時，開挖對隧道結構上方的巖溶空腔附近的圍巖產生了擾動，但由于隧道埋深較大，空腔位置相對較遠，擾動不足以時圍巖產生大量變形，但隨著隧道不斷的爆破震動開挖，加之連續多天的降雨，降水滲透至空腔處，加速巖溶處圍巖的擾動變形，最終發生了地表塌陷的災害。

5 處治措施及監控量測分析

5.1 處治措施及施工參數

鑒于地表塌陷區對應的隧道洞內區段已完成二次襯砌的施工，通過地質雷達掃描結果和洞內對應區段監測數據分析，隧道襯砌結構并無異?，F象，表明隧頂地表處塌陷對隧道結構受力影響不大。為防止地表塌陷處積水下滲，對圍巖及隧道結構產生不利影響，現下做出如下處理方案：

（1）地表塌陷處設置圍擋，地表塌陷處及洞內對應區段布設變形監控量測點，加強對洞內YK17+060～YK17+020段二次襯砌變形的監測;（2）塌陷處坑底至上2m范圍采用水泥土回填，水泥以質量10%進行摻和，回填后地面抗壓強度達到2Mpa以上;（3）水泥土上方設置厚0.5m鋼筋混凝土蓋板對塌陷坑進行封閉，其中蓋板主筋采用φ12HRB400鋼筋，間距20cm。箍筋采用φ8HPB300鋼筋，間距20cm;（4）蓋板以上部分采用現狀土進行回填至原地面高度，回填時進行人工壓實處理，地面中心處與塌陷邊緣回填為1：10坡度，用以防止雨水匯聚。

5.2 監測數據分析

（1）洞內變形監測點設置。隧道洞內布設三個監測斷面，斷面樁號分別為YK17+030、YK17+040、YK17+050，在各斷面拱頂布設變形監測點。

（2）洞內變形監測數據結果及分析。從監測結果可以看出，塌陷段對應的隧道結構變形很小，且當地表塌陷處完成蓋板封閉及回填后，隧道檢測斷面幾乎不再變形，表明該處理措施能有效解決永睦隧道的地表塌陷問題。

6 結論和建議

（1）隧道穿越巖溶發育區時，應提前做好地質勘察工作，開挖掘進至溶洞附近時，首先應做好地質預報工作，確定溶洞的具體位置及發育情況，再制定隧道加固及開挖掘進方案。

（2）穿越巖溶發育區時若發生地表塌陷災害，應根據塌陷情況，塌陷區與掌子面位置關系及原因采用針對性處治措施。

（3）對于與本項目類似工程，地表塌陷距洞身較遠，塌陷區位于掌子面后方且二襯已施工完成的隧道塌陷災害，可借鑒本項目采用的處理措施，并利用監測數據分析隧道結構是否安全。

參考文獻：

[1]王運金.九嶺山隧道塌方治理及塌方治理效果檢測[J].現代隧道技術，2008（S6）：82-85.

[2]黃昌富.超前支護大管棚的導向跟管鉆進技術[J].巖土工程界，2007（01）：78-80.

[3]孫國慶.超前大管棚施工工藝及參數優化研究[J].隧道建設（中英文），2010，30（05）：495-497.

[4]周應麟，陳秋南.隧道軟弱圍巖塌方處理技術[J].中外公路，2015（04）：152-154.

作者簡介：張化川（1991-），男，黑龍江人，碩士，助理工程師，主要從事公路、隧道及地下工程的勘察工作。