隧道涌水溶洞施工處治研究及應用

饒坤榮 韋權 廖智德 盧振有

摘要：文章對隧道工程實例的涌水溶洞現場狀況進行了研究，分析其溶洞構造及風險，制定了相應的處治對策。通過對溶洞處治段排水效果及監控量測進行跟蹤觀察可知，當降雨量較大時，該溶洞處治段及附近區域二襯無滲水現象，沉砂池內有部分淤泥，主要以清水為主，總體排水效果較好。

關鍵詞：隧道；涌水溶洞；抗水壓襯砌；預埋排水管

中圖分類號：U456.3+2A150493

0引言

山區高速公路建設中隧道是關鍵性的工程，隧道能否順利貫通關乎整條路線的通車問題。隧道施工會面臨各種復雜的地質情況，其中最常遇到的就是溶洞，常規的空溶洞或者填充型溶洞相對容易處治，最復雜的就是涌水溶洞的處理，原則是不可輕易堵水，盡量以排水為主，輔以抗水壓襯砌［1］。本文通過研究廣西賀州至巴馬高速公路（都安至巴馬段）№1合同段弄莫隧道出口左洞（40 m）巖溶地質段和伏龍隧道右線溶洞處涌水病害處治，總結出一套隧道涌水溶洞施工處治技術。該段高速公路開通運營至今狀況良好，證明了處治技術應用的成功，值得同類項目參考。

1伏龍隧道涌水溶洞處治

1.1涌水溶洞現場狀況

伏龍隧道右洞上臺階進尺為542 m，埋深為160 m，設計為Ⅲ級圍巖，圍巖較好，左拱腰處有局部泥質充填，出現大量涌水，水量較大且急，水質較渾濁，將1.65 m×0.7 m的中心水溝滿灌。隨著開挖掘進，在上臺階右拱腳處揭露出一直徑約2.5 m、高度未知的溶洞，該溶洞沿拱頂方向往上延伸，水流從巖溶裂隙流出，水質較清，流量約為1.200 L/s。預埋4根150 mm的PVC管（溶洞未回填混凝土），下雨后，該溶洞內涌水量明顯增大，水體含泥量大，含有粉細砂顆粒。

1.2溶洞構造及風險分析

通過現場踏勘對伏龍隧道右洞溶洞涌水病害進行分析，得出三點判斷：

（1）涌水段附近存在大溶腔。

（2）該溶洞涌水受地表降水補給明顯，與地表連通。

（3）涌水含粉細砂，存在高風險。

1.3制定處治對策及實施

伏龍隧道涌水量大，泥、粉細砂含量較高，若處理不好則雨季或后期運營過程中可能出現水害，具有高風險，影響隧道安全。通過分析，此類病害處治應“以排為主，輔以抗水壓襯砌”［2］。

通過分析溶洞地質和水文基礎資料，再結合現場踏勘情況，確定處治方案如下：

（1）拆除伏龍隧道右線溶洞處邊墻鋼架，并對溶腔進行適當擴挖，通過埋設抽芯管將巖溶水經沉砂池沉淀后引排至中心排水溝。抽芯管采用土工布包裹。

（2）伏龍隧道右段設置抗水壓襯砌。

（3）施工過程中加強監測，施工后期加強對排水效果的跟蹤觀測，進一步對地下水進行調查。

處治方案實施以來，對處治段排水效果及監控量測進行跟蹤觀察，降雨量較大時，處治段及附近區域二襯已無滲水現象，排水管也無填充物阻塞。

2弄莫隧道涌水溶洞處治

2.1溶洞現場狀況

弄莫隧道出口左洞施工掌子面，進洞969 m，往前左洞位于低洼地F斷層通過區域，隧道埋置深度處于125～150 m。原設計該溶洞地質段為Ⅴ級圍巖，設計襯砌類型為S5-B，掌子面圍巖局部白色方解石與灰巖充填膠結相對較好，溶蝕裂隙發育，局部夾泥，溶蝕裂隙發育，節理裂隙發育［3］。開挖揭露情況與原設計圍巖地質情況基本相符。根據實際開挖與支護情況，圍巖開挖過程穩定，初期支護按原設計施工。施工期間初期支護右側拱腳涌水情況如下：

隧道區域遭遇大暴雨后，弄莫隧道出口左洞右側（面對掌子面右側）拱腳突然涌水，涌水量較大且夾帶大量泥和少量砂。左洞右側底部邊墻初支滲水明顯。短時間內（1～2 h）將隧道洞內施工區域淹沒，水深0.3～1 m；1 h內最大水流量估算V=100 m×12 m×0.65 m/h=780 m3/h，實際水流量＞780 m3/h，部分水往洞口流出。溶洞涌水過程約帶出5～8 m3紅黏土泥，含少量砂。

2.2現場地質勘察情況

在左洞右側邊墻進行超前地質預報和超前地質鉆探，結果如圖1所示：左洞右側隧底巖層較好，無隱伏溶洞地質。右側邊墻0～8 m處圍巖總體較破碎，節理裂隙發育，局部溶隙和溶槽發育；右側邊墻8～20 m處圍巖總體破碎，溶洞和溶槽密集發育，主要為小型溶槽和黏土夾石地質。在右側邊墻鉆孔后，水從鉆孔噴出，根據現場情況大概計算水流噴出速度V為2.3～2.5 m/s，推測右側有過水通道。

2.3涌水段處治方案

弄莫隧道涌水量大，涌水夾帶的泥、砂含量較高，對隧道結構及質量影響較大。分析研究后，制定右側拱腳涌水處治方案如下：

（1）該溶洞段周邊巖溶發育，隧道右側涌水量較大，且含有紅黏土和泥沙，應盡可能避免涌水過程將紅黏土和泥沙帶入中心排水溝，避免隧道中心排水溝堵塞［4］。

（2）對本段弄莫隧道左洞（長為2 459 m）右側弱電電纜溝進行改造；對隧道洞內人字坡最高點進行導水，可利用右側弱電電纜溝進行排水、沉砂。取消弄莫隧道左洞弱電電纜溝內的托架等相關設施，弱電電纜及通信管道可集中放在電纜溝頂部的電纜管箱內，加大管箱規格，加密托架的布設間距，消防管放在隧道檢修道邊墻一側，集中利用電纜溝下部的空間作為排水及沉砂的空間。

（3）在本段隧道右側設置面積≥7 m2的匯流槽，匯流槽底部采用混凝土封底，并留有涌水孔，上部采用錨噴支護。根據現場集中出水點情況設置4個匯流槽，在匯流池底部和拱腳設置縱向排水溝槽，將4個匯流槽連接［5］。

（4）結合現有凈空條件適當加強二襯，二襯采用加深仰拱的鋼筋混凝土結構。匯流槽處的二襯開250 cm×270 cm（寬×高）的孔洞，方便清沙及檢修。匯流槽處的二襯開孔應設可開啟的鋼門。

（5）加密環向盲管及橫向導水管，在隧道右側及本段臨近段落增設泄水孔，孔內設置外包無紡布的硬式透水管。

（6）溶洞涌水段兩端設置端頭段隔水，減小竄水的影響［6］。

弄莫隧道出口左洞溶洞段采用處治方案實施以來，對溶洞處治段排水效果及監控量測進行跟蹤觀察，降雨量較大時，該溶洞處治段及附近區域二襯無滲水現象，沉砂池內有部分淤泥，主要以清水為主，總體排水效果較好。

3經濟效益分析

采用沉砂橫洞處治巖溶隧道拱墻涌水溶洞施工方法進行處治施工，適應性強，處治效果顯著，保證了涌水溶洞處治期間的施工安全，且質量滿足設計及規范要求；避免了后期因隧道排水系統堵塞，溶洞段襯砌背后承受較大水壓，造成隧道結構出現嚴重滲漏的現象；避免在運營期間封閉交通進行處治，降低了后期維護和檢修的成本，有良好的社會效益和間接性經濟效益［7-8］。

弄莫隧道出口左洞涌水溶洞采用“抗水壓襯砌加強+預埋排水管”方案變更增加的總費用（以40 m計算），與采用“抗水壓襯砌加強+沉砂橫洞（8 m）”方案變更增加的總費用（以40 m+8 m沉砂橫洞計算）對比如表1所示。

與“抗水壓襯砌施工+預埋排水管引排”的方案相比，采用“抗水壓襯砌加強+沉砂橫洞（8 m）”方案需增加投資=1 121 275-1 075 272=46 003元。

與“抗水壓襯砌施工+預埋排水管”相比，采用“抗水壓襯砌加強+沉砂橫洞（8 m）”方案成本增加率為=4.600 3÷107.527 2×100%=4.28%。

通過兩種施工方案成本的對比，可以得出采用“抗水壓襯砌加強+沉砂橫洞（8 m）”方案的施工成本稍微高4%～5%，直接經濟效益不明顯，但溶洞處治后工程質量得到保障，避免了后期返工處理增加的成本，降低運營期間的維護成本，間接性經濟效益和社會效益顯著。

4結語

本文通過實際工程案例分析了隧道涌水溶洞施工處治方法。與傳統的分層泵送混凝土回填隧道拱墻外側溶洞、加密環向排水管和橫向排水管、環向設置徑向深孔泄水孔引排施工方法，以及在初支外側提前預埋多根300 mm排水管后對隧道拱墻外側溶洞回填混凝土到預定高度、將排水管接通至中心水溝、在中心水溝位置設置檢查井和加深沉砂池的施工方法相比，本方法通過設置沉砂橫洞結構，在溶洞內先預埋排水管，泵送混凝土回填溶洞，克服了隧道巖溶發育段圍巖穩定性差、施工過程掌子面靠溶洞一側易發生塌方的難題，保證了施工安全。同時，沉砂橫洞起到集水、排水、沉砂、過濾的作用，延長了隧道中心排水溝和沉淀池工作時間；沉砂橫洞底預埋多根500 mm排水管作為過水通道，隧底涌水時起到排水降壓的作用，避免了巖溶水對隧道結構造成破壞，保證了隧道結構的安全耐久性。

參考文獻［1］鄭宗利，關惠軍，茍想偉，等.巖溶隧道突涌水預警體系的建立［J］.災害學，2022（1）：41-46.

［2］劉卓華，朱貴.在運營高速公路隧道涌水災害應急搶險處治研究［J］.西部交通科技，2021（7）：126-129，185.

［3］鄧書金，洪愛花，徐鐘，等.巖溶隧道充填型隱伏溶洞涌突水持續時間特征試驗研究［J］.水利水電技術（中英文），2021，52（5）：97-108.

［4］韓行瑞.巖溶隧道涌水及其專家評判系統［J］.中國巖溶，2004（3）：47-52.

［5］石少帥.深長隧道充填型致災構造滲透失穩突涌水機理與風險控制及工程應用［D］.濟南：山東大學，2014.

［6］王遇國.巖溶隧道突水災害與防治研究［D］.北京：中國鐵道科學研究院，2010.

［7］張慶松，李術才，韓宏偉，等.巖溶隧道施工風險評價與突水災害防治技術研究［J］.山東大學學報（工學版），2009，39（3）：106-110.

［8］汪海濱.山嶺隧道地下水規律及防治方法研究［D］.成都：西南交通大學，2002.

作者簡介：饒坤榮（1984—），高級工程師，主要從事道路橋梁施工技術工作。