肖 麗，王 杰，曾劍華

(長江勘測規(guī)劃設計研究院，湖北武漢 430010)

某水電站位于烏江干流，為灰?guī)r地區(qū)，河床高程430 m左右，勘察表明左、右岸分別發(fā)育多個巖溶系統(tǒng)，為巖溶發(fā)育地區(qū)。

1 隧洞基本概況

右岸進場公路起點高程632.5 m，終點高程640.5 m，全長1 643 m，其中樁號K0+034～K0+719段為隧道段。明線段路面寬14 m，其中行車道寬9 m，兩側(cè)人行道寬各3.75 m，為混凝土路面。隧道段長685 m，進、出口底板高程分別為632.5 m和640.5 m，隧道斷面呈馬蹄型，底板凈寬10.5 m，中心線高 7 m，隧道軸線走向320°，與巖層走向近正交。

隧道沿線總體地勢北高南低、中部高兩頭低，進、出口段總體地形各為向南東、北西傾斜的斜坡，地形坡度分別為45°～55°、25°～30°;洞身中部段地形起伏較大，走向北北東向山脊與鞍部相間，總體為向凹槽傾斜的斜坡，地形坡度35°～45°，坡頂最大高程834 m，坡腳為凹槽，寬約50 m，槽底高程680～710 m。隧道沿線地面高程640～780 m，最大埋深137 m(圖1、圖2)。

圖1 隧道區(qū)地質(zhì)簡圖Fig.1 Generalized geologic map of tunnel

隧道經(jīng)過區(qū)域地層為二疊系下統(tǒng)棲霞組、茅口組及上統(tǒng)吳家坪組，以生屑灰?guī)r為主，為巖溶發(fā)育地層。K2溶洞主要發(fā)育于茅口組下段第二層中，各層巖性如下:

P1m1－3:灰色薄層微晶生物碎屑灰?guī)r，中下部夾薄—極薄層波鏈狀含炭、泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r，厚約36 m［1］。

P1m1－2:灰色中厚層微晶生物碎屑灰?guī)r，下部夾硅質(zhì)條帶，厚約11 m。

P1m1－1:灰色厚層微晶生物碎屑灰?guī)r，具斑塊狀白云化。頂部為含炭、泥質(zhì)生物碎屑灰?guī)r，厚約62 m。

圖2 隧道K2溶洞段地質(zhì)面簡圖Fig.2 Sketch of geological profile of tunnel K2 karst cave zone

隧道區(qū)沿線為單斜地層，巖層走向45°～75°，傾向NW，傾角30°～45°。巖層走向與隧道軸線夾角65°～85°。斷層不發(fā)育，以NW向裂隙及沿層間發(fā)育一系列的層間錯動帶為主要構(gòu)造形跡，裂隙多溶蝕，各錯動帶特性見表1。

表1 隧道K2溶洞區(qū)層間錯動帶特性表Table 1 Characteristics table of interlayer staggered zones of tunnel K2 karst cave

隧道經(jīng)過區(qū)圍巖以較強或強巖溶巖組為主，巖溶以追蹤結(jié)構(gòu)面或結(jié)構(gòu)面交匯處發(fā)育為主，如斷層、層間錯動帶、裂隙交匯部位，充填物多為粘土，有時夾碎塊石［2］，前期勘察資料表明，沿各層間錯動帶巖溶發(fā)育，或形成有復雜的巖溶系統(tǒng)。隧道除出口段長近50 m地下水活動稍強，表現(xiàn)為洞周滴、滲水較普遍外，其余段地下水活動微弱，多表現(xiàn)為沿結(jié)構(gòu)面局部零星滴、滲水。

2 K2溶洞及坍塌基本情況

K2 溶洞發(fā)育于 P1m1－1頂及 P1m1－2層，其主要沿F114b層間錯動帶及附近巖體順層發(fā)育，總體呈斜井狀，揭示可見溶洞高12～16 m，寬13～15 m，順層向隧道底板延伸至樁號K0+342，沿頂板洞軸線長約12 m，洞壁不規(guī)整，為棕黃色粘土夾碎塊石充填;隧道頂板溶洞距地表垂直距離約110 m，推測其長約130 m。溶洞地表落水洞位于 P1m1－2層頂部、P1m1－3層底部，洞口呈橢圓形，長軸長約6 m，短軸約4 m，上部5～6 m洞壁近直立，深6 m后漸變?yōu)轫槍影l(fā)育，呈斜井狀延伸，發(fā)育方向近340°。

2003年2月19日開挖至樁號K0+326揭露K2溶洞，洞渣清理完后，下午3點溶洞充填物開始坍塌，20日上午已向外推移至樁號K0+304處，至22日上午推移至樁號K0+260附近，此后未見繼續(xù)向外推移跡象。溶洞充填物為棕黃色局部夾條帶狀淺灰綠色粘土夾碎塊石，粘土含水量較高，性粘，多呈可塑狀，局部呈軟塑狀，坍塌堆積物隧道底板處有滲水現(xiàn)象。隨后施工單位對坍塌物進行清理，清理過程中溶洞充填物仍時有坍塌，堆積物沿隧道底板時有外推，5月17日坍塌延至地表。

3 處理措施分析

溶洞充填物坍塌后，隧道進口段施工被迫中斷，由于坍塌物為粘土，粘性強，清理工作進展緩慢，考慮到工程進度和后續(xù)溶洞坍塌段處理及運行安全，設計采用混凝土回填方案，對隧道頂拱坍塌空腔進行封堵。具體實施時在距溶洞30 m位置右側(cè)壁開挖導洞至坍塌段，在未清空坍塌堆積物前在隧道頂板上方坍塌空腔回填素混凝土，在空腔部位形成混凝土蓋，待回填混凝土凝固后再進行下方坍塌物清理和后續(xù)段開挖。

在回填混凝土凝固后，對其下方的坍塌物進行清理，并進行了開挖，在進入正常洞段爆破開挖后發(fā)現(xiàn)回填混凝土蓋下座并出現(xiàn)裂縫。隨即施工暫停，分析后認為原因有以下幾點:①在混凝土回填時，對空腔周壁未清洗，回填混凝土與巖壁間存在一定厚度的泥皮;②回填過程仍有零星坍塌發(fā)生，導致回填混凝土中夾粘土和碎塊石，其整體呈現(xiàn)不均一性;③在回填混凝土下方坍塌物清空后，支承作用消失，回填混凝土沿周壁泥皮擠壓變形，并出現(xiàn)應力調(diào)整，由于其不均一性導致出現(xiàn)了受力不均，發(fā)生裂縫;④洞室爆破加劇了回填混凝土裂縫變形。

鑒于巖溶坍塌段回填混凝土蓋可能出現(xiàn)的進一步變形破壞，考慮到施工進度和便利性，設計采用管棚進行回填混凝土蓋加固，以防止其進一步的變形破壞。在頂拱中心角150°范圍內(nèi)共布17根長約30 m鋼管，鋼管兩管置于溶洞兩側(cè)完整巖體中，管棚完工后洞段開挖正常，回填混凝土蓋再未出現(xiàn)變形破壞，后期對K2溶洞坍塌段進行了混凝土全洞段二次襯砌。

4 結(jié)語

(1)隧道巖溶充填物坍塌處理是項非常復雜的過程，本工程所揭示的巖溶坍塌處理歷時半年有余，且設計采用多種處理手段才保證了工程的施工期和運營期的安全。

(2)對于勘察成果中預測的可能發(fā)育大規(guī)模巖溶的隧洞段，如何組織施工、超前探測、及時綜合運用各種支護措施應在今后同類工程中引起重視。

(3)對溶洞回填混凝土時，其與溶洞壁間應進行沖洗，以加強混凝土與洞壁間的粘結(jié)力，防止其沿洞壁變形破壞，對回填的素混凝土中可以加入一定量的鋼纖維，改善其整體受力變形。

［1］ 龔大床，向能武，曾劍華.構(gòu)皮灘壩址5、6號巖溶系統(tǒng)的發(fā)育特征及處理［J］.人民長江，2007，38(9):103 －105.

［2］ 陳德基，徐福興，姚楚光，等.中國水利百科全書(水利工程勘測分冊)［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.