曹 磊，何昌國

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川 成都 610031)

1 工程概況

新建貴陽至廣州高速鐵路是我國“八橫八縱”高速鐵路網(wǎng)中蘭(西)廣通道的重要組成部分，跨越黔、桂、粵三省，是世界首條穿越喀斯特地貌的高速鐵路，線路全長約857 km，其中隧道近220座，約占線路總長的54%，設(shè)計速度250 km/h，建成后大大縮短了西南地區(qū)與珠三角地區(qū)之間的時空距離[1]。

坪山隧道位于桂林市靈川與陽朔兩縣交界處，全長 6 360.24 m，進(jìn)口里程 D3K462+507，出口里程D3K468+518。隧道位于溶蝕中低山區(qū)，地形陡峭且坡度起伏較大，隧道上方地表植被茂密。山坡自然坡度10°～50°，上覆土體較薄，基巖大片裸露，多見陡崖峭壁[2]。地表高程250～700 m，相對高差100～500 m，最大埋深370 m，過溝淺埋段僅20 m。由于隧址區(qū)巖溶極為發(fā)育，雨季地表水豐富，地下水發(fā)育，該隧道被定為貴廣高鐵I級高風(fēng)險長大隧道。

2 隧道水文地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

坪山隧道進(jìn)、出口段出露的基巖和洞身穿越段的巖性均為泥盆系中統(tǒng)唐家灣組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r夾白云巖，節(jié)理、裂隙較為發(fā)育[3]。據(jù)鉆探揭示，巖芯局部較破碎，可見蜂窩狀溶孔、溶隙，溶蝕較嚴(yán)重，部分為角礫狀灰?guī)r，巖溶發(fā)育。隧道部分區(qū)段埋深較淺，據(jù)以往施工經(jīng)驗該類隧道開挖易出現(xiàn)涌突水、變形坍方、冒頂?shù)炔涣嫉刭|(zhì)現(xiàn)象[4-5]。

2.2 水文地質(zhì)情況

隧址區(qū)降雨量豐富，地表樹枝狀水系及沖溝較為發(fā)育，綜合考慮隧址區(qū)地表水系發(fā)育情況和地下水的排泄特征，隧址區(qū)有兩大巖溶水系統(tǒng)。隧道開挖后將大大改變巖溶水系統(tǒng)中地下水的流向，系統(tǒng)內(nèi)的地下水將通過隧道和暗河同時排泄，成為隧道涌突水災(zāi)害風(fēng)險源。

2.3 地下巖溶分布

根據(jù)鉆孔揭示，地下巖溶主要發(fā)育于淺表部的垂直循環(huán)帶中，以垂直溶洞為主，規(guī)模大小不一。多數(shù)溶洞已被充填，充填物主要是圓礫土、卵石土。鉆進(jìn)時局部掉鉆，多為漂石架空形成的空洞。其中，在D3K465+715和D3K465+720就出現(xiàn)了掉鉆現(xiàn)象。

在D3K465+555附近巖溶在垂向與水平方向均比較發(fā)育。D3K465+555左22 m巖溶在垂向最發(fā)育，D3K465+715和D3K465+720附近巖溶發(fā)育微弱，甚至不發(fā)育。從總體來看，巖溶發(fā)育具有隨深度增加而減弱的規(guī)律。此外，地下巖溶主要發(fā)育于中～厚層狀灰?guī)r中。

3 施工中遇到的問題

隧道開挖揭示的洞身巖性及水文地質(zhì)特征整體上與勘察階段的認(rèn)識相符。正洞D3K462+885—D3K463+252段、D3K465+535—D3K465+748段和平導(dǎo)PDK465+500—PDK465+745段開挖揭示有多個溶洞，溶蝕較為嚴(yán)重，溶槽、溶隙較為豐富，并充填黏土。巖體破碎，地下水發(fā)育且流動性強(qiáng)，呈線狀或股狀流出，并與地表水貫通性較好。在施工時超前地質(zhì)預(yù)報和施工揭示巖溶后，由于未能及時有效控制巖溶填充物涌出，洞內(nèi)出現(xiàn)涌水、突泥，并引起局部地區(qū)地表塌陷。施工中針對具體的地質(zhì)風(fēng)險采取相應(yīng)的工程措施進(jìn)行整治。

4 整治工程措施

4.1 巖溶整治

坪山隧道正洞及平導(dǎo)段掌子面揭示的巖溶情況及其整治措施見表1。

表1 正洞及平導(dǎo)段掌子面揭示的巖溶情況及其整治措施

4.2 地表塌陷處理

4.2.1 地表塌陷成因

隧道上方?jīng)_溝溝床覆土為粉質(zhì)黏土、粉土、卵石土、漂石土等，結(jié)構(gòu)較松散，同時有地表水沿塌陷地帶下滲。設(shè)計分析地表水下滲產(chǎn)生的滲透潛蝕作用是導(dǎo)致地表變形的主要原因。由于隧道施工形成新的地下水排泄基準(zhǔn)面，降低地下水位，使水頭差增大，動水壓力增大，對松散土層滲透潛蝕作用增大，使地下水排泄能力增強(qiáng)，形成涌水、涌泥，并造成溶洞頂板的土體失穩(wěn)，從而導(dǎo)致地面塌陷。地表塌陷進(jìn)一步造成地表水集中下滲，對隧道周邊的土體滲透潛蝕作用急劇增強(qiáng)，導(dǎo)致大量地下水從隧道內(nèi)涌出。因此，施工時應(yīng)加強(qiáng)洞頂?shù)乇肀O(jiān)測工作，對地表坍塌坑及時進(jìn)行工程處理。

4.2.2 地表塌陷情況

隧道施工至D3K465+745時，完成爆破后發(fā)現(xiàn)線路右側(cè)掌子面拱腰處有大量泥漿、磨圓孤石等隨水涌出。同時在D3K465+710—D3K465+731段線路上方地表發(fā)生了塌陷，塌陷面積約414 m2，深度約7 m，坑底位于隧道正線拱頂上方35 m處，塌陷處位于地表沖溝中心位置(沖溝和線路中線斜交)，并在塌陷處往大里程方向山體有局部滑塌現(xiàn)象。

隧道施工至平導(dǎo)PDK465+545時，沿線路前進(jìn)方向右側(cè)拱腰處揭露一溶腔，流塑狀泥漿及孤石從腔體內(nèi)涌出，同時在地表發(fā)現(xiàn)直徑約40 m的圓形坍陷坑。

隧道施工至平導(dǎo)PDK465+530時，線路方向右側(cè)拱腰接近拱頂位置揭露一個2 m(環(huán))×1.5 m(縱)溶洞口，溶洞填充物隨水流大量涌出，蔓延至平導(dǎo)PDK465+560。后因大量溶洞填充物堆積，溶洞口當(dāng)時沒有繼續(xù)涌水涌泥。最初地表河溝旁出現(xiàn)直徑約10 m的圓形塌陷坑，隨著地表河溝水部分流入塌陷坑內(nèi)，塌陷坑逐步發(fā)展成為2個圓形坑(1個直徑7～10 m，1個直徑8～10 m)，2個塌陷坑相互咬合在一起，形成近橢圓形的較大塌陷坑，直徑13～15 m，深約10 m。

4.2.3 地表塌陷處理措施

1)地表水引流

在地表水溝兩側(cè)設(shè)置臨時混凝土攔水壩，壩頂設(shè)置過水鋼管，鋼管長度要滿足過水鋼管跨越塌陷坑。

2)混凝土回填

為防止河床沉降及地表水再次下滲，待洞內(nèi)施工完成，護(hù)拱達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，在地表塌陷坑位置對溶腔進(jìn)行混凝土回填，回填至河床高度。施工完成后，對兩側(cè)攔水壩中間塌陷坑滿鋪防水隔離層，上面鋪砌漿砌片石，恢復(fù)溝形，然后拆除兩側(cè)攔水壩及引水管，確保地表溝水順流。

3)采用袖閥管進(jìn)行注漿加固

當(dāng)隧道正洞淺埋且穿越地表塌陷坑時，為加固隧道周邊塌陷松軟體及巖溶破碎帶，地表采用φ50袖閥管進(jìn)行注漿加固，間距1 m×1 m，梅花形布置。為避免地表塌陷坑積水，采用土石夯填，夯填至原地面。土石頂表面采用M10漿砌片石進(jìn)行鋪砌，鋪砌厚度30 cm，鋪砌到隧道中線左右兩側(cè)各12 m；其余地段表面采用黏土隔水層進(jìn)行鋪砌，鋪砌厚度50 cm。如圖1所示。

圖1 袖閥管注漿加固

4)加強(qiáng)監(jiān)測

開挖過程中當(dāng)掌子面出現(xiàn)溶腔或溶洞時，在加強(qiáng)監(jiān)測洞頂?shù)乇硭捣植记闆r的同時，還需采取鋪砌、引流等措施防止地表水下滲至洞內(nèi)，避免造成洞內(nèi)施工條件的進(jìn)一步劣化。施工單位對洞頂?shù)乇硪资芏磧?nèi)坍塌影響的范圍進(jìn)行監(jiān)測，設(shè)置警戒線及警示標(biāo)志，并派專人進(jìn)行守護(hù)，防止有不明情況的人員靠近危險地段，導(dǎo)致意外事故發(fā)生。

4.3 隧底處理

4.3.1 隧底揭示情況

隧道開挖揭示一古暗河巖溶通道，該通道與線路相交，相交角度16°，相交里程為D3K462+950—D3K463+190，巖溶通道的頂板在隧道頂部上方5 m以上，只在部分區(qū)段隧道頂部可見灰?guī)r出露。

巖溶通道在隧道邊墻外的充填物厚度也均>5 m，巖溶通道底板在隧底以下2～29 m。古暗河巖溶通道目前已經(jīng)填滿充填物，充填物為黏土、卵石、塊石。現(xiàn)場隧道中水量較小，只是局部有少量滲水，周邊巖層裂隙很發(fā)育，裂隙都充填黏土、土石混雜物。各段落仰拱的巖溶揭示情況：

1)D3K462+885—D3K462+954段隧底多為灰?guī)r，裂隙發(fā)育，充填黏土。

2)D3K462+954—D3K462+957段隧底為充填物，充填物厚2～3 m。

3)D3K462+957—D3K463+252段隧底為溶洞充填物，承載力僅85 kPa，不滿足設(shè)計要求。

4.3.2 隧底基礎(chǔ)處理措施

由于D3K462+885—D3K463+252段隧道底部為巖溶填充物，且填充物局部呈軟塑狀態(tài)，使得沉降無法滿足高速鐵路沉降要求，施工中應(yīng)對隧底基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。

1)隧道D3K462+885—D3K462+957,D3K463+161 —D3K463+252段基底巖溶填充物深度<3 m，采用C20混凝土換填。

2)隧道D3K462+957—D3K463+161段基底巖溶填充物深度>3 m，隧底采用φ600長6～28 m微型樁加固，兩側(cè)邊墻樁間距1.35 m×1.39 m，交錯布置，其余樁間距1.6 m×1.6 m，等邊三角形布置。隧底巖溶填充物局部呈軟塑狀，為防止微型樁鉆孔時塌孔，局部鉆孔可增設(shè)鋼護(hù)筒護(hù)壁。襯砌底板采用1 m厚鋼筋混凝土，拱墻采用相應(yīng)圍巖級別加強(qiáng)襯砌。典型斷面(D3K463+050)微型樁方案布置情況如圖2所示。

圖2 典型斷面微型樁方案布置情況

5 結(jié)語

1)為確保巖溶隧道施工及運(yùn)營期的安全，通過超前地質(zhì)預(yù)報和施工揭示隧道巖溶后應(yīng)根據(jù)各巖溶地段不同的地質(zhì)特征，逐段進(jìn)行整治。

2)水對地表松散土層的滲透潛蝕作用和施工對地下水位的改變是地表出現(xiàn)塌陷的主要原因。因此，在巖溶地段開挖隧道時應(yīng)進(jìn)行地表水引流。在出現(xiàn)地表塌陷坑時，應(yīng)及時采取回填塌陷坑、采用袖閥管注漿加固等措施，同時要加強(qiáng)對洞頂?shù)乇硪资芏磧?nèi)坍塌影響范圍的監(jiān)測。

3)當(dāng)隧道底部為巖溶填充物且填充物局部呈軟塑狀態(tài)時，充填物深度較小的地段隧底基礎(chǔ)可采用混凝土換填，充填物深度較大的地段隧底基礎(chǔ)可采用微型樁加固處理。

[1]曹化平，王科.鐵路巖溶隧道工程地質(zhì)選線研究[J].高速鐵路技術(shù)，2011(2):31-36.

[2]宋朋超,孫星亮.淺埋巖溶隧道下穿河流段施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2016,56(8):83-85,99.

[3]劉強(qiáng),劉運(yùn)來,徐志華,等.巖溶隧道突涌水來源及路徑分析[J].鐵道建筑，2016,56(10):63-66.

[4]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.坪山隧道D3K462+885—D3K463+252段巖溶整治變更設(shè)計[R].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2012.

[5]中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司.坪山隧道D3K465+535—D3K465+748段正洞及平導(dǎo)段巖溶整治變更設(shè)計[R].成都：中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，2015.