周保安　樊永杰　馬相峰　王立川　劉子琦

摘要：為解決運(yùn)營(yíng)高鐵隧道上方大型季節(jié)性溶洞涌水病害，以開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的渝黔鐵路某隧道為例，在綜合考慮預(yù)算、工期和可行性的基礎(chǔ)上，否定原泄水洞方案后提出了“護(hù)拱+填堵+引排”相結(jié)合的優(yōu)化方案，并對(duì)檢視了建設(shè)期的設(shè)計(jì)施工，提出了隧道水害治理理念。得到研究成果：施工對(duì)溶洞充填物的擾動(dòng)及非膠結(jié)回填使其變?yōu)槌渌蜻^(guò)水溶洞，強(qiáng)降雨時(shí)徑流水混合泥砂進(jìn)入隧道形成水害;泄水洞整治方案實(shí)屬大材小用且必要性不充分，提出的“護(hù)拱+填堵+引排”優(yōu)化方案在工期、預(yù)算、可行性等方面，均可達(dá)到較好效果，更符合工程實(shí)際;需在建設(shè)期做足夠調(diào)查、專業(yè)分析并采取落地的針對(duì)性措施，才能減少或避免隧道上方大型溶洞帶來(lái)運(yùn)營(yíng)期的安全隱患。

Abstract： n order to solve the large seasonal karst cave water gushing disease above the high-speed railway tunnel， taking the operation of a tunnel of Yu-Qian Railway as an example， based on the comprehensive consideration of budget， time limit and feasibility， the optimal scheme of "protecting arch filling and plugging and drainage" is put forward， and the design and construction of the construction period is reviewed. The research results are as follows： the disturbance of the construction to the filling of the cave and the non-cemented backfill make it become a water-filled or water-soluble hole， and when the rainfall is heavy， the mixed mud sand of the runoff water enters the tunnel to form the water damage. The improvement scheme of the spillway tunnel is actually overqualified and not necessary. In order to reduce or avoid the safety hidden danger caused by the large cave above the tunnel， the optimal project can achieve better results in terms of time limit， budget， feasibility and so on， which are more in line with the engineering practice. It is necessary to do sufficient investigation， professional analysis and take targeted measures during the construction period in order to reduce or avoid the potential safety hazards caused by the large karst cave above the tunnel during the operation period.

關(guān)鍵詞：運(yùn)營(yíng)高鐵;隧道上方;大型溶洞;涌水病害;優(yōu)化方案

Key words： operation of high-speed rail;above tunnel;large cavern;water gushing disease;optimization scheme

中圖分類號(hào)：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0123-03

1? 緒論

溶洞是可溶性巖石在化學(xué)溶蝕和沉淀作用下形成的地下空洞，西南地區(qū)分布尤為廣泛，作為隧道工程常見(jiàn)不良地質(zhì)之一，增加設(shè)計(jì)、施工難度的同時(shí)，若處置不當(dāng)，極有可能為后期運(yùn)營(yíng)埋下巨大安全隱患[1-5]，眾多學(xué)者和技術(shù)人員對(duì)隧道中的溶洞處理進(jìn)行了大量研究[6-10]。

本文以開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的渝黔鐵路某隧道上方大型季節(jié)性涌水溶洞為對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)、設(shè)計(jì)施工資料調(diào)研、溶洞與地表貫通性測(cè)試、病害發(fā)展梳理等過(guò)程，對(duì)病害成因和泄水洞方案進(jìn)行了分析和探討，以“護(hù)拱+填堵+引排”的優(yōu)化方案對(duì)溶洞涌水病害進(jìn)行整治，并提出了隧道水害的整治理念，以期為類似隧道病害防治提供借鑒參考。

2? 工程概況

2.1 施工揭示及設(shè)計(jì)處理

渝黔鐵路某隧道全長(zhǎng)3491m（進(jìn)口里程DK102+590，出口里程DK106+081），人字坡設(shè)計(jì)，隧道最大埋深約402m，有砟道床，隧道洞身DK105+710～+820段穿越灰?guī)r、白云巖可溶性巖層，右側(cè)為地下水主要來(lái)水側(cè)，埋深30～58m。2014年2月26日，在DK105+790處揭示填充型溶洞，溶洞壁巖體溶蝕破碎厚度0.1～1m不等，填充物有粉質(zhì)黏土、破碎石及角礫，見(jiàn)圖1。

2014年6月3日7時(shí)～6日13時(shí)DK105+785右側(cè)溶洞出現(xiàn)較大涌水，涌水前期水質(zhì)較渾濁，據(jù)抽水量測(cè)算平均涌水量7335m3/d，推測(cè)最大涌水量23250m3/d。設(shè)計(jì)方案為鑿除周圍松散巖土并噴砼加固，空腔處設(shè)置1.5m厚護(hù)拱，底部回填M10漿砌片石，上部夯填土石;+770處右側(cè)設(shè)置集水洞室，并通過(guò)4個(gè)50×50cm涵洞引排水至中心水溝，見(jiàn)圖2。

2.2 隧道現(xiàn)狀及前期處置

2019年6月22日強(qiáng)降雨后，該隧道DK105+710～+820段施工縫多出滲漏水，其中右線DK105+725和左線DK105+790兩處位于接觸網(wǎng)上方，影響行車安全，增設(shè)兩處接水板。洞內(nèi)采取措施如下（見(jiàn)圖3）：

①疏通既有泄水孔，于邊墻底部及集水洞室內(nèi)增設(shè)Φ 100泄水孔（實(shí)際表明，泄水孔較快被堵塞）;

②邊墻滲漏水較嚴(yán)重的施工縫進(jìn)行鑿槽引排。

洞外地表DK105+770線路左側(cè)103m發(fā)現(xiàn)發(fā)育溶洞，洞口直徑約5m，為避免暴雨后大量地表水匯集徑流入落水洞，對(duì)落水洞洞口采用砼進(jìn)行封堵;于地表設(shè)置排水溝，引排落水洞上游地表水匯集。

3? 方案研究

3.1 病害原因分析

為對(duì)溶洞進(jìn)一步進(jìn)行探查和處置，2019年11月于DK105+780線路右側(cè)16m處設(shè)置深約36m的豎井進(jìn)入溶洞內(nèi)部，經(jīng)重新探測(cè)，洞廳長(zhǎng)×寬約35.6m×26.8m，洞頂總體平順，最高處約10m，且線路左右兩側(cè)溶洞各有一較大出水口，分別長(zhǎng)41.9m和13.1m，在地表其他明顯裸露洞口點(diǎn)火放煙后，豎井有大量煙冒出，說(shuō)明溶洞與地表相通，雨水可以通過(guò)地表巖溶管道進(jìn)入溶洞，見(jiàn)圖4。

溶洞內(nèi)沙土大量堆積且底部有積水，洞頂存在鐘乳石，表明溶洞天然狀態(tài)下非完全充填，洞周泥沙痕跡表明其接近于全充填，接近于全充填狀態(tài)下，外來(lái)水較小，不足以形成徑流場(chǎng)。而施工擾動(dòng)及水流大面積沖刷，使充填溶洞成為充水或過(guò)水溶洞，泥沙大量被徑流水帶入隧道，形成了雨季時(shí)的水害。

3.2 整治設(shè)計(jì)及不足

設(shè)計(jì)單位提出兩個(gè)泄水洞方案（圖5）。

方案一：左側(cè)泄水洞方案，設(shè)于線路左側(cè)與正洞交于DK105+775處，長(zhǎng)約100m，坡度2.5%，出口接長(zhǎng)約455m的溝槽后與下游泄水洞（長(zhǎng)375m）或涵洞相接，引排至自然水溝;

方案二：右側(cè)泄水洞方案，設(shè)于線路右側(cè)50m、長(zhǎng)578m、坡度1%，并于XSDK0+ 055處設(shè)一支洞與正洞揭示溶腔相聯(lián)通，泄水洞出口接約170m排水溝，并于既有公路右側(cè)設(shè)置一蓋板涵（約300m）引排水至自然溝槽。

兩個(gè)方案泄水洞內(nèi)凈空均設(shè)計(jì)為4.5m×5.0m，洞口淺埋及交叉口（構(gòu)筑物）段采用非爆破開(kāi)挖，其余段落控爆開(kāi)挖，加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)與超前支護(hù)措施;對(duì)溶洞內(nèi)淤泥進(jìn)行清除，并采用砼回填至拱頂50cm。

泄水洞方案可能徹底整治溶洞涌水，但是存在以下問(wèn)題：①投資過(guò)大：左側(cè)“100m泄水洞+455m溝槽”，右側(cè)“578m泄水洞+170m排水溝+300m蓋板涵”，數(shù)百米的非爆和控爆開(kāi)挖，工程費(fèi)用極高，達(dá)千萬(wàn)元。②工期過(guò)長(zhǎng)：較長(zhǎng)泄水洞，基本無(wú)法保證明年雨季之前完成施工，明年雨季可能會(huì)遭遇同等甚至更嚴(yán)重涌水病害，影響運(yùn)營(yíng)。③可行性不高：左側(cè)泄水洞雖然較右側(cè)泄水洞短，但是泄水洞出口位置需下穿既有國(guó)道，限于場(chǎng)地問(wèn)題，交通導(dǎo)改極為困難。

3.3 方案優(yōu)化調(diào)整

經(jīng)過(guò)分析，設(shè)計(jì)單位提出的泄水洞方案，雖然有徹底解決溶腔涌水的可能性，但是在投資、工期、可行性等方面均不理想，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)水量，泄水洞實(shí)屬“大材小用”，沒(méi)必要盲目施作。因此，對(duì)泄水洞方案持否定態(tài)度，針對(duì)溶洞現(xiàn)狀和周邊環(huán)境，提出“護(hù)拱+填堵+引排”相結(jié)合的整改方案：①現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施工過(guò)程中護(hù)拱施作不到位，因此首先將淤積泥沙清理至基巖，在支護(hù)外側(cè)2m范圍內(nèi)施作護(hù)拱，護(hù)拱與基巖密貼，并在護(hù)拱基礎(chǔ)附近實(shí)施裂隙注漿封堵至仰拱以下1.5m以上，以減小滲漏水。②將與溶腔四周連通的巖溶管道出水口進(jìn)行封堵，尤其是左右兩側(cè)較大出水口，可實(shí)施分段高壓注漿封堵，地表巖溶管道同樣進(jìn)行封堵，以截?cái)嗨鱽?lái)源。③護(hù)拱之外先實(shí)施非透水性材料分層回填并夯實(shí)至壓實(shí)度不低于80%，原隧道結(jié)構(gòu)2m以上采用輕質(zhì)砼等膠結(jié)材料將溶洞全部充填密實(shí)，盡量恢復(fù)其原生態(tài)，防水的同時(shí)減小護(hù)拱承重。④護(hù)拱砼內(nèi)預(yù)留豎向排水管并引至溶洞頂板，管口采取過(guò)濾泥沙措施防止管道堵塞，排水管底部與洞內(nèi)連通，隧道水溝蓋板外側(cè)根據(jù)填堵后可進(jìn)入溶腔的預(yù)估水量進(jìn)行開(kāi)孔引排，允許部分水回流。

優(yōu)化方案大大減小了工程預(yù)算、縮短了工期，且無(wú)需顧及運(yùn)營(yíng)天窗，隧道側(cè)壁鑿孔在夜間正常天窗時(shí)間即可完成，同時(shí)洞內(nèi)泥沙可進(jìn)行一定程度利用，泥沙拌生石灰結(jié)合馬賽球等材料，形成輕質(zhì)砼且其膠結(jié)膨脹有利于封水。

4? 檢視與探討

自2019年6月病害發(fā)生至今，從臨時(shí)處置、豎井鉆探、方案初擬到調(diào)整確定，歷時(shí)6個(gè)月，最終確定采用優(yōu)化方案。自施工揭示到方案設(shè)計(jì)，其存在的問(wèn)題及反思如下：①溶洞揭示后，采用常規(guī)非膠結(jié)回填的設(shè)計(jì)和施工對(duì)策，水流致使泥沙進(jìn)入隧道，原天然狀態(tài)接近全充填的溶洞變?yōu)槌渌蜻^(guò)水溶洞，泥沙下漏，增加了水力場(chǎng)的影響。②泄水洞方案可能徹底整治，但必要性不充分，其預(yù)算、工期、可行性均不理想，故予以否決并提出新的整改方案。③最終方案確定為“護(hù)拱+填堵+引排”相結(jié)合，施加護(hù)拱增加隧道結(jié)構(gòu)安全性，對(duì)溶洞和巖溶管道進(jìn)行填堵減少水流來(lái)源和溶洞蓄水量，允許少量進(jìn)入溶洞的水順管道流入隧道排水溝，此方案解決了工期和工程量，具有較強(qiáng)可行性。④隧道水害治理的原則，應(yīng)是先強(qiáng)堵、后暢排，阻止?jié)B流場(chǎng)變成徑流場(chǎng)。本工程設(shè)計(jì)施工的不當(dāng)處置，使原生狀態(tài)的滲流場(chǎng)變成了徑流場(chǎng)，為后期運(yùn)營(yíng)階段埋下安全隱患。

5? 結(jié)論與建議

①施工對(duì)溶洞充填物的擾動(dòng)及非膠結(jié)回填，使得充填型溶洞變?yōu)槌渌蜻^(guò)水溶洞，改變強(qiáng)降雨時(shí)的水流狀態(tài)，徑流水混合泥砂進(jìn)入隧道形成水害。

②泄水洞整治方案實(shí)屬大材小用且必要性不充分，提出的“護(hù)拱+填堵+引排”優(yōu)化方案在工期、預(yù)算、可行性等方面，均可達(dá)到較好效果，更符合工程實(shí)際。

③對(duì)于隧道上方存在大型溶洞時(shí)，需在建設(shè)期做好足夠調(diào)查、專業(yè)分析并采取落地的針對(duì)性措施，才能減少或避免帶來(lái)運(yùn)營(yíng)期的安全隱患。

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