萬 飛,王 波,付重滔,朱雪健,李 磊

(1. 交通運輸部公路科學(xué)研究所，北京 100088；2. 中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司，北京 101300)

0 引言

巖溶水系統(tǒng)的垂直剖面自上而下可以劃分為：垂直循環(huán)帶、季節(jié)變動帶、飽水帶和虹吸管循環(huán)帶。當(dāng)隧道埋深很深、處于飽水帶時，其施工影響范圍內(nèi)的溶洞常含有大量的承壓地下水，一旦揭穿會出現(xiàn)高水壓、大規(guī)模的突水突泥災(zāi)害。當(dāng)隧道處于垂直循環(huán)帶時，溶洞內(nèi)部充填物大多不含水或含有少量水，隧道開挖揭露后多引發(fā)以固態(tài)為主的充填物涌出或溶洞壁失穩(wěn)掉落、坍塌等災(zāi)害，同時會引發(fā)地表沉陷、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形開裂等次生災(zāi)害[1-2]。目前針對處于飽水帶的深埋隧道突水突泥災(zāi)害已有較多的預(yù)測評價研究成果[3-4]，但尚無針對垂直循環(huán)帶隧道施工遭遇溶洞時的災(zāi)害預(yù)測評價方面的研究成果。導(dǎo)致施工人員在超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測可能存在溶洞或開挖面揭露出溶洞時，需要依靠工程經(jīng)驗進(jìn)行施工決策，難以準(zhǔn)確判斷溶洞可能引發(fā)的災(zāi)害，常錯失大型災(zāi)害發(fā)生與發(fā)展的最佳處理時機(jī)，造成較大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。

處于垂直循環(huán)帶的隧道施工時溶洞引發(fā)的災(zāi)害主要取決于溶洞發(fā)育程度，與溶洞位置、規(guī)模、填充物類型等直接相關(guān)。如王波[5]分析了蓮花山隧道溶洞發(fā)育規(guī)律，隧道施工時發(fā)生災(zāi)害的9個溶洞全部位于拱部，溶洞主要為充填型和半充填型的干溶洞；鄒成杰[6]、吳夢軍[7]、譚代明[8]、唐偵湛[9]等人分析了隱蔽型溶洞(開挖未揭露)的溶洞直徑、溶洞位置(拱頂、 底部、 正側(cè)部、 斜側(cè)部)，及溶洞與隧道距離等指標(biāo)對隧道圍巖位移、應(yīng)力與穩(wěn)定性的影響。由此看出，可基于溶洞發(fā)育特征對隧道的施工災(zāi)害進(jìn)行評價預(yù)測。因此，通過梳理總結(jié)溶洞對隧道施工危害工程案例，可以明確溶洞對隧道施工危害性的定義與分級，確定溶洞對隧道施工危害性評價指標(biāo)，建立溶洞對隧道施工的危害性定量評價準(zhǔn)則，并在依托工程中進(jìn)行驗證與應(yīng)用，為溶洞強(qiáng)烈發(fā)育地層隧道的施工決策提供依據(jù)。

1 溶洞對隧道施工的危害性評價指標(biāo)

通過調(diào)研高羅隧道、李家槽隧道、大巖壩隧道、熊家槽隧道、白巖腳隧道、花果山隧道等24座隧道的溶洞引發(fā)災(zāi)害的案例資料和相關(guān)理論研究成果，確定了溶洞危害性的定義與評價指標(biāo)。受篇幅所限，此處不詳述工程案例的圍巖、溶洞和災(zāi)害情況。

1.1 溶洞危害性的定義

溶洞對隧道施工的危害性主要表現(xiàn)為：當(dāng)隧道施工臨近或揭露隱伏溶洞時，隧道易發(fā)生突泥、突石、冒頂、坍塌、初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形開裂等災(zāi)害，將對施工造成人員傷亡、施工機(jī)械損壞、工期延長、增加施工成本等不良影響。為了方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，將以上災(zāi)害歸納為地表塌陷、充填物涌出、洞內(nèi)坍塌3種災(zāi)害類型：

a.地表塌陷:隧道施工過程中發(fā)生的充填物涌出、洞內(nèi)坍塌等災(zāi)害會引起巖土體下陷或塌落，在地表形成不同形態(tài)的塌坑，地表塌陷面積越大對施工影響程度越大。

b.充填物涌出：隧道遇到有充填物溶洞時，溶洞內(nèi)的充填物會失穩(wěn)涌出，發(fā)生突石、突泥現(xiàn)象，溶洞內(nèi)充填物涌出量越多對施工影響程度越大。

c.洞內(nèi)坍塌：穩(wěn)定性較差的溶洞在揭露后多出現(xiàn)圍巖松動、溶洞內(nèi)壁掉塊等現(xiàn)象，并易引起溶洞內(nèi)壁塌落、隧道底板坍塌、支護(hù)結(jié)構(gòu)坍塌等災(zāi)害，洞內(nèi)坍塌段落越長對隧道施工工期、成本和安全的影響程度越大。

依據(jù)工程經(jīng)驗，并參照專家調(diào)查結(jié)果，各災(zāi)害類型的等級劃分具體見表1。

表1 災(zāi)害等級Table 1 Disaster level災(zāi)害等級地表塌陷面積/m2充填物涌出方量/m3坍塌長度/m大S>20 V>3 000 L>10 一般5

依據(jù)地表塌陷、填充物涌出、洞內(nèi)坍塌等3種災(zāi)害類型的等級，溶洞的危害性分為大、一般和較小等3個等級，如表2所示。

1.2 溶洞危害性評價指標(biāo)及分級

溶洞引起隧道發(fā)生災(zāi)害必須具備一定的條件，其中主要有溶洞發(fā)育程度、圍巖強(qiáng)度與完整性、水文地質(zhì)條件等因素。以可獲取性為選取原則，選取溶洞與隧道相對位置關(guān)系、溶洞規(guī)模和填充類型、圍巖級別，地下水狀態(tài)(主要受降雨補(bǔ)給影響)等作為溶洞對隧道施工危害性的評價指標(biāo)。依據(jù)相關(guān)研究成果和專家調(diào)查結(jié)果，等級劃分見表3。

表2 溶洞危害性等級Table 2 Karst cave hazard level危害性等級工程描述大大型地表塌陷或大方量充填物涌出或長距離洞內(nèi)坍塌;嚴(yán)重影響施工一般中型地表塌陷或中等方量充填物涌出或中等距離洞內(nèi)坍塌;對施工影響較大較小小型地表塌陷或小方量充填物涌出或短距離洞內(nèi)坍塌;基本不影響施工

表3 溶洞對隧道施工危害性的評價指標(biāo)Table 3 Assessment indices of the hazards of karst cave to tunnel construction指標(biāo)級別相對位置/m溶洞規(guī)模/m3填充類型圍巖級別地下水狀態(tài)/[L·(min·10 m)-1]危害性大很不利位于隧道拱部且侵入隧道輪廓;或仰拱底部未侵入且?guī)r盤較薄(S<3)大型V>50易滑落全填充或半填充軟塑、流塑狀黏性土,夾雜碎石差Ⅴ級圍巖線狀流水10～25危害性一般不利位于隧道兩側(cè)邊墻或仰拱底部且侵入隧道輪廓;未侵入隧道輪廓且?guī)r盤厚度較厚(3≤S≤5)中型105)小型V≤10不滑落無填充一般Ⅲ～Ⅱ級圍巖無水

2 溶洞對隧道施工危害性評價準(zhǔn)則

建立溶洞對隧道施工危害性定量評價公式：

(1)

式中：φ為溶洞對隧道施工危害性的定量評價值；ri為第i個評價指標(biāo)狀態(tài)的定量評分；Wi為第i個評價指標(biāo)的權(quán)重。評價指標(biāo)的權(quán)重和評價指標(biāo)狀態(tài)評分采用層次分析法確定。

2.1 權(quán)值分析原理

假設(shè)同層共有n個因素，A1,A2,…,An,對所有因素進(jìn)行成對比較，采用SAATY教授建議的1～9標(biāo)度法構(gòu)造判斷矩陣A，然后采用和法近似求得評價指標(biāo)的權(quán)向量W、最大特征值λmax和隨機(jī)一致性比例CR，計算步驟與公式如下：

a.將A的每一列向量歸一化得：

(2)

(3)

(4)

W=(W1,W2,…,Wn)T

d.計算最大特征根的近似值：

(5)

e.計算一致性比率：

CR=CI/RI

(6)

式中：一致性指標(biāo)CI=(λmax-n)/(n-1),n為3～10時一致性指標(biāo)RI取值分別為0.58、0.90、1.12、1.24、1.32、1.41、1.45、1.49。

隨機(jī)一致性比例CR=CI/RI<0.1時，Ai的不一致性仍可以接受，否則必須調(diào)整判斷矩陣。

2.2 確定評價指標(biāo)的權(quán)重

參考其他類似工程評價指標(biāo)重要性比較情況，并結(jié)合專家經(jīng)驗，構(gòu)造關(guān)于溶洞對隧道施工危害的5個評價指標(biāo)的兩兩比較判斷矩陣，見表4。

表4 評價指標(biāo)權(quán)重判斷矩陣Table 4 Judgment matrix of the weight of assessment indices指標(biāo)相對位置溶洞規(guī)模填充類型圍巖級別地下水狀態(tài)相對位置11257溶洞規(guī)模11257填充類型1/21/2146圍巖級別1/51/51/413地下水狀態(tài)1/71/71/61/31

根據(jù)式(2)～式(6)求得判斷矩陣的特征向量W=[0.342 9，0.342 9，0.212 4，0.062 2，0.039 6]，最大特征值λmax=5.134 7；一致性指標(biāo)CI=0.033 7，RI=1.12，CR=CI/RI=0.03<0.1。因此，5個評價指標(biāo)權(quán)重為W=[0.342 9，0.342 9，0.212 4，0.062 2，0.039 6]。

2.3 確定評價指標(biāo)不同等級的定量評分

評價指標(biāo)的n個狀態(tài)關(guān)于溶洞對隧道施工危害性等級的定量評分組成的集合為狀態(tài)評分集，用R={r1,r2,…,rn}表示。采用層次分析法為所有的評價指標(biāo)確定統(tǒng)一的狀態(tài)評分集，主要是利用層次分析法獲得評價指標(biāo)的3個狀態(tài)關(guān)于溶洞對隧道施工危害性等級的權(quán)重，將這些權(quán)重以最高等級作歸一化處理之后作為3個狀態(tài)的評分。

構(gòu)造評價指標(biāo)的3個狀態(tài)關(guān)于溶洞對隧道施工危害性等級(以下簡稱：溶洞危害性等級)的兩兩比較矩陣A，由式(2)～式(4)求出該判斷矩陣的權(quán)重向量W，如表5。

表5 溶洞危害性等級判斷矩陣Table 5 Judgment matrix of the karst cave hazard level危害性大一般較小權(quán)重大1350.633 3一般1/3130.260 5較小1/51/310.106 5

由式(5)～式(6)可求出判斷矩陣的最大特征值為λmax=3.04；RI=0.58，CR=CI/RI=0.034<0.1。

然后將各等級權(quán)重以危害性“大”作歸一化處理，各評價指標(biāo)3個狀態(tài)的定量評分集為R={1.000 0，0.411 3，0.167 7}。

由此，可建立如表6所示的溶洞對隧道施工危害性的定量評價準(zhǔn)則。

表6 溶洞對隧道施工危害性定量評價準(zhǔn)則Table 6 Quantitative assessment criteria of the hazards of karst cave to tunnel construction指標(biāo)權(quán)重指標(biāo)級別大一般較小相對位置0.343很不利不利無影響溶洞規(guī)模0.343大型中型小型填充類型0.212易滑落較易滑落不滑落圍巖級別0.063差較差一般地下水狀態(tài)0.039線狀流水滲水滴水無水狀態(tài)等級評分10.411 30.167 7

3 溶洞對隧道施工危害性評價值范圍

通過梳理收集的工程案例并結(jié)合專家經(jīng)驗，確定各種評價指標(biāo)狀態(tài)組合B(B=[bij]，i代表評價指標(biāo)，i=1,2…5;j代表評價狀態(tài)，j=1,2…3)對應(yīng)的危害性等級，建立溶洞對隧道施工危害性評價指標(biāo)狀態(tài)組合評價值-危害性等級的樣本數(shù)據(jù)庫，然后統(tǒng)計分析各溶洞危害性等級對應(yīng)的評價值范圍。

3.1 樣本數(shù)據(jù)庫

溶洞對隧道施工危害性評價指標(biāo)狀態(tài)組合(以下簡稱：樣本)個數(shù)n共有243個(5個評價指標(biāo)，各3種狀態(tài)，n=35)。由于工程案例的有限性，收集的工程案例僅能確定部分樣本的危害性等級，對于沒有工程案例的樣本需依據(jù)專家經(jīng)驗確定其危害性等級。

數(shù)據(jù)庫的建立分為3步：①建立相對位置、填充類型、溶洞規(guī)模等3個主要評價指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值-危害性等級的樣本數(shù)據(jù)庫；②計算圍巖級別和地下水狀態(tài)2個評價指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值；③將相對位置、填充類型、溶洞規(guī)模等3個指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值與圍巖級別和地下水狀態(tài)2個指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值進(jìn)行兩兩組合得到243個樣本的評價值。

根據(jù)表6的評價準(zhǔn)則采用式(1)計算得到相對位置、填充類型、溶洞規(guī)模等3個主要評價指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值φ1(見表7)，圍巖級別和地下水狀態(tài)2個評價指標(biāo)的狀態(tài)組合評價值φ2(見表8)。

相對位置、填充類型、溶洞規(guī)模等3個指標(biāo)的狀態(tài)組合(組合1)評價值與圍巖級別、地下水狀態(tài)這2個指標(biāo)的狀態(tài)組合(組合2)評價值，兩兩組合后得到243個樣本的評價值φ，見表9。

表7 評價指標(biāo)狀態(tài)組合-危害性等級樣本Table 7 Sample of the assessment indices state combination - karst cave hazard level工程案例相對位置填充類型溶洞規(guī)模評價值?1危害性花果山Y(jié)K97+475/ZK97+461、蓮花山ZK3+070/ YK2+870拱部全填充大0.892 8大高羅ZK62+547、花果山ZK97+09/YK97+100拱部全填充中0.696 3大大巖壩ZK47+279拱部全填充小0.613 6大大巖壩ZK41+460、大巖腳ZK98+328、蓮花山Y(jié)K1+361拱部半填充中0.571 3大高羅ZK62+483、李家槽ZK37+583、蓮花山Y(jié)K3+074/YK1+468拱部半填充大0.773 2大牛塘YK64+666、白巖腳YK98+313拱部無填充大0.721 9大齊丘山Y(jié)K19+114/YK19+219側(cè)部全填充大0.696 3大李家槽ZK37+400/ZK37+508、齊岳山ZK19+219、蓮花山ZK1+352～ZK1+358側(cè)部半填充大0.571 3大牛塘YK64+649底部半填充大0.613 6大高羅ZK62+624、花果山Y(jié)K96+921側(cè)部無填充大0.52大高羅YK62+527、李家槽ZK37+528/YK37+437、熊家槽YK99+854拱部無填充中0.52大專家經(jīng)驗側(cè)部半填充中0.473 4一般當(dāng)陽坪ZK67+136、牛塘ZK64+452底部半填充大0.488 5一般

續(xù)表7 評價指標(biāo)狀態(tài)組合-危害性等級樣本工程案例相對位置填充類型溶洞規(guī)模評價值?1危害性花果山Y(jié)K96+884、蓮花山Y(jié)K2+911拱部半填充小0.488 5一般專家經(jīng)驗底部全填充中0.411 7一般當(dāng)陽坪YK67+985底部無填充大0.437 2一般牛塘ZK64+625側(cè)部全填充中0.494 5一般專家經(jīng)驗側(cè)部全填充小0.411 7一般李家槽ZK37+518側(cè)部無填充中0.318 2一般專家經(jīng)驗底部無填充中0.235 3小當(dāng)陽坪ZK67+411底部全填充小0.328 9小高羅ZK62+640、大巖壩ZK41+367、齊岳山ZK19+188拱部無填充小0.437 2小專家經(jīng)驗底部無填充小0.152 6小李家槽YK37+437、齊岳山ZK22+367側(cè)部無填充小0.235 4小專家經(jīng)驗底部半填充中0.286 6小李家槽YK37+457側(cè)部半填充小0.286 7小專家經(jīng)驗底部半填充小0.203 9小

表8 圍巖級別和地下水狀態(tài)因素狀態(tài)組合評價值Table 8 The assessment value of the state combination of surrounding rock grade and groundwater status圍巖級別較差較差較差一般一般一般較好較好較好地下水狀態(tài)流水滲水潮濕流水滲水潮濕流水滲水潮濕評價值?20.1020.0790.070.0650.0420.0320.050.0270.017

表9 全部評價指標(biāo)狀態(tài)組合評價值Table 9 The assessment value of the state combination of all assessment indices評價值?0.1020.079……0.0270.017危害性0.892 80.994 80.971 8……0.919 80.909 8大0.696 30.798 30.775 3……0.723 30.713 3大0.613 60.715 60.692 6……0.640 60.630 6大……………………………………0.286 60.388 60.365 6……0.313 60.303 6小0.286 70.388 70.365 7……0.313 70.303 7小0.203 90.305 90.282 9……0.230 90.220 9小注:“……”代表組合1或組合2中省略的部分組合評價值。

3.2 評價值統(tǒng)計分析

統(tǒng)計不同的溶洞危害性等級對應(yīng)的總評價值φ在0～1.0范圍(以0.1為間隔)的10個區(qū)間數(shù)量分布情況見表10，各分布區(qū)間的溶洞危害性等級評價值數(shù)量占總數(shù)量的百分比如圖1所示。

表10 溶洞危害性等級評價值數(shù)量統(tǒng)計Table 10 Quantitative distribution statistics of the assessment value of karst cave hazard level 分布區(qū)間0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0合計大21312810999危害性等級一般9234072小423347472

圖1 溶洞危害性等級評價值百分比統(tǒng)計

由圖1看出，部分分布區(qū)間存在2種或3種溶洞危害性等級。如0.3～0.4區(qū)間，溶洞危害性等級“一般”的評價值百分比為12%、溶洞危害性等級“較小”的評價值百分比為47%；0.4～0.5區(qū)間，溶洞危害性等級“一般”的評價值百分比為32%、溶洞危害性等級“較小”的評價值百分比為10%；0.5～0.6區(qū)間，溶洞危害性等級“大”的評價值百分比為21%、溶洞危害性等級“一般”的評價值百分比為56%、溶洞危害性等級“較小”的評價值百分比為5%。對于此種情況，應(yīng)將該區(qū)間歸屬于評價值百分比更高的危害性等級。因此，溶洞危害性等級“較小”對應(yīng)的評價值是0.1～0.4區(qū)間；溶洞危害性等級“一般”對應(yīng)的評價值是0.4～0.6區(qū)間；溶洞危害性等級“大”對應(yīng)的評價值是0.6～1.0區(qū)間。

4 工程應(yīng)用

蓮花山隧道為一座位于廣西柳州市北部的雙向6車道分離式公路隧道，隧道凈距為15.12～22.12m，為小凈距隧道，采用鉆爆法施工，開挖斷面超過150 m2，隧道左線起點里程K1+280，終點里程K3+160；右線起點里程YK1+280，終點里程YK3+160。隧道主要穿越石炭系上統(tǒng)馬平組(C3 m)灰?guī)r，地質(zhì)勘察階段鉆孔揭露到多個大型全充填溶洞，其位置均處于洞身影響范圍內(nèi)。隧址區(qū)旱季時一般無地下水，雨季時地表水的下滲會形成分布不均的裂隙水，地下水可能呈點狀或線狀滲入隧道。蓮花山隧道在施工過程中多次出現(xiàn)了溶洞引發(fā)的災(zāi)害，具體情況見表11。

表11 溶洞災(zāi)害情況Table 11 Situation of karst cave disaster里程樁號溶洞情況災(zāi)害情況YK1+361拱頂出現(xiàn)4 m×2 m×5 m的溶洞地表塌陷直徑8 m、深6 m的塌坑YK1+468左側(cè)拱腰位置出現(xiàn)1.5 m×1.5 m×3 m的溶洞;右側(cè)拱部出現(xiàn)3.5 m×4 m×5 m的溶洞涌出物約200 m3,砸壞初期支護(hù)鋼拱架5榀ZK1+358左側(cè)邊墻出現(xiàn)7 m×3 m×6 m不規(guī)則溶洞,拱部出現(xiàn)6 m×6 m×7 m不規(guī)則溶洞,2處溶洞未串通,充填坡殘積黏性土拱部溶洞充填物滑塌,掌子面7m范圍內(nèi)初支鋼架變形、噴射混凝土開裂掉塊ZK1+387揭露溶洞周邊為松散土質(zhì),圍巖溶洞周邊持續(xù)小塊脫落溶洞大體積脫落導(dǎo)致洞頂?shù)乇硐鲁罽K3+074拱部出現(xiàn)6 m×7 m×8 m的不規(guī)則柱形溶洞,在中夾巖一側(cè)由上至下向拱腳發(fā)育,充填淤泥質(zhì)土,呈軟塑狀充填土體從掌子面涌出,造成YK1+066處地表沉陷約2～4 mYK2+911溶洞位于拱頂右側(cè),充填物主要為軟塑狀黏性土,含水量較大YK2+900～YK2+910范圍地表出現(xiàn)沉陷,沉陷高度20 cmYK2+870拱頂右側(cè)(中巖墻一側(cè))出現(xiàn)口徑為1.5 m左右的溶洞,填充物為軟塑狀黏性土,含水量較大掌子面前方10 m位置地表出現(xiàn)直徑10 m、深8 m塌坑ZK3+070左側(cè)拱部出現(xiàn)大溶洞,圍巖穩(wěn)定性較差,局部層間或節(jié)理間夾泥,滲水出露充填土體涌出,地面形成一個長3 m、寬4 m、深15 m塌坑注: 表中溶洞尺寸為長×寬×高。

通過梳理表11中5個評價指標(biāo)的狀態(tài)，參考表6建立的定量評價準(zhǔn)則，根據(jù)式(1)計算得到評價值，對比表11的危害性評價值范圍，得到已發(fā)生溶洞災(zāi)害段落的危害性評價結(jié)果，見表12。

表12 溶洞災(zāi)害區(qū)段評價結(jié)果Table 12 Assessment results of karst cave disaster section里程部位填充類型溶洞規(guī)模圍巖級別地下水狀態(tài)分值評價結(jié)果記錄結(jié)果YK1+361拱部無填充中較差滲水0.78大大YK1+468拱頂半填充軟塑狀淤泥質(zhì)土大較差潮濕0.79大一般YK3+074拱頂全填充坡殘積黏性土大較差潮濕0.97大大ZK1+358拱頂全填充大較差潮濕0.84大大YK3+074拱部全填充軟塑狀黏性土大較差潮濕0.97大大YK2+870拱部全填充軟塑狀淤泥質(zhì)土大一般潮濕0.93大大ZK3+070拱部半填充可塑黏性土大較差滲水0.98大大ZK1+387右邊墻半填充軟塑狀黏性土中較差無水0.44一般一般YK2+911拱部無填充小一般無水0.52一般一般

由表12看出，蓮花山隧道已發(fā)生溶洞災(zāi)害段落的評價結(jié)果和實際記錄結(jié)果基本一致，僅YK1+468里程的評價危害性等級為“大”，實際記錄危害性等級為“一般”。

在蓮花山隧道后續(xù)施工過程中，超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測和開挖揭露到多處溶洞，典型的溶洞斷面有ZK1+514、ZK1+537、ZK1+562、YK2+854、YK2+820、YK2+790等，溶洞情況見表13。

依據(jù)表13確定評價指標(biāo)狀態(tài)后，對溶洞危害性進(jìn)行評價并采取了相應(yīng)對策措施，具體情況見表14。

表13 溶洞情況Table 13 Situation of karst cave里程樁號實際記錄的溶洞情況ZK1+514拱頂出現(xiàn)23 m×2 m×13 m溶洞,溶洞寬度往出口方向延伸越來窄。ZK1+537左側(cè)拱腰出現(xiàn)10 m×3 m×10 m溶洞。ZK1+562右側(cè)起拱線位置出現(xiàn)充填型溶洞,且伴有裂隙向掌子面前方發(fā)育,充填物以黏性土為主并夾有碎石塊,有零星掉落。YK2+820拱頂右側(cè)出現(xiàn)3 m×2 m×5 m小型溶洞,有泥質(zhì)填充物并零星掉塊。YK2+790上臺階掌子面正中揭露長2 m、寬1.5 m的小型溶洞口,有泥質(zhì)填充物并零星掉塊。注: 表中溶洞尺寸為長×寬×高。

表14 溶洞段落評價與處治情況Table 14 Assessment and treatment of karst caves里程部位填充類型溶洞規(guī)模圍巖級別地下水狀態(tài)分值評價結(jié)果對策施工情況ZK1+514拱部無大差無水0.79大護(hù)拱+回填安全ZK1+537拱部無大差無水0.79大護(hù)拱+回填安全ZK1+562側(cè)部全填充坡殘積黏性土小較差無水0.44一般護(hù)拱+回填涌泥+地表塌陷YK2+840拱部半填充軟塑狀淤泥質(zhì)土中較差無水0.73大超前管棚安全YK2+790拱部半填充軟塑狀淤泥質(zhì)土小較差無水0.44一般護(hù)拱+回填涌泥+地表塌陷注:①ZK1+562涌泥與地表塌陷情況:現(xiàn)場按溶洞處理預(yù)案進(jìn)行封閉施工,準(zhǔn)備過程中填充物再次集中涌出,涌泥量450 m3,覆蓋掌子面向后約15 m范圍;地表出現(xiàn)直徑約12 m,深約6.5 m的倒錐形陷坑。②YK2+790涌泥與地表塌陷情況:出渣過程中突然發(fā)生涌泥現(xiàn)象,上臺階40 m范圍內(nèi)全部被充填物填充,突泥方量4 000 m3,地表塌陷20 m×29 m×17 m。

由表14看出，ZK1+514和ZK1+537危害性為“大”，溶洞無填充物，施工單位采用的對策是護(hù)拱+回填的“后處理”措施，溶洞未引發(fā)災(zāi)害；YK2+840斷面危害性為“大”，溶洞有半填充軟塑狀淤泥質(zhì)土，施工單位采用的對策是超前大管棚的“前處理”措施，溶洞未引發(fā)災(zāi)害；而ZK1+562和YK2+790斷面由于危害性為“一般”，采用的是護(hù)拱+回填的“后處理”措施，在處理中或處理前分別發(fā)生了較大規(guī)模的涌泥和地表塌陷災(zāi)害。原因主要是超前探測和開挖面揭露結(jié)果錯誤的將溶洞規(guī)模判斷為“小”，將掌子面揭露溶洞判斷為“側(cè)部”，導(dǎo)致危害性評價結(jié)果為“一般”。而實際的溶洞規(guī)模應(yīng)為“大”、溶洞位置為“拱部”，危害性評價結(jié)果為“大”，采用的合理對策應(yīng)為超前大管棚的“前處理”措施。

5 結(jié)語

該評價體系可較準(zhǔn)確的確定溶洞對隧道的危害性，并且可操作性較強(qiáng)，為蓮花山隧道施工過程中遇到溶洞時的施工決策提供了科學(xué)依據(jù)，施工單位多次基于評價結(jié)果采取施工對策，針對不同類型溶洞采用的處治方案更為經(jīng)濟(jì)、合理、可靠，大大降低了溶洞引發(fā)災(zāi)害的可能性和溶洞處治成本。但使用該評價體系時必須及時對超前地質(zhì)預(yù)報物探法判斷的巖溶發(fā)育程度高、范圍較大的區(qū)段，采用超前鉆探確認(rèn)溶洞位置、溶洞填充物和溶洞規(guī)模，或結(jié)合縮短施工進(jìn)尺、少量揭露局部溶洞，進(jìn)一步確認(rèn)評價指標(biāo)狀態(tài)，在確保評價指標(biāo)狀態(tài)正確的前提下，才能保證評價結(jié)果的準(zhǔn)確度。