谈铁路长大隧道溶腔塌陷处理方案

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摘要：随着我国铁路工程的发展，岩溶地区铁路隧道施工项目越来越多。本文针对铁路隧道溶洞施工原则、铁路隧道地表塌陷处理进行探讨，并提出了相应的处理措施，希望对岩溶地区铁路隧道地表塌陷的施工具有一定的帮助。

关键词：溶腔；铁路隧道；地表塌陷；治理措施

1引言

近年来，我国的高速公路、城际铁路、铁路客运专线、高速铁路、城市地铁等交通的迅速发展、隧道及地下工程越来越多，虽然通过科技的进步和经验的总结，形成了多种的隧道地质勘探、开挖方法，但是隧道内施工仍然有很多不可预见的事故发生，尤其是隧道塌方事情屡见不鲜，塌方后处理方式也各种各样。针对不同的塌方程度和情况，多种处理方案也各不相同。本次课题主要研究隧道塌方造成地表塌陷后如何处置和安全稳定通过的方案研究。

2铁路隧道溶洞施工原则

2.1工程概况

中铁十七局集团第一工程有限公司成昆铁路三峨山隧道位于四川省乐山市沙湾区，全长10352m，地处沙湾南~范店子区间，最大埋深约715m。隧道设计为双线，设计时速160km/h，客货共线，轨面以上净空面积不小于76.6m2。本隧道出口段洞身主要穿越白云岩、白云质灰岩，节理裂隙发育，岩体较破碎，稳定性较差。隧道在可溶岩段落遇溶洞、溶缝易发生突水突泥。

3塌陷具体情况

三峨山隧道出口大里程端上台阶掌子面揭示一处半充填型溶洞，掌子面为白云质灰岩，围岩自稳性较好，发育有从右侧到左侧延伸的溶洞，宽度3m~4m，向左前方延伸。隧道拱顶位置存在两块约8m³~13m³大孤石，掌子面基岩面积逐渐缩小，中部向上发育溶腔逐步揭示，高度及延伸长度不可见，裂缝内有凉风向洞内排出。在进行排危过程中对孤石进行了爆破排出，孤石排出后掌子面拱顶右上方出现黄色黏土夹块石，逐步从掌子面前方缓慢挤压涌出，涌出长度11m，方量约350m³。核对塌方现场后进行了洞内及地表调查，地表调查无异常情况，地表可见部分溶蚀、溶槽，在后续监控和地质勘察过程中洞内出现巨响，并有风极速冲出，对地表再次调查发现洞顶地表塌陷，形成长约30m，宽约20m，深约11m的陷坑，塌陷范围位于掌子面前方右线正上方，塌陷处四周呈陡坡状，出露物为黄黏土，未见基岩。

4塌陷情况分析

结合超前地质预报、超前钻孔资料、取芯、现场揭示地质情况及地表调查情况等分析，前期洞内充填物挤出，溶腔内产生空腔，溶洞与地表连通，遇雨水影响，内部沉陷。此次地表形成塌陷为岩溶发育造成的不可预见性地质原因引起。此次塌陷可分为二次塌陷，第一次为洞内掌子面和拱顶塌陷，第二次为地表塌陷，并且与洞内整个贯通，两次塌陷时间间隔较长，且具有隐蔽性，如果在此过程中按照正常塌陷溶洞处理，会造成极大的安全危害。

5塌陷处治前分析

此溶洞的分布规律和范围为掌子面前方存在向下贯通延伸的条带状低阻异常，是为由于空溶腔引起的软弱带，如图1所示。该溶洞位于掌子面前方，隧道基本正穿溶洞，长约60m，宽约36m，深30m~120m，地貌上大致呈椭圆形，为半充填隐伏干溶洞，充填物为硬塑状粉质黏土夹块石，无水。经过塌陷过程分析，处理洞内塌方前必须要做好各种地质勘探和洞内以及地表的观测，必须通过综合地质勘探手段，结合现场实际开挖情况，对溶洞进行详细地质核查，查清溶洞的分布范围、规律。

6塌陷处治前准备

首先要根据隧道岩溶发育的形态、溶洞与隧道工程的关系，地表塌陷情况，结合现场施工情况等各方面因素，以及结合现场实际施工进度，来确定处理方式。（1）塌通天的隧道，既隧道与外界联通、必须考虑外部水、土、人、牲畜会掉入天坑中，尤其是雨季时期，更要避免雨水的灌入导致隧道多次塌方，内部出现突泥突水状况，进一步加大洞内施工困难，增加安全隐患；所以何时何方法处理地表塌陷处也是重要的考虑因素。（2）塌通天的隧道，隧道内与拱顶还有松散土质和各种不确定的地理环境，所以在通过期间必须保证洞顶的稳定性，如何加固洞顶的塌方土，保证洞内施工时不会再次塌陷也成为洞内安全通过的重要考虑因素。（3）塌通天的隧道，不仅仅考虑拱顶土压力，同时还要考虑到洞内土侧压力，尤其是前方塌方距离，可能在施工中由于侧压力增大导致泥土继续溶出，甚至将初级支护等推落，造成施工二次事故，故如何防止侧压力对已做好的初级支护造成破坏也是塌方处理的重要考虑因素。根据以上因素的综合因素，结合该溶洞在雨季来临前，无法完成洞内施工，对该隧道做如下处治安排，一、先施作地表截水沟并，铺设防水防雨设施进行保护，设置警戒线和硬围挡并派专人看守，避免人畜误入；二、进行洞内注浆加固通过隧底探测和地质勘察资料确定进行施工；洞内支护及洞内外监控量测；三、地表两次回填高炉矿渣等轻质材料、硬化及观测。

7处治主要措施

7.1洞内加固措施

为保障洞内施工安全，在地表陷坑回填前应先采取如下洞内加固措施。（1）掌子面暂停施工，对洞内塌方体前缘坍塌体表面采用喷混凝土封闭，厚度10cm，并采用大块状洞渣进行反压回填，回填完成后对该段坍塌体采用A42钢花管注浆加固。注浆完成洞内稳定后进行下一步施工。（2）掌子面右侧拱部及右边墙靠上位置斜向上进行超前注浆加固。（3）对掌子面后方4m范围内钢架拱腰及墙脚处增设A76锁脚锚管，每处共计2根，单根长6m。（4）对掌子面后方10m范围内增设临时刚套拱，钢套拱采用I20b型钢钢架，间距0.5m/榀，每榀钢架长度结合洞内回填体坡面确定，钢套拱务必锁脚稳固并落底在可靠基础上。

7.2地表塌陷处理

洞内安全措施施作完成后对地表陷坑采用分层回填的方式回填高炉矿渣等轻质回填材料，其中高炉矿渣的密度应小于1000kg/m³，回填分两次进行，初次回填后采用彩条布覆盖，防止雨水下渗，并于陷坑外10m及溶蚀洼地外10m分别设置一道截水天沟。待第一次沉降满足要求后，进行第二次回填，待陷坑回填体充分沉降后于表面施作一层30cm厚的C20混凝土防止雨水下渗；隧道施工前应对地表溶蚀洼地范围进行持续沉降观测，若发现异常应立即停止施工，并采取相应应急处理办法。

7.3溶洞段开挖

地表塌陷回填全部完成后，于掌子面后方4m位置开始施作T76自进式管棚，单次施作长度20m，每环搭接长度不小于4m。管棚施作完成后进行掌子面开挖，超前支护辅以A42大外插角小导管，确保施工安全；洞内初期支护采用I25b型钢钢架，间距0.5m/榀，锁脚锚管采用A76中管棚，单根长度6.0m，每榀钢架共设置8根；开挖工法采用三台阶法加临时仰拱，每循环开挖进尺为1榀钢架间距。对溶腔段预留变形量调整至30cm，后续可根据现场监控量测情况进行适当调整；该段每循环开挖后采用C25喷混凝土封闭掌子面，保障施工安全，喷混凝土厚度8cm。对溶腔段防排水措施进行适当调整，防水板背后增设一层凸壳式排水板，并将该段环向盲管加密至2m/环。

7.4围岩加固处理措施

为保障运营安全并防止地表水下渗进入隧道，开挖支护完成后对溶腔段采用A42钢花管对拱墙范围径向注浆，注浆管长度4.5m/根，拱部间距1.2m×1.2m（环×纵），边墙间距0.8m×0.8m（环×纵），注浆加固范围为隧道开挖轮廓线以外5m，浆液采用1:1的水泥净浆，注浆终压不小于2MPa。为防止该段基底出现不均匀沉降引起衬砌开裂，纵向每10m设置1道变形缝，缝宽2cm，该段共计7道。二衬施作完成后，采用地质雷达等检测手段探明背后坍腔空洞情况，并根据检测情况进一步采取钻孔补注浆等措施，确保坍腔回填密实。

8处治后效果、意见和建议

8.1处治后效果和监测

根据以上处理措施、隧道已逐步稳定的缓慢渡过隧道塌方段，且处理后位置经过沉降观测、洞内外观察、净空收敛、拱顶下沉、地表沉降量测，围岩内部变形、锚杆轴力、围岩压力和两层衬砌间压力、衬砌及钢架应力、锚杆拉拔试验、底部鼓起量测及围岩弹性波等测试，隧道内情况稳定，说明以上的处理措施满足本次塌方形态的处理。

8.2处治过程中意见和建议

（1）隧道开挖过程中，及时做好超前地质预报及监控量测工作，发现初支开裂变形时，应及时安排作业人员撤离至安全地带。（2）值班技术员及安全员必须24小时在场，保证通讯畅通，带班领导每日对掌子面进行巡查研判，是否存在安全风险。（3）与当地供电部门密切联系、积极沟通，确保电力供应，如有检修停电，提前通知。另自备应急发电机，若遇突发故障停电，应急发电机可随时启动。（4）保证作业机械随叫随到，应对现场突发情况。（5）对所有工人进行风险告知及施工注意事项，施工过程中发现隐患时能够及时撤离。（6）做好地表截排水工作，避免雨水倒灌入地表陷坑。（7）施工中核心土必须保留，此为最重要的保护措施，无论如何施工，都要保证核心土的存在。（8）掌子面一循环一封闭，可以大大地减少前方土石涌出。

9结语

随着科学的进步与发展，隧道塌方处理技术也越来越成熟，但塌方的形式岩、成因、形态、难以勘察全面，因此针对各种类型隧道岩溶塌方等问题的治理措施也不禁相同，唯一的共同点就是安全第一、质量至上、因地制宜、本着敬畏自然、顺应自然的原则，尽量减少对环境的破坏，以促进人和环境的可持续发展。

作者：陈涛 单位：中铁十七局集团第一工程有限公司