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【摘要】云桂铁路富宁隧道D4K341+050～D4K341+176段揭示大型半充填溶洞，纵向长度126m，推测溶洞横向宽度40～54m、高度20～50m、隧底充填物厚度10～15m，最厚达32m，溶洞走向复杂多变，各段形态各异。因隧址位于地下水位线附近，充填物在地下水冲刷下容易流失，基底不稳，通过多种方案比选，采用桩板结构刚性过度，桩基置于完整基岩一定深度，确保隧道基底及右侧边墙稳定。
【关键词】富宁隧道；充填溶洞；处理技术
引言
云桂铁路云南段富宁隧道全长13625米，为全线I级风险隧道之一，该隧道采用“两横洞+两平导+一斜井”的辅助坑道模式组织施工。隧道不良地质有断层破碎带、危岩落石、堆积体、岩溶、岩体破碎、软岩大变形、松软土和膨胀岩土。其中在D4K341+050～D4K341+176段揭示一大型半充填溶洞，在堆积物中有未充填的空间及通道，充填物主要为碎块石土夹砂土及黏性土夹碎块石土等，为溶洞坍塌、溶蚀及流水携带来的堆积物为主，块石成份为灰岩，大小不一，无胶结，呈松散状，稳定性极差。因隧址位于地下水位线附近，受季节变化，充填物在地下水冲刷下容易流失，基底不稳，通过多种方案比选，采用桩板结构刚性过度，桩基置于完整基岩一定深度，确保隧道基底及右侧边墙稳定。本文针对该溶洞的整治技术进行了研究，为今后遇到类似情况，确保快速通过溶洞，且确保结构稳定提供参考。
1.富宁隧道工程概况
1.1 工程概况
云桂铁路云南段I标富宁隧道位于云南省富宁县新华镇那农村境内，设计为客货共线双线隧道（开行双层集装箱），隧道起止里程D4K339+026～D4K352+651，全长13625m。隧道一般埋深100～400m，最大埋深455m，最小埋深为10m。
全隧揭示溶洞共10余处，其中大型溶洞两处，分别为D4K340+760～D4K340+840段的大型全充填溶洞和D4K341+050～D4K341+176段的大型半充填溶洞，其整治方案均为桩板结构刚性过度。本文结合D4K341+050～D4K341+176段大型半充填溶洞的初支防护、衬砌结构和排水系统以及基底处理的关键技术进行研究。
1.2 溶洞规模
通过施工开挖揭示、物探以及钻探等综合勘察分析，该溶洞纵向发育里程为D4K341+050～D4K341+176，主要发育于线路右侧及右侧基底，溶洞长度126m，推测溶洞横向宽度40～54m、高度20～50m、隧底充填物厚度10～15m，最厚达32m，溶洞走向复杂多变，各段形态各异。
D4K341+050～D4K341+150段岩溶发育于线路右侧及右侧基底，充填物为块石土夹砂土、黏性土，充填物厚月20～30m；D4K341+150～D4K341+176段线路左侧填充面至隧道拱顶以上亦有岩溶发育，充填物为块石土、粉质黏土，其中粉质黏土占较大比例，该段充填物厚约25～50m。溶洞在纵向呈瓶状，瓶口朝向小里程，瓶底朝向大里程，平面近似长方向，主要发育于线路右侧。推测溶洞平面范围约5300m3，体积约149000m3。
1.3 工程地质
溶洞发育于泥盆系下统芭蕉箐组（D1b）白云质灰岩地层中，为大型半充填溶洞，在堆积物中有未充填的空间及通道，充填物主要为碎块石土夹砂土及黏性土夹碎块石土等，为溶洞坍塌、溶蚀及流水携带来的堆积物为主，块石成份为灰岩，大小不一，无胶结，呈松散状，局部可见砂土及黏性土充填，稳定性极差。
1.4 水文地质
岩溶区域处于岩溶水季节变动带，雨季地下水位可能会上升高于隧道洞身，旱季无地下水补给，地下水位下降后低于隧道洞身，因此，隧址位于地下水位线附近，受季节变化，充填物在地下水冲刷下容易流失，基底不稳。该段隧道汇水面积较大，地下水发育，正常涌水量为4454m3/d，雨季最大涌水量8908m3/d。该溶洞是地下水的主要排泄通道，且水位上升后形成较高水压，对隧道衬砌及防排水不利。
2.岩溶整治方案
2.1 超前地质预报
富宁隧道主要采用物探结合钻探的手段进行超前地质预报，主要包括TSP、红外探水、地质雷达、超前钻探、加深炮孔等。对多种预报手段收集的资料进行综合分析，相互印证，结合现场实际揭示地质情况、变化规律进行预测和判断，进一步调整施工措施和方案。
（1）物探：每隔100米采用地震波探测仪对掌子面前方100米范围内的不良地质位置、规模作较详细的预报，粗略探测围岩情况和地下水情况，每循环搭接10米；在地震波探测仪的基础上采用红外探水和地质雷达对前方30米范围内地下水和围岩情况做较详细判断，每循环搭接5米。
（2）钻探：在物探预报结论的基础上采用钻探手段进一步进行验证，更直观反映前方地质情况，超前钻探每循环30米，与上一循环搭接5米，每次钻探3孔；每循环施钻炮眼时，利用部分周边眼施作加深炮孔，准确探测较近距离的危险源，确保施工安全万无一失。
2.2 开挖支护
（1）开挖：因该溶洞主要发育于线路右侧，左侧为完整性较好的弱风化灰岩，隧道洞身结构处于偏压状态，为防止沉降变形超限及确保运营期间结构安全，隧道开挖断面较原设计放大100cm。
（2）加强支护：为防止岩溶在开挖过程中发生坍塌，该溶洞段由IV级B型复合衬砌变更为V级C型复合衬砌。采用全环I22b型钢钢架加强支护，间距0.6m/榀；
（3）超前支护：拱顶至线右边墙部位采用φ108管棚超前支护，环向间距0.3m，每循环施作长度根据钻进情况确定，管棚根数根据右侧溶洞向下发育情况确定，每循环搭接长度不得小于2m。同时拱顶至线右边墙部位增设φ42大外插角（45°）小导管，环向间距0.4m，大外插角布置，每1.2m一环，每根长4.5m，施作根数由现场实际确定；拱顶偏线左至起拱线处采用φ42超前小导管，环向间距0.4m，每环19根，每1.2m一环，每根长4.5m。管棚及小导管内注水泥、水玻璃双液浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，并根据注浆效果优化调整注浆参数。取消拱部系统锚杆。 （4）系统支护：左侧边墙系统锚杆采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，间距1.2m（环向）*1.0m（纵向）。取消右侧边墙系统锚杆，右侧边墙径向采用φ60钢花管注浆加固，钢花管长6.0m，间距1.2m（环向）*1.0m（纵向），注水泥砂浆。注浆压力不小于0.5MPa，并根据开挖揭示情况、超前地质预报及管棚揭示情况优化调整支护参数，根据注浆效果优化调整注浆参数。
（5）溶腔整治：对初支背后空腔采用C25砼回填密实。
2.3 基底整治方案
根据富宁隧道D4K341+076～+176段开挖揭示地质、超前地质预测预报及补勘地质情况，经经济技术比选，对隧底D4K341+076～+176段基底溶洞采用钻孔桩-托梁-底板衬砌结构，结构形式见图1。具体措施如下：
（1）桩采用直径1.5m钻孔桩，桩长6～31m，桩横向设置一排，纵向间距5m，共设置19根，桩采用C35钢筋砼，桩底嵌入基岩不得小于3m，桩顶伸入横梁1.5m，桩长自横梁底算起。
（2）桩顶设置横向梁，梁长9.0m，梁截面尺寸2.0m（宽）*2.0m（高），梁一端置于钻孔桩上、一端置于稳定基岩上，并对梁端设置1m（高）*1m（宽）*2m（长）的楔子嵌入基岩，梁采用C40钢筋砼。
（3）考虑8～21#桩桩长较长，钻孔桩长细比较大，为提高桩-托梁基础结构整体刚度，8～21#桩间设置纵向连系梁，梁截面尺寸1.0m（宽）*1.0m（高），梁长65m，梁采用C40钢筋砼。
（4）筏板与二衬结构底板共用，厚度1.5m，宽14.02m，筏板采用C35钢筋砼，双向双层配筋，筏板10m一单元，每隔10m设置横向施工缝。
（5）D4K341+076～+176段分别于D4K341+076、D4K341+106、D4K341+126、D4K341+146、D4K341+166处共设5道变形缝。
2.4 衬砌及防排水
2.4.1衬砌防水
（1）D4K341+076～+176段段二次衬砌拱部、边墙及仰拱混凝土抗渗等级不低于P10。
（2）初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位铺设防水板加无纺布防水。
（3）D4K341+076～+176段拱墙环向施工缝设中埋式橡胶止水带加外贴式橡胶止水带；底板环向施工缝设中埋式橡胶止水带加遇水膨胀橡胶止水条；纵向施工缝设中埋式钢边橡胶止水带加遇水膨胀橡胶止水条；施工缝环向数量按10m一道计列，纵向施工缝数量按2道计列。
（4）变形缝宽度2cm，变形缝填充聚苯板并加设钢边橡胶止水带和外贴式橡胶止水带，变形缝内缘采用双组分聚硫密封膏嵌缝。
2.4.2衬砌排水
（1）D4K341+076～+176段排水采用双侧沟加中心水沟的方式。侧沟主要汇集地下水，同时起到沉淀和兼顾排水的作用，中心沟采用盖板沟的形式，主要用于排水。侧沟与中心沟之间每隔3m设置一道横向100PVC排水管。
（2）D4K341+076～+176段二次衬砌背后设50环向盲沟，每3m一环；两侧边墙脚设80纵向透水盲沟，并每隔3m将地下水引入洞内侧沟。环向盲管、纵向盲管直接弯入隧道侧沟。
2.5 监控量测
隧道开挖后，随着应力释放和重新分布，围岩呈现出不同程度的位移和性质变化，在结构受力复杂，地质情况差的条件下，更应该建立严密可靠的监控量测体系，一是为施工安全提供准确信息，二是为调整预留沉降量提供数据支撑，三是为二衬施工时间提供信息依据，进而指导施工安全和质量。
3.结束语
通过采用钻孔桩-横向托梁-筏板结构刚性过度该溶洞，可有效提升隧道结构安全性能，具体表现在以下几点：
（1）可以有效提高地基承载力，减少工后沉降时间和沉降量。
（2）为雨季地下水位上升后提供泄水通道，不会危及隧道结构安全，减少因水压上身后形成的渗漏水病害。
（3）通过对溶洞的安全防护，衬砌结构的特殊设计，确保施工期间及今后运营期间的安全。
参考文献
[1]李鸣冲.宜万铁路龙麟宫隧道穿越大型半充填溶洞综合处理综合研究.武汉，2010
[2]张国权.隧道穿越大型充填型溶洞基底注浆处理.武汉，2009
[3]高速铁路隧道工程施工技术指南.铁建设〔2010〕241号.2010
[4]高速铁路隧道工程施工质量验收标准.TB10753-2010，J1149-2011，北京，2010
作者简介
叶建文（1972年4月），男，2015年7月毕业于武汉科技大学土木工程专业，现从事项目管理工作。
【关键词】富宁隧道；充填溶洞；处理技术
引言
云桂铁路云南段富宁隧道全长13625米，为全线I级风险隧道之一，该隧道采用“两横洞+两平导+一斜井”的辅助坑道模式组织施工。隧道不良地质有断层破碎带、危岩落石、堆积体、岩溶、岩体破碎、软岩大变形、松软土和膨胀岩土。其中在D4K341+050～D4K341+176段揭示一大型半充填溶洞，在堆积物中有未充填的空间及通道，充填物主要为碎块石土夹砂土及黏性土夹碎块石土等，为溶洞坍塌、溶蚀及流水携带来的堆积物为主，块石成份为灰岩，大小不一，无胶结，呈松散状，稳定性极差。因隧址位于地下水位线附近，受季节变化，充填物在地下水冲刷下容易流失，基底不稳，通过多种方案比选，采用桩板结构刚性过度，桩基置于完整基岩一定深度，确保隧道基底及右侧边墙稳定。本文针对该溶洞的整治技术进行了研究，为今后遇到类似情况，确保快速通过溶洞，且确保结构稳定提供参考。
1.富宁隧道工程概况
1.1 工程概况
云桂铁路云南段I标富宁隧道位于云南省富宁县新华镇那农村境内，设计为客货共线双线隧道（开行双层集装箱），隧道起止里程D4K339+026～D4K352+651，全长13625m。隧道一般埋深100～400m，最大埋深455m，最小埋深为10m。
全隧揭示溶洞共10余处，其中大型溶洞两处，分别为D4K340+760～D4K340+840段的大型全充填溶洞和D4K341+050～D4K341+176段的大型半充填溶洞，其整治方案均为桩板结构刚性过度。本文结合D4K341+050～D4K341+176段大型半充填溶洞的初支防护、衬砌结构和排水系统以及基底处理的关键技术进行研究。
1.2 溶洞规模
通过施工开挖揭示、物探以及钻探等综合勘察分析，该溶洞纵向发育里程为D4K341+050～D4K341+176，主要发育于线路右侧及右侧基底，溶洞长度126m，推测溶洞横向宽度40～54m、高度20～50m、隧底充填物厚度10～15m，最厚达32m，溶洞走向复杂多变，各段形态各异。
D4K341+050～D4K341+150段岩溶发育于线路右侧及右侧基底，充填物为块石土夹砂土、黏性土，充填物厚月20～30m；D4K341+150～D4K341+176段线路左侧填充面至隧道拱顶以上亦有岩溶发育，充填物为块石土、粉质黏土，其中粉质黏土占较大比例，该段充填物厚约25～50m。溶洞在纵向呈瓶状，瓶口朝向小里程，瓶底朝向大里程，平面近似长方向，主要发育于线路右侧。推测溶洞平面范围约5300m3，体积约149000m3。
1.3 工程地质
溶洞发育于泥盆系下统芭蕉箐组（D1b）白云质灰岩地层中，为大型半充填溶洞，在堆积物中有未充填的空间及通道，充填物主要为碎块石土夹砂土及黏性土夹碎块石土等，为溶洞坍塌、溶蚀及流水携带来的堆积物为主，块石成份为灰岩，大小不一，无胶结，呈松散状，局部可见砂土及黏性土充填，稳定性极差。
1.4 水文地质
岩溶区域处于岩溶水季节变动带，雨季地下水位可能会上升高于隧道洞身，旱季无地下水补给，地下水位下降后低于隧道洞身，因此，隧址位于地下水位线附近，受季节变化，充填物在地下水冲刷下容易流失，基底不稳。该段隧道汇水面积较大，地下水发育，正常涌水量为4454m3/d，雨季最大涌水量8908m3/d。该溶洞是地下水的主要排泄通道，且水位上升后形成较高水压，对隧道衬砌及防排水不利。
2.岩溶整治方案
2.1 超前地质预报
富宁隧道主要采用物探结合钻探的手段进行超前地质预报，主要包括TSP、红外探水、地质雷达、超前钻探、加深炮孔等。对多种预报手段收集的资料进行综合分析，相互印证，结合现场实际揭示地质情况、变化规律进行预测和判断，进一步调整施工措施和方案。
（1）物探：每隔100米采用地震波探测仪对掌子面前方100米范围内的不良地质位置、规模作较详细的预报，粗略探测围岩情况和地下水情况，每循环搭接10米；在地震波探测仪的基础上采用红外探水和地质雷达对前方30米范围内地下水和围岩情况做较详细判断，每循环搭接5米。
（2）钻探：在物探预报结论的基础上采用钻探手段进一步进行验证，更直观反映前方地质情况，超前钻探每循环30米，与上一循环搭接5米，每次钻探3孔；每循环施钻炮眼时，利用部分周边眼施作加深炮孔，准确探测较近距离的危险源，确保施工安全万无一失。
2.2 开挖支护
（1）开挖：因该溶洞主要发育于线路右侧，左侧为完整性较好的弱风化灰岩，隧道洞身结构处于偏压状态，为防止沉降变形超限及确保运营期间结构安全，隧道开挖断面较原设计放大100cm。
（2）加强支护：为防止岩溶在开挖过程中发生坍塌，该溶洞段由IV级B型复合衬砌变更为V级C型复合衬砌。采用全环I22b型钢钢架加强支护，间距0.6m/榀；
（3）超前支护：拱顶至线右边墙部位采用φ108管棚超前支护，环向间距0.3m，每循环施作长度根据钻进情况确定，管棚根数根据右侧溶洞向下发育情况确定，每循环搭接长度不得小于2m。同时拱顶至线右边墙部位增设φ42大外插角（45°）小导管，环向间距0.4m，大外插角布置，每1.2m一环，每根长4.5m，施作根数由现场实际确定；拱顶偏线左至起拱线处采用φ42超前小导管，环向间距0.4m，每环19根，每1.2m一环，每根长4.5m。管棚及小导管内注水泥、水玻璃双液浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，并根据注浆效果优化调整注浆参数。取消拱部系统锚杆。 （4）系统支护：左侧边墙系统锚杆采用φ22砂浆锚杆，长4.0m，间距1.2m（环向）*1.0m（纵向）。取消右侧边墙系统锚杆，右侧边墙径向采用φ60钢花管注浆加固，钢花管长6.0m，间距1.2m（环向）*1.0m（纵向），注水泥砂浆。注浆压力不小于0.5MPa，并根据开挖揭示情况、超前地质预报及管棚揭示情况优化调整支护参数，根据注浆效果优化调整注浆参数。
（5）溶腔整治：对初支背后空腔采用C25砼回填密实。
2.3 基底整治方案
根据富宁隧道D4K341+076～+176段开挖揭示地质、超前地质预测预报及补勘地质情况，经经济技术比选，对隧底D4K341+076～+176段基底溶洞采用钻孔桩-托梁-底板衬砌结构，结构形式见图1。具体措施如下：
（1）桩采用直径1.5m钻孔桩，桩长6～31m，桩横向设置一排，纵向间距5m，共设置19根，桩采用C35钢筋砼，桩底嵌入基岩不得小于3m，桩顶伸入横梁1.5m，桩长自横梁底算起。
（2）桩顶设置横向梁，梁长9.0m，梁截面尺寸2.0m（宽）*2.0m（高），梁一端置于钻孔桩上、一端置于稳定基岩上，并对梁端设置1m（高）*1m（宽）*2m（长）的楔子嵌入基岩，梁采用C40钢筋砼。
（3）考虑8～21#桩桩长较长，钻孔桩长细比较大，为提高桩-托梁基础结构整体刚度，8～21#桩间设置纵向连系梁，梁截面尺寸1.0m（宽）*1.0m（高），梁长65m，梁采用C40钢筋砼。
（4）筏板与二衬结构底板共用，厚度1.5m，宽14.02m，筏板采用C35钢筋砼，双向双层配筋，筏板10m一单元，每隔10m设置横向施工缝。
（5）D4K341+076～+176段分别于D4K341+076、D4K341+106、D4K341+126、D4K341+146、D4K341+166处共设5道变形缝。
2.4 衬砌及防排水
2.4.1衬砌防水
（1）D4K341+076～+176段段二次衬砌拱部、边墙及仰拱混凝土抗渗等级不低于P10。
（2）初期支护与二次衬砌之间拱部及边墙部位铺设防水板加无纺布防水。
（3）D4K341+076～+176段拱墙环向施工缝设中埋式橡胶止水带加外贴式橡胶止水带；底板环向施工缝设中埋式橡胶止水带加遇水膨胀橡胶止水条；纵向施工缝设中埋式钢边橡胶止水带加遇水膨胀橡胶止水条；施工缝环向数量按10m一道计列，纵向施工缝数量按2道计列。
（4）变形缝宽度2cm，变形缝填充聚苯板并加设钢边橡胶止水带和外贴式橡胶止水带，变形缝内缘采用双组分聚硫密封膏嵌缝。
2.4.2衬砌排水
（1）D4K341+076～+176段排水采用双侧沟加中心水沟的方式。侧沟主要汇集地下水，同时起到沉淀和兼顾排水的作用，中心沟采用盖板沟的形式，主要用于排水。侧沟与中心沟之间每隔3m设置一道横向100PVC排水管。
（2）D4K341+076～+176段二次衬砌背后设50环向盲沟，每3m一环；两侧边墙脚设80纵向透水盲沟，并每隔3m将地下水引入洞内侧沟。环向盲管、纵向盲管直接弯入隧道侧沟。
2.5 监控量测
隧道开挖后，随着应力释放和重新分布，围岩呈现出不同程度的位移和性质变化，在结构受力复杂，地质情况差的条件下，更应该建立严密可靠的监控量测体系，一是为施工安全提供准确信息，二是为调整预留沉降量提供数据支撑，三是为二衬施工时间提供信息依据，进而指导施工安全和质量。
3.结束语
通过采用钻孔桩-横向托梁-筏板结构刚性过度该溶洞，可有效提升隧道结构安全性能，具体表现在以下几点：
（1）可以有效提高地基承载力，减少工后沉降时间和沉降量。
（2）为雨季地下水位上升后提供泄水通道，不会危及隧道结构安全，减少因水压上身后形成的渗漏水病害。
（3）通过对溶洞的安全防护，衬砌结构的特殊设计，确保施工期间及今后运营期间的安全。
参考文献
[1]李鸣冲.宜万铁路龙麟宫隧道穿越大型半充填溶洞综合处理综合研究.武汉，2010
[2]张国权.隧道穿越大型充填型溶洞基底注浆处理.武汉，2009
[3]高速铁路隧道工程施工技术指南.铁建设〔2010〕241号.2010
[4]高速铁路隧道工程施工质量验收标准.TB10753-2010，J1149-2011，北京，2010
作者简介
叶建文（1972年4月），男，2015年7月毕业于武汉科技大学土木工程专业，现从事项目管理工作。