回填施工研究

目前国内的隧道工程采用回填方案穿越大型溶洞的研究已较多，一般采用土石方进行回填，为避免沉降过大或不均匀沉降对上部结构物产生不利影响，再对回填路基进行注浆加固或夯锤夯实补强。透水性材料注浆加固往往由于注浆不均匀效果不是很理想，不透水材料采用夯锤夯实补强也存在作业空间小、填层厚度大夯实效果不好等情况。根据贵州省习水县地质特点，洞湾隧道采用回填浆砌片石穿越大型溶洞。因回填浆砌片石方案与众不同，且实施的效果如何，值得我们研究。

基底承载力研究

地质物探

采用地质雷达对溶洞底部地质进行物探，以探明溶洞底以下有无空洞及水体。仪器采用浅层地震仪，检波器。利用人工激发地震波在岩土介质中的传播规律，探测浅部地质构造或测定岩土物理力学参数、进行物性分层、寻找构造破碎带。

根据物探结果分析，并结合现场溶洞底部挖机挖探情况，YK66+460-YK66+530大溶洞基底覆盖乱石并富含一定地下水，但溶洞底部以下无大空洞和水体分布，能够满足在底部以上设置大型构筑物的条件。

底部钻探

采用地质钻机对溶洞底部进行钻探，根据芯样抗压强度判断地基承载能力。在溶洞范围内共布置8个地质钻探孔，每孔钻孔深度40延米左右。取岩样8组，得到试验结果，包括：天然密度、饱和抗压强度、天然弹性模量、天然泊松比、天然抗拉强度、岩块波速。岩体完整性系数KV=0.04-0.73，为破碎-较完整的岩体。围岩级别为Ⅲ-Ⅴ级。地基承载力基本容许值［fao］=2000kPa，能够满足在底部以上设置大型构筑物的条件。

设置抗滑台阶

在保证基底承载力的同时，为保证回填浆砌片石的稳定性，溶洞底部横向或纵向坡度过陡处设置抗滑台阶，台阶宽度不小于2米。因溶洞回填M7.5浆砌片石数量巨大，达到2.7万立方米。施工从溶洞顶部破口进入挖掘机配合施工。基底台阶采用挖掘机配合人工施工。

溶洞的排水处理研究

排水处理研究的目的是判明地下水类型、补给排条件、隧道洞身涌水量和地下水侵蚀性。

地下水类型调查

经地质调绘及对溶洞地形的实测，岩溶形态主要表现为落水洞、溶洞及地表溶蚀洼地、地表塌陷等。地下水的补给来源主要是大气降水入渗补给。部分落水洞为枯水洞，洞与地下深层溶洞有水力联系，雨季时向下汇水。

隧道洞身涌水量调查

大型溶洞RD1流水洞S4至下部岩溶裂隙通道，S4为流水洞，水量4.5L/s。S4处流水洞面积约0.5×0.6m2，下方15m深度范围内为受此流水洞冲刷、溶蚀形成的竖井，呈圆形截面，直径约8m，深度较大，且同1#溶槽联通。同时根据流水通道漂浮杂物痕迹对历史最高水位进行了测量。

地下水侵蚀性调查

地下水腐蚀性测试水质取样2组，测试结果为地下水无腐蚀性。根据地下水的综合调查，确定地下水来源主要为大气降水，溶洞区底部存在一处过水通道。根据地下水流量测试结果和历史水位测量结果，在原洞腔地下水流水方向预埋3根Ф100cm的HDPE管涵，确保溶洞内水路畅通。因地下水无腐蚀性采用水泥砂浆不作防腐处理。

砌片石沉降情况研究

沉降观测方法

沉降观测按照路基沉降观测方法进行。观测点位置见下图：

浆砌片石施工期间，设置沉降观测中桩、下沉降观测边桩。施工完成后增加上沉降观测边桩。大溶洞沿线路共设置4个观测断面。沉降观测采用S1型水准仪和因瓦水准尺。

观测频率

施工期间每砌筑高度1.0米进行一次观测，如两次砌筑间隔较长时，每3天观测一次。砌筑完工后，在前2～3个月内，每5天观测一次，3个月后15天观测一次。

内业计算与成果整理

每次观测结束后，检查记录计算是否正确，精度是否合格，并进行误差分配。然后将观测值列入观测成果表中，计算出累计沉降量和位移量。并注明观测日期、气象情况和荷重变化情况。

观测结果分析

沉降观测成果汇总表见下表：

从各断面累计沉降值来看，总体下沉量都不大，且无明显沉降异常点。由于YK66+470回填高度相对较大，其累计沉降值较大。从各断面沉降速率来看，在浆砌片石砌筑高度较小时沉降值很小，砌筑高度到达一定高度后，在一段时间内沉降值变化变大，随着砌筑高度继续加大，沉降值变化变小。

结束语

隧道施工中遇到的溶洞形式多种多样，相似溶洞的处理方法大致相同，主要是根据溶洞和隧道主线相交的位置、溶洞规模大小等，通过方案的技术、经济比较，从施工的难易程度、安全风险、施工成本等方面综合考虑，拟定合理的处理方案。仁赤高速公路洞湾隧道大型溶洞采用回填浆砌片石方案，在施工过程中研究解决了溶洞底部基底承载力是否满足设计要求的技术难题，经过详细调查保证了地下水泄洪通道的问题，提出回填浆砌片石的沉降观测方法和日沉降控制标准，保证了构筑物在施工过程中和运营使用后的安全。同时也为在类似地质条件下的大型溶洞处理积累了经验。

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隧道工程溶洞处理设计图（含无水溶洞）

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知识点：隧道大型溶洞处理技术