关于岩溶地区隧道设计的思考？

吉茶高速公路岩溶发育，如何确定岩溶区围岩级别，隧道衬砌结构设计及岩溶处理措施，是设计阶段应考虑的问题。本文介绍了作者在吉茶路岩溶地区隧道勘察设计中的一些个人看法。

0简介

在石灰岩地区修建高速公路时，岩溶问题不容忽视。岩溶是地表水和地下水对可溶岩层进行化学和机械破坏而形成的各种地表和地下溶解现象的总称。该地区的隧道建设应考虑岩溶的危害，评估其影响程度，以确定合适的衬砌结构和溶洞处理措施。

对1岩溶地区隧道围岩分类的思考

1.1隧道围岩分类总体思路

围岩分类是将隧道围岩稳定性等级从好到差分为六个等级，采用定性、定量、定性、定量三种方法。由于规范中没有关于岩溶影响的专门规定，在确定石灰岩地区隧道围岩分类时，如何考虑岩溶影响受主观认识影响较大。

通常，隧道衬砌结构的设计是根据围岩等级、使用要求和施工条件，通过工程类比和结构计算综合分析确定的。不同级别的围岩对应不同的隧道初期支护参数和二次衬砌支护参数。往往一个围岩级别差对应一万多元的隧道工程造价差。合理确定隧道围岩级别是控制隧道工程投资的关键因素。

1.2岩溶地区隧道围岩分类应考虑的因素

如何定性考虑岩溶对隧道围岩级别的影响，笔者认为首先要明确岩溶的发育阶段和目前岩溶对隧道的危害程度。

岩溶的形成必须满足四个基本条件:可溶岩，可溶岩能提供水的渗透和运移空间，水流具有溶解能力，水流必须是流动的。岩溶的发展演化一般可分为以下三个阶段:

1)形成阶段:只要满足上述洞穴发育的四个基本条件，就可以形成洞穴。在这种洞穴形成的初期，洞穴的空间尺度一般较小，多为孔隙，人无法进入，主要表现为溶蚀。

2)发育阶段:随着洞穴发育所涉及的水流和流速的增加，洞穴空间逐渐扩大，发展成为具有一定规模的供人进入的通道系统，主要表现在洞穴和地下河中。

3)下降阶段:由于地壳隆起，洞穴逐渐脱离地下水位进入包气带，失去进一步发展的动力条件，主要表现为明显的崩塌现象，钟乳石次生化学沉积大量发育，洞穴空间逐渐充血。

岩溶对隧道的危害主要分为四种类型:

1)溶洞的存在使得隧道完全或部分悬空，会大大降低隧道的安全性和可靠性；

2)岩溶水的循环，特别是当CO3-等可溶性物质含量增加时，会给隧道结构带来侵蚀，影响隧道的使用寿命；

3)溶洞堆积物因其松软易坍塌下沉，改变溶洞周围的应力分布，影响隧道的结构稳定性；

4)隧道内地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质破坏，隧道结构失稳。

1.3岩溶区围岩分类建议

对于主要处于形成阶段的岩溶，由于对岩石的整体稳定性影响不大，其影响基本可以忽略，主要围岩可分为几个等级，但其范围应在地质文献中指出并适当描述。

对于发育阶段的岩溶，如果隧道与其大型地下洞室或暗河相交，则不能用常规方法确定围岩级别，只能对溶洞(暗河)与隧道相交的长度和大小进行分类，因为标准衬砌结构不能适用于千变万化的溶洞形态，但在溶洞和暗河附近区域，应考虑其影响，在适当的长度范围内调整围岩级别。

对于处于衰退阶段的岩溶，其基本原理与处于发展阶段的相同。如果隧道长距离穿越溶洞堆积物，且性质简单，也可归为ⅵ级围岩。ⅵ级围岩的结构衬砌设计和施工方案只能是初步设计，只有通过试验和小规模验证才能实施。

2岩溶地区隧道衬砌结构设计

2.1岩溶地区隧道一般衬砌结构特点

岩溶地区隧道一般衬砌结构应根据岩溶形成阶段考虑。虽然施工中可能出现各种小冲沟、小冲沟，但对结构整体稳定性不构成威胁。不需要调整隧道衬砌的设计参数，只需要清除局部地段的小沟填料，增加少量回填工程，设置水管即可。

当隧道遇到小冲沟和小溶槽时，在设计阶段可以大致估算出一个基本范围，工程量相差不会很大。

2.2岩溶地区隧道一般衬砌结构应注意的问题

应考虑岩溶的发育和地下水流的腐蚀性。

虽然岩溶的发展变化非常缓慢，但要充分认识到，如果隧道设计没有根据已有的腐蚀现象预留合适的水管，而是强行用衬砌阻断水源，可能会使衬砌结构承受额外的水压力，导致结构安全系数的降低。

同时，地下水含有高浓度的CO2，具有腐蚀性。因此，隧道初期支护必须考虑防腐问题，采用防腐混凝土材料，并相应提高隧道防水层材料的检测指标，以保证饱和CO2浓度下的耐久性。隧道二次衬砌可不采用防腐混凝土，但用于排除隧道围岩渗漏的中央水管和水沟也必须考虑防腐。

2.3隧道特殊衬砌结构

有资料表明，当溶洞不具备完整的具备坍塌条件的顶板且厚度大于或等于1/2溶洞跨度时，或溶洞节理裂隙发育胶结不良且具备坍塌条件的不完整顶板大于或等于5倍溶洞高度且无明显渗水漏水时，可不经处理直接通过溶洞。换句话说，此时采用路基或桥梁方案，在没有初期支护和二次衬砌的情况下通过洞内，可称为洞内无衬砌结构。

采用无衬砌结构时，当洞内发现明显渗水漏水时，应考虑采用棚洞或明洞结构，以保护洞内道路交通安全。

3岩溶地区隧道的溶洞处理

3.1溶洞处理的主要原则

隧道在发展和衰退阶段遇到大型溶洞和暗河时，应逐一处理，不必找一个标准设计。设计中总的原则是保证隧道衬砌结构有足够的安全保障，在可预见的时期内保证溶洞的稳定性，不堵塞原有的水流通道，方案经济适用。

3.2溶洞处理的主要方法

隧道穿越溶洞的处理方法有:增设侧墙梁和游梁、托梁、桥墩、挂墙梁支撑纵梁和拱桥，增加隧道净空宽度和跨度穿越溶洞，或封闭围岩、注浆加固、顶进加固和衬砌加固。

3.2.1溶洞穿越处理

当溶洞规模较大，溶洞内填土较软，地基处理工程难以修建且费用较高，或溶洞较小但水流较大时，可根据具体情况采用相应的梁跨和板跨穿越岩溶地区。

这样一般用钢筋混凝土梁来跨越，梁采用抗侵蚀混凝土。当隧道衬砌段需要开挖满足净空要求时，应先开挖围岩，再施工跨越结构，确保安全。同时，应注意不同受力结构之间的断缝设置和连接措施。

封闭处理

在考虑有效过水通道后，已停止发育的干溶洞可采用混凝土、浆砌片石或干毛石封堵填充。

3.2.3锚杆和钢管的加固处理

为了防止洞穴岩壁或顶板坍塌，如果难以清除松动的岩石，可采用锚杆、大钢管和钢轨加固岩体。此时隧道衬砌应考虑防冲击措施。一般采用明挖隧道衬砌。回填土设置在衬砌顶部，其表面设有护面结构。回填物上方空间的洞壁由锚杆、钢筋网和喷射混凝土支撑。如果洞穴较大，可设置横轨十字或人字轨格。

支持治疗

当隧道穿越的溶洞内填有碎石、淤泥，且填土的松散、密实程度不同时，隧道底部应考虑钢筋混凝土底板，清除底板下的松散体，回填碎石，并在底板下加钢筋混凝土桩支护。

4.关于岩溶水治理的思考

4.1岩溶水处理原则

总的来说，岩溶水的治理是以“排”为主，截、堵、排、防相结合的综合治理措施。笔者认为应以“通”为主，截、排、堵相结合。“通路”是指尽可能保持原有的水通道，不能因为隧道的修建而有大的改变；“截流”是指切断原有地下水渠道，改为其他渠道；“堵”就是封住相交的地下水通道；“排水”是指引入隧道并通过排水沟进行排水；“预防”是指防止地下水进入隧道。

岩溶水治理主要有两种工程措施:泄洪洞和涵洞。泄洪洞排水属于“排”和“截”的范围，涵洞过水属于“排”和“截”的范围。

4.2泄洪洞的排水

当预测隧道区域岩溶水大、水压高，无法避开隧道时，需要考虑专门设置排水隧道排除岩溶水，降低地下水位，保持隧道干燥，施工安全。

泄洪洞应位于地下水到来的一侧。为了防止岩溶水的突然袭击，施工中应采用超前钻孔，并准备足够的抽水设备。泄洪洞的设置可能对生态环境产生负面影响，是否采用应从施工、环保、安全等方面进行评估，确保方案全面，造价最低。

4.3涵洞、倒虹吸有吸水。

当隧道断面与岩溶水相交时，为保证岩溶水的畅通，在隧道底部设置钢筋混凝土圆形涵洞或倒虹吸，同时在涵洞出入口至隧道边墙外缘的外围回填浆砌片石并压实。

采用该方案时，应正确考虑涵洞断面，一般考虑雨季流量。

5需要考虑的其他问题

5.1洞穴堆积物和地面塌陷的处理

洞穴堆积物的特点是柔软、沉降大、强度低、稳定性差。当隧道必须通过溶洞堆积区时，可采用桩基、置换和注浆等方法加固岩体。

隧道内地下水的渗流和排泄导致岩溶地面塌陷，破坏地质环境，造成隧道开挖过程中塌方、涌水、涌砂、突泥的危害。隧道穿越岩溶地区时，地面塌陷的形成过程及其突然发生所涉及的力是相当复杂的。施工时可采用化学灌浆和管棚支护开挖，同时采用地表高压灌浆加固坍塌松散体，避免突泥。

5.2设计阶段的工程量估算

当隧道遇到大型岩溶沟或槽时，很难准确估算工程量。不同的溶洞形态和位置有不同的方案，每个方案的工程量差别很大，只能在项目的前期费用中考虑。

如果在隧道勘察阶段就明确知道隧道必然会遇到的大型溶洞的数量、类型和位置，就可以提前进行预设计，使工程量估算尽可能有一个参考范围，作为调整预备费费率的参考。

6结论

在岩溶发育地区进行隧道勘察设计时，合理确定岩溶发育阶段、围岩级别，规划溶洞处理方案，对控制工程量和投资至关重要。公路隧道开挖断面大，受溶洞影响面积大，溶洞处理的具体施工方案应在开挖后确定。

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