田德鐵路隴外隧道巨型溶洞的處理

張 欣

（南寧鐵路局田德鐵路建設(shè)指揮部，工程師，廣西 南寧 530003）

田德鐵路隴外隧道起迄里程為DK37+736～DK38+773，全長1 037 m。隧道洞身穿越臺浪山谷地東部的峰叢中低山區(qū)，圍巖以Ⅱ，Ⅲ級白云質(zhì)灰?guī)r為主，最大埋深約260 m，地下水基巖裂隙水發(fā)育。2008年3月16日隧道開挖至DK38+325時遇到1個巨型溶洞。經(jīng)調(diào)查研究，決定對DK38+315～+335段隧道溶洞進(jìn)行處理。

1 溶洞的自然狀況

1.1 形態(tài)特征該巨型溶洞位于DK38+300～DK38+355里程范圍。其中DK38+325～DK38+330段隧道洞身正穿溶洞腔體頂部，其它段落隧道軌面至溶洞頂板厚度不等，在5～25 m之間；溶洞沿線路方向?qū)挾燃s55 m，垂直線路方向?qū)挾?7～62 m，溶洞深30～53 m，高程范圍為329～392 m，溶腔體積約10.2萬m3。溶洞為巨型空腔，形狀不規(guī)則，上部空間較小且洞壁較垂直，下部空間向四周擴(kuò)寬變大。溶洞洞壁及洞頂分布石鐘乳，可見裂隙和小的管道向上延伸。

1.2 巖性溶洞為第四系全新統(tǒng)洞穴堆積黏土，泥盆系上統(tǒng)白云質(zhì)灰?guī)r。黏土（Q4ca1）巖性：DK38+315～DK38+335段分布于溶洞洞底表層，厚度0.5～1.5 m，軟塑狀為主，Ⅱ級普通土。白云質(zhì)灰?guī)r（D3dLs）巖性：灰白色、青灰色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層～厚層狀構(gòu)造，局部節(jié)理裂隙發(fā)育，Ⅴ級次堅石。

1.3 溶洞內(nèi)水文地質(zhì)條件DK38+315～DK38+335段為空腔溶洞，DK38+325處溶洞高程較低，據(jù)現(xiàn)場測繪資料，溶洞洞底高程在330～340 m之間。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，溶洞內(nèi)未發(fā)現(xiàn)暗河流經(jīng)痕跡，洞底部僅分布1個小落水洞，落水洞洞口高程約330 m。洞頂零星滴水，洞底分布軟塑黏土，黏土厚度為0.5～1.5 m，黏土表面分布水的滴痕。洞底左側(cè)邊角處有直徑約3 m的積水坑，坑內(nèi)積水深約0.5 m。洞底右側(cè)邊角部分呈漏斗狀，在漏斗的最低處有小的落水洞，洞口形狀不規(guī)則，寬0.1～0.6 m。該落水洞大致垂直向下延伸，深度約5 m，落水洞可見深度內(nèi)無水。

該溶洞處于巖溶區(qū)的季節(jié)變化帶，受雨季降水和區(qū)域地下水變化的影響明顯?？菟谠摰貐^(qū)巖溶水水位低，遠(yuǎn)低于溶洞洞底高程，只在洞底局部低洼處匯積洞頂滲水，水量很少；豐水期間溶洞內(nèi)一方面有大氣降水通過溶蝕裂隙、管道的入滲補(bǔ)給，另一方面地區(qū)巖溶水水位有可能上升通過洞底管道涌入溶洞內(nèi)，溶洞內(nèi)水位可能會有一定程度的上升，但水量很小，影響不大。

2 處理方案比選

2.1 橋梁跨越方案根據(jù)隴外隧道DK38+315～DK38+335段溶洞的分布情況，結(jié)合實測的平面、縱斷面、橫斷面及勘探資料，按隧道結(jié)構(gòu)不與橋發(fā)生關(guān)系考慮，可以采用2孔32 m后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁方案，橋全長74.5 m。兩橋臺的基礎(chǔ)形式采用φ125 cm挖孔樁，確?；A(chǔ)持力面置于破裂面以下，采用挖方內(nèi)臺，各設(shè)4根φ125 cm的挖孔樁，結(jié)合破裂面走向，采用長短樁。設(shè)圓端形實體墩，挖井基礎(chǔ)。

2.2 路基回填方案溶洞路基回填方案按照有側(cè)限條件進(jìn)行路基回填設(shè)計、施工，自下往上采用級配碎石、片石、塊石土、碎石土、粗細(xì)角礫土5種不同填料回填。為保證基巖裂隙水等少量滲水排泄，回填時在溶洞腔壁鋪設(shè)復(fù)合防排水板，防止細(xì)顆粒土被反復(fù)升降水流帶走而引起路基沉降。

2.3 方案比選洞內(nèi)排水通暢，采用橋梁跨越溶洞方案，可較好地控制沉降。其缺點是溶洞深度大，橋墩（臺）基礎(chǔ)及墩身施工條件差、難度大，施工質(zhì)量難以控制，不方便日后養(yǎng)護(hù)維修；不方便架橋機(jī)施工；大型輔助設(shè)備安裝操作比較困難，照明、通風(fēng)要求較高，安全防護(hù)費用大；隧道和橋梁施工相互干擾，工作效率太低，總工期長。

采用路基回填方案施工難度小，對隧道圍巖的擾動??；路基填筑為有側(cè)限條件，路基穩(wěn)定性較好；施工可直接采用隧道棄石土分類填筑，節(jié)省投資；總工期短；路基填筑方案比橋梁跨越方案節(jié)省投資112.93萬元。其缺點是該溶洞為超高填筑路基，只可采取小型挖掘、碾壓設(shè)備進(jìn)行大量土石方處理；路基的壓實標(biāo)準(zhǔn)要求不易控制；使用滲水性填料，仍會對地下水疏、排有一定的影響。

綜合比較，決定加強(qiáng)控制措施，采用路基回填方案處理溶洞。

3 路基填筑施工

路基回填方案施工先進(jìn)行分層回填，每一分層填筑施工結(jié)束后及時進(jìn)行壓實度檢測，符合密實控制指標(biāo)要求后再進(jìn)行下一分層的填筑，直至分層填筑到路基頂面標(biāo)高。施工結(jié)束后再進(jìn)行沉降觀測。

3.1 分層回填填筑分層進(jìn)行，注意控制填筑速率。填筑材料應(yīng)以水穩(wěn)定性好、抗風(fēng)化能力強(qiáng)的滲水填料為主，各層及層間的填料應(yīng)有一定的級配，滿足填料分組要求。填料中巖石顆粒成分以硬質(zhì)巖為主，巖石單軸抗壓強(qiáng)度R0≥15 MPa及以上，不易風(fēng)化、尖棱狀新鮮巖石。各層間的填料不得含有質(zhì)量比大于5%以上的細(xì)粒土（粒徑d≤0.075 mm，下同）成分〔1〕，填料可從隧道棄石土中進(jìn)行分組選擇使用。填料分組按《鐵路路基設(shè)計規(guī)范》TB10001-2005執(zhí)行。溶洞分層回填縱斷面示意見圖1。

圖1 溶洞分層回填縱斷面示意圖（單位：cm）

3.1.1 基底粘土層 基底粘土層范圍開挖溝槽（溝槽開挖深度為粘土層厚度，一般為0.50～1.5 m，寬度0.8 m），溝槽間距2.0～3.0 m，槽內(nèi)換填級配碎石并震搗，以小型機(jī)械碾壓密實。對該層主要考慮是基底粘土層應(yīng)力低，且覆蓋于基巖表面上，采用級配碎石換填起到碎石盲溝的作用，利于排水。

3.1.2 拋填片石層 沿溶腔底面基底粘土層之上垂直地面高度3～5 m拋填片石，并搗固密實。自拋填片石頂面起，于德保端溶腔壁上掛鋪復(fù)合防排水板。沿拋填片石頂面攤鋪0.2 m厚碎石后，鋪設(shè)2層透水土工布反濾層（0.1 m厚中粗砂+透水無紡?fù)凉げ?0.2 m厚中粗砂+透水無紡?fù)凉げ?0.1 m厚中粗砂），透水土工布采用450 g/m2無紡布。要求片石平均粒徑d＞300 mm，占整個拋填片石組質(zhì)量的70%，余為平均粒徑5～20 mm碎石塊（占20%）及粒徑大于2～5 mm的礫石填充。對該層主要考慮：片石填筑于基底，確?；讘?yīng)力達(dá)到要求，起拋填擠淤的作用和確保既有落水洞暢通；鋪設(shè)防排水板及反濾層，有利于基巖裂隙水下滲排泄及起墊層的作用。

3.1.3 塊石土層 沿反濾層頂面起，分層填筑塊石土，每層厚度3 m。塊石土回填頂面高程為344.00。于塊石土頂面鋪設(shè)0.6 m厚中粗砂墊層，墊層內(nèi)間隔0.3 m水平分鋪雙向高強(qiáng)度經(jīng)編格柵二層（單向抗拉強(qiáng)度＞80 kN/m）并夯拍密實。塊石土要求平均粒徑d＞200 mm顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%（不易風(fēng)化，尖棱狀為主），不得含有超過5%的細(xì)粒土。該層填于片石層之上，部分起到片石層作用。鋪設(shè)土工格柵，以保證路基填筑層作為一個整體，減少不均勻沉降的差異。

3.1.4 碎石土層 為施工簡便，節(jié)省投資，可充分利用隧道棄石土作為填料。沿中粗砂層頂面至溶洞頂板或路基基床底層底面（該線路基自路肩以下2.5 m范圍內(nèi)為基床厚度），分層填筑碎石土，每層厚度3 m。要求平均粒徑d＞60 mm顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%（不易風(fēng)化，尖棱狀為主），不得含有超過5%的細(xì)粒土。

3.1.5 基床層 基床層是路基的頂層，道床上傳遞的荷載直接作用基床表面上。于路基基床底層填筑粗角礫土并摻入5%的水泥，表層填筑細(xì)角礫土并摻入5%的水泥。粗、細(xì)角礫土要求平均粒徑分別大于20 mm、2 mm顆粒質(zhì)量超過總質(zhì)量的50%（尖棱狀為主），不得含有超過5%的細(xì)粒土。這樣確?；矊佑凶銐虻膹?qiáng)度和剛度，滿足基床層雙指標(biāo)控制的要求，使基床不易變形，確?；驳姆€(wěn)定。

3.1.6 接近溶洞頂板層 主要是溶洞部分人工難以搗固的范圍（距頂板以下1.2 m內(nèi)）采用M7.5漿砌片石，砌筑密貼于頂板。并對填塞漿砌片石處采取鉆孔注漿加固，以保證密實。注漿水泥采用42.5級普通水泥，水灰比1：1。注漿壓力根據(jù)砌筑情況采用0.3～0.8 MPa，最大不超過1.2 MPa。

3.2 振搗碾壓由于溶腔內(nèi)不具備使用大型碾壓設(shè)備的條件，填筑密實度的控制采用小型振搗設(shè)備及小型碾壓設(shè)備完成。施工時，振搗碾壓的參數(shù)匹配（如振搗遍數(shù)、振擊點的間距及影響范圍等）必須經(jīng)現(xiàn)場實驗，求得合理參數(shù)后再指導(dǎo)施工。振搗碾壓結(jié)束后，各層的密實度指標(biāo)必須滿足要求。每一分層須經(jīng)檢測達(dá)到規(guī)定要求后再進(jìn)行下一分層的填筑，并做好指標(biāo)檢測記錄。各填筑層密實度指標(biāo)要求：基底粘土層的地基系數(shù)K30＞150 MPa/m；拋填片石層K30＞150 MPa/m；塊石土層K30＞130 MPa/m；碎石土層K30＞120 MPa/m，孔隙率n＜32%；路基基床底層K30≥120 MPa/m，n＜31%，基床表層K30≥150 MPa/m，n＜28%〔1〕。

3.3 沉降觀測

3.3.1 路基沉降觀測規(guī)定 路基填筑施工結(jié)束鋪軌開始后，必須觀測路基工后沉降，檢查填筑效果。一般持續(xù)觀測 6～12個月，沉降速率≤5 cm/a〔1〕才能滿足要求。由于該溶洞屬超高路基填筑，填方量大（約10.2萬m3），采用的觀測期為12個月。

3.3.2 溶洞實測沉降結(jié)果 該溶洞于2008年6月施工結(jié)束，2009年5月開始在該段路基面上鋪軌，同時進(jìn)行沉降觀測。主要做法是，在溶洞范圍以外的隧道內(nèi)建立穩(wěn)定水準(zhǔn)點，于溶洞填筑段內(nèi)路基兩側(cè)路肩上各設(shè)置3個沉降觀測樁，共6個觀測點，持續(xù)觀測至2010年4月，計12個月，監(jiān)測結(jié)果為年沉降量5 mm，遠(yuǎn)小于鐵路路基工后沉降的要求。

4 結(jié)束語

田德鐵路隴外隧道溶洞經(jīng)回填處理后，經(jīng)歷了2個雨季，開通運(yùn)營后，路基工后沉降量小，線路狀態(tài)穩(wěn)定。這說明施工質(zhì)量符合設(shè)計要求，達(dá)到了溶洞的整治目的。

在巖溶地區(qū)，大規(guī)模建設(shè)鐵路容易遇到各式各樣的溶洞。隧道溶洞處理只要能認(rèn)真勘察分析、研究地質(zhì)情況，優(yōu)化比選整治方案，一定能找到切實可行的處理辦法，確保工程施工和設(shè)備后期運(yùn)營的安全。

〔1〕鐵道部.TB10001-2005鐵路路基設(shè)計規(guī)范〔S〕.北京：中國鐵道出版社，2005.