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灰岩地区隧洞施工中贯穿溶洞的处理技术

文档作者：武兰珍崔远鹏文档来源： 1甘肃农业大学水利水电工程学院 2中国水电建设集团十五工程局有限公司		点击数：	更新时间： 2025年04月26日
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第54卷第6期甘肃水利水电技术V01．54，No．6
20 l 8年6月GANsu wAT腿REs0IIRcEs AND HYDROPowERⅡcI矾OLoGY Jun．，201 8
DOI：10．19645，j．issn2095—0144．2018．06．叭5
灰岩地区隧洞施工中贯穿溶洞的处理技术
武兰珍·。崔远鹏z
(1甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州730070；
2中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西西安710000)
摘要：地下洞室施工往往需要面对复杂的地质条件，在我国广西及贵州大部分地区，地层主要有二叠系和第四系，二叠
系下统岩性以灰岩、白云岩及白云质灰岩为主，导致地下岩溶较为发育，施工中容易遇到断层、空腔、溶洞及暗河，对勘
测设计及施工带来较大的挑战。溶洞施工中合理的研判溶洞类型，细致的研究施工设计及方法，可以避免不当的施工方
案而导致的质量及安全事故，减少经济损失。通过对广西桂中治旱乐滩水库引水灌区二期工程古风一高镜隧洞单项工程
主洞G2+613处溶洞引起的地质塌陷的分析处理，旨在为类似的地质问题提供相关经验，确保工程的顺利进行。
关键词：隧洞；溶洞；处理
中图分类号：Tv554+．3 文献标志码：A 文章编号：2095一叭44(2018)06—0062—04
1工程概况
1．1工程基本情况
广西桂中治旱乐滩水库引水灌区工程属大(2)
型灌区，为Ⅱ等工程，属国家重点项目，二期工程建
设南干渠灌片，设计灌溉面积为74．11万亩(其中新
增灌溉面积38万亩)，为沿线59．5万乡镇及农村人
口生活提供供水水源。古风一高镜隧洞为3级建筑
物，位于乐滩水库引水灌区二期工程南干渠的中
部．红水河沿线附近，进口设计引水流量为31．72
m3／s，输水线路总长7 560 m。隧洞进口水面线高程
102．99 m，底高程为99．0l m，出口处水面线高程
101．17 m，底板高程为97．19 m，底坡为1“200。按
无压隧洞设计，城门洞形，成型断面底宽为5．3 m，
高5．92 m。
1．2地形地貌及水文地质条件
古风一高镜隧洞总体走向为南北向，所在山体
为岩溶峰丛地貌，岩溶洼地和落水洞众多。整体地势
西侧高、东侧低，山体地形较平缓，隧洞沿线山体自
然坡度15。一25。。隧洞位于峰丛洼地边缘，地势
西高东低，地下水位整体由西北经过隧洞流向东南
侧，与隧洞大角度相交，隧洞洞身段位于地下水活动
强烈变化带内。隧洞西侧山体雄厚，岩溶洼地众多，
汇水面积较大，岩溶水丰富，枯水季节地下水位高于
隧洞顶，施工时可能出现大量涌水和涌泥现象。
由于本隧洞位于山区向合山盆地过渡区域，碳
酸盐岩类广泛存在，本区岩溶极为发育，落水洞及暗
河众多，水文地质条件极其复杂。隧洞开挖过程中存
在涌水或突泥的可能性大，危害性大，且岩溶发育随
机性强，岩溶管道与地下暗河联通关系复杂，与隧洞
交叉关系难以明确。
2溶洞处理过程风险分析
古风一高镜隧洞采用人工钻爆法施工，利用光
面爆破技术，采用新奥法施工，因受隧洞断面较小的
限制，采用先开挖加初期支护，之后在隧洞贯通后进
行全断面二衬混凝土加固施工的方式。在隧洞掘进
至桩号G2+604处时拱脚位置出现溶洞，溶洞顶部
岩石较为破碎，结合隧洞超前地质预报的相关成果，
确定按照正常V类围岩的支护方式进行，具体支护
方式为：采用短进尺、弱爆破，每一个爆破循环不超
过70 cm；出渣排险后，进行118工字钢立钢拱架
(间距为原设计宽度60 cm)，在溶洞处拱架背部立
石棉瓦(便于喷混凝土的依附)；之后在未受溶洞影
响的尺寸围岩断面内进行锚杆施工(锚杆为西25，
@60 cm，￡=4 m，梅花形布置)；随后进行全断面挂钢
筋网(咖8，@20 cm×20 cm)；最后进行喷c20混凝
土厚度22 cm进行支护。根据原设计安排计划完成
收稿日期：2018—04—20
作者简介：武兰珍(1986一)，女，甘肃兰州入，工程师，硕士，主要从事水利工程教学工作，E—mail：376372326@qq．com。
通信作者：崔远鹏(1986一)，男，辽宁本溪人，工程师，学士，主要从事水利水电施工，E—mail：376372326@qq．com。
·62·
万方数据
第6期武兰珍，等：灰岩地区隧洞施工中贯穿溶洞的处理技术第54卷
10 m后进行，溶洞回填c20混凝土，厚度3 m。然
而在施工至G2+621处时，恰逢降雨，施工观测人员
发现G2+617～G2+621范围内，拱顶观测点出现下
沉现象，且拱脚处多出拱架外突，拱顶及边墙喷混凝
土出现多处缝宽为1 cm的裂缝，随即发出预警，停
止施工，人员及设备全部撤离，5 h后随着降雨的加
强G2+619～G2+621拱架全部坍塌，大量坍塌体从
溶洞处涌出至G2+604处，所幸未造成人员伤亡。
风险因素分析：①安全风险，本次溶洞坍塌因预
警及时未造成人员及设备损失，但引起了各参建单
位的高度重视，后续施工中必须提高安全系数；②技
术风险，本次溶洞事件因预判不足，可以分析出是由
于受强降雨影响及支护强度不够而导致的，为下一
步的技术处理提出了更高的要求；③成本控制风险，
G2+613～G2+621段，部分拱架倒塌，因涌泥的强大
作用，初期支护基本被毁，导致了二次施工的成本增
加；④工期风险，该洞段作为开挖施工的一个掌子
面，短期的停工在所难免，需要重新提出技术处理方
案，并待塌方体稳定后再行处置。
3溶洞处理措施
3．1溶洞情况分析
设计专家通过对施工过程记录的查阅，对塌方
体组成进行分析，并组织人员观察溶洞上方周边范
围的地表情况。最终认定该溶洞为贯穿斜向上发育，
从G2+604左侧底板至拱顶中心偏左1 m处，往掌
子面(桩号G2+621处)方向斜向上延伸，溶洞可见，
高度大于10 m；目前隧洞埋深约110 m，正上方地
表为一小洼地，溶洞出现坍塌后，地表出现明显沉
降，故推测该溶洞向上延伸至地表；底板及左侧边墙
下方6 m的范围均为溶洞充填物，以泥质碎石及块
石为主，胶结性差，溶洞多次坍塌形成空腔，溶洞内
残留的松散坍塌提以碎石、黏土、碎石、块石组成，最
大粒径为2．5 m。因灰岩地区溶洞纵横交错，地质条
件复杂，受降雨影响较大，必须进一步提高加强支护
方式措施进行施工。
3．2溶洞上方地表塌陷处理
地表塌陷天坑需要在四周开挖排水沟(尺寸为
30 cm×30 cm)，避免坡面汇水进入坍塌天坑，同时
需要在周边做好警示标注及简易围挡，避免造成外
来人员或牲畜进入天坑。坍塌天坑待洞内衬砌完成
后进行回填处理填土高度高于周边地面80。100
cm，做好沉降观测点，每3天记录一次。经过3次降
雨后且沉降稳定后，对天坑进行平整，在排水沟范围
内进行浇筑c10混凝土厚度20 cm，同时做好观测
点，每周进行一次数据量测，确保天坑稳定。
3．3溶洞处理施工技术
(1)首先清理洞内的崩塌体，然后采用垫渣回填
到G2+613处形成施工平台，即从隧洞底板以10％
的坡度回填洞渣到距离顶拱3 m、距离掌子面6 m
处形成施工平台，施工平台长6 m，在距离掌子面3
m处起堆砌沙包至拱顶，堆砌坡度1：0．5，然后在施
工平台处进行溶洞灌浆处理。
(2)通过预埋DⅣ300灌浆管灌注1：2水泥砂浆
(水泥砂浆配合比可根据施工现场实际情况实验后
确定，原则上砂量不宜大于水泥重量的200％)充填，
最终灌浆压力控制在l MPa左右，当灌注率不大于
0．4‰in，继续灌注30 min，灌浆可以结束。
(3)G2+604向掌子面进行固结灌浆，利用钢花
管(西89，6=6，￡=10000，管壁每隔500 mm钻梅花形
散浆眼，孔径为10—18 mm)进行固结灌浆；固结灌
浆可采用循环式灌浆法，灌注浆液为水泥浆，水灰比
初步建议为0．8：1、0．6：1、O．5：1(重量级)三个比
级，施工时由现场试验确定；G2+611以后超前固结
灌浆的灌浆压力为1．5 MPa左右，径向固结灌浆的
灌浆压力控制在0．4～1 MPa，当灌浆压力达到设计
要求且注入率不大于0．4 L／min时，继续灌注30
min，灌浆结束。
(4)随后进行洞内大管棚施工，在桩号G2+611的
顶拱120。范围增设大管棚西89@500(6=6，L=20 000，
外倾角为60)，管棚内灌注水泥浆，水灰比为l：1，灌
浆压力为0．3。0．5 MPa。处理方式如图1所示。
(5)开挖及支护施工，施工平台拆除后，进行
G2+613后开挖施工，开挖进尺必须控制在30～40
cm以内；随后立刻对左侧溶洞塌方体采用15 cm
厚C25喷射混凝土进行封闭，喷射时先将低洼处大
致喷平，在自下而上顺序分层、往复喷射，分层喷射
按先喷7 cm厚，待前一层终凝后进行喷射，之后进
行钢拱架支护(间距30 cm)，管式注浆锚杆(婵2，
L=4 m相间布置)、挂网、喷护施工。
(6)施工至G2+621时，采用地质预报技术及超
·63·
万方数据
2018年第6期甘肃水利水电技术第54卷
前钻探技术结合，分析前方溶洞位置情况，继续采用
上述工序循环施工，至G2+633处溶洞段结束。
(7)溶洞施工段结束后，继续施工至G2+640处，
立即对G2+604。G2+640段进行全段面钢筋混凝土衬
砌，停IE该掌子面的施工作业，从下游支洞口往上游段
施工至G2+640。具体的开挖支护方趟口图2所示。
，
岩溶向上发育延伸，推测， 蚕瓣滕鋈影7伞llom，地表为一小洼地，现已， ▲
出现明显沉降7 l
溶洞边缘线
／
————<溶洞 _x005F_x00B7_64·="·64·" 图1处理方式="图1处理方式" 图2开挖支护方式="图2开挖支护方式" 导n_="导n_" 万方数据="万方数据" _x005F_x0034_处理过程中的要点="4处理过程中的要点" h进行测量观="h进行测量观" _x005F_x0035_结语="5结语" 通过对广西桂中治旱工程古风一高镜隧洞施="通过对广西桂中治旱工程古风一高镜隧洞施" _x005F_x0037_="7" 在600="在600" _x005F_x0031_088Dc型超深反井钻机在="1088Dc型超深反井钻机在"></溶洞>

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