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摘要：破碎、渗水、溶洞是可溶性岩层隧道穿越断层带的常见现象。文章通过介绍田牛坪隧道穿越断层带的综合处理措施，重点提出了因地制宜的溶洞处理方法和疏排结合的岩溶水治理方案，为可溶性岩层隧道穿越断层带提供了施工经验。
关键词：溶洞渗水隧道
中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：
前言
断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造，因此断层带岩体一般较破碎，裂隙较发育，地下水与地表水极易沿断层带形成泄水通道，故断层带内围岩一般赋水性较好；同时，可溶性岩石长期受地下水流的作用极易出现溶蚀作用，形成不同规模的溶洞。因此，破碎、渗水、溶洞是可溶性岩层隧道穿越断层带的常见现象。
1 田牛坪隧道概况
田牛坪隧道位于汝郴高速公路第20合同段，地处郴州市宜章县水落岱村，为分离式双车道隧道，左、右洞间距17~31m。左线起讫里程为ZK92+385~ZK94+665，长2280m；右线起讫里程YK92+385~YK94+645，长2260m。隧道出入口均位于曲线上，最小曲线半径1600m，隧道最大纵坡2.5%。隧道设计净宽10.25m、净高5.0m，隧道设计时速80Km/h。
隧道围岩以灰岩为主，中-厚层状，岩质较坚硬，Ⅲ类围岩占65%。设计地质资料显示，隧道穿越两条断层。断层一位于K93+440~+550，走向约为45°，断层倾角约75°，断层宽度约35~45m，沿断层走向地表上升泉呈串珠状发育，为含水断层；断层二位于K93+830~+950，走向约为65°，断层倾角约80°，断层宽度约30~40m，断层具压扭性，断层及影响带内岩体破碎。
2 隧道断层实际情况
根据隧道开挖揭示来看，隧道实际地质情况与设计地质情况基本吻合，隧道以灰岩为主，Ⅲ类围岩居多。左、右线隧道均穿越了两个断层带，分别是左线ZK93+430~+520，断层及影响带长90m；左线ZK93+860~+940，断层及影响带长80m；右线YK93+455~+530，断层及影响带长75m；右线YK93+880~+955，断层及影响带长75m。断层内岩溶发育现象明显，开挖过程中经常出现大小不等、形状各异、部位不同的中小型溶洞、溶槽、溶缝等。断层前、后两个影响带内岩体较完整，一般被几条缝宽4~8mm的裂隙所切割，地下水由裂隙内渗水，局部较宽裂隙线状出水，整个隧道断面表现为局部滲水，影响带内溶洞基本为无水或少水溶洞，填充型或半填充型居多。断层内岩体破碎，裂隙非常发育，围岩赋水性极好，隧道全断面宛如小雨般滴水，断层内溶洞基本为无填充型过水溶洞，溶洞内股状出水，其中溶洞出水量最大的约为25m3/h。
3 断层内岩溶处理原则
岩溶对隧道带来的危害主要有：(1)溶洞洞穴的存在使隧道全部或部分悬空，极大地降低了隧道的使用可靠度；(2)岩溶水，因其含有CO2 等可溶性物质，水的流通将给隧道结构带来极大的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；(3)洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴
周边的应力分布形态，影响隧道的稳定；(4)与地表有水力联系的岩溶，隧道中地下水流失，会导致隧道顶部地面塌陷沉降，导致环境地质被破坏，也是造成隧道结构不稳定的原因。
根据岩溶可能给隧道带来的危害，田牛坪隧道断层内岩溶的处理原则是：（1）溶洞以回填封闭为主，保证不影响隧道结构稳定；（2）岩溶水堵排结合，对流入隧道结构影响范围内的岩溶水实施封堵，影响范围外的岩溶水以疏排为主；（3）溶洞内堆积物适当加固，保证其不改变隧道围岩的力学性能；（4）对于与地表有水力联系的岩溶水，尽量不改变其径流方向和渗流路径，保持地下水的原始循环和贮存状态，从而减少地下水的流失，保证地表环境不被破坏。
4 隧道穿越断层的综合处理措施
4.1溶洞的处理
隧道穿越断层及影响带时，出现的溶洞基本分为三种类型，即无填充无水（少水）溶洞、有填充无水（少水）溶洞、无填充（少填充）过水溶洞。
（1）无填充无水（少水）溶洞
a、位于隧底及边墙的溶洞
位于隧底及边墙的无填充无水溶洞，采取回填封闭的措施。对于溶腔高度小于2m(隧底为4m)的溶洞，溶腔内全部采用M10浆砌片石回填；对于溶腔高度大于2m的边墙溶洞，采用M10浆砌片石封堵溶洞口，封堵厚度不小于2m，封堵时，在溶洞口每5~8m（隧道纵向）设置一处Φ80HDPE透水管与中心水沟相连，防止溶洞内后期有岩溶水流出（如图1）。对于溶腔高度大于4m的隧底溶洞，4m以下溶腔采用片石和碎石回填，4m以内溶腔采用M10浆砌片石回填（如图2）。
图1 边墙无填充无水溶洞 图2 隧底无填充无水溶洞
（溶腔高度大于2m）处理示意图（溶腔高度大于4m）处理示意图
b、位于拱顶的溶洞
位于拱顶的无填充无水溶洞，采用柔性封堵措施，具体方法为：在溶洞段设置格栅钢架或在溶洞口设置局部格栅钢架，在格栅钢架上挂设Φ12钢筋网片，再在钢筋网片上设置2.5m厚M10浆砌片石，浆砌片石上堆码砂袋，防止后期运营中，溶腔内散落物掉落损坏隧道结构。若溶腔高度小于3.0m，则直接用M10浆砌片石回填满，不再堆码砂袋。浆砌片石封堵时，在溶洞口每5~8m（隧道纵向）设置一处Φ80HDPE透水管与侧水沟相连，防止溶洞内后期有岩溶水流出（如图3）。
（2）有填充无水（少水）溶洞
有填充无水（少水）溶洞的处理方法为：将溶洞口一定范围内的填充物清除干净，即边墙不小于2m，隧底不小于4m，拱顶不小于3m;然后采用M10浆砌片石回填封闭；最后压注水泥浆液加固溶腔内填充物（如图4）。
注浆管采用Φ32热轧无缝钢管，每根长6m（溶腔高度小于6m的，长度随溶腔高度调整），钢管穿越填充物段按15cm间距交错设置注浆孔。注浆管从溶洞口穿过浆砌片石插入溶腔内。对于半填充溶洞，只在有填充物部分设置注浆管。注浆管梅花型布置，其间距根据溶洞内填充物类型调整。注浆材料采用水泥净浆，其配合比和注浆压力根据填充物类型来选择。田牛坪隧道溶洞注浆参数见表1。
表1田牛坪隧道有填充无水（少水）溶洞注浆参数表
图3 拱顶无填充无水溶洞 图4 有填充无水溶洞处理示意图
（溶腔高度大于3m）处理示意图
（3）无填充（少填充）过水溶洞
无填充（少填充）过水溶洞的处理是通过埋设排水管道将岩溶水引排至隧道中心排水沟，或与溶洞原排泄通道相连（对于岩溶泄水通道明确的），使有水溶洞变成无水溶洞，再按上述无填充无水（少水）溶洞的处理方法进行处理（如图5与图6）。
过水型溶洞优先采取接通原有泄水通道的方案，在设置排水管道前，须通过地质雷达全面扫描溶洞段地质情况，仔细确认原有岩溶水的排泄通道，避免误接泄水通道，影响止水效果。新建排水管道一方面应有较大的过水断面，另一方面应有一定的坡度，防止泥砂淤积。
图5溶洞水引排处理示意图一
图6溶洞水引排处理示意图二
4.2 局部渗水的处理
在断层影响带，围岩裂隙发育较少，地下水基本沿较大裂隙渗出，隧道表现为局部渗水，采取的处理措施为局部封堵。具体做法是沿着出水裂隙两侧钻孔注浆。在围岩表面距离出水裂隙1.0~1.5m 处，向出水裂隙钻斜孔，孔间距离控制在1.5~2.0 m 之间，裂隙两侧错位钻孔，钻孔深度应穿过出水岩层，将水引出。钻孔完毕后，安设Φ32mm的注浆花管，注浆管与钻孔深度同长，在孔内出水部位适当加密注浆管的开孔密度。注浆管顶进后，其外露长度不小于30cm,管口安装球阀，管外壁和孔壁之间的空隙用锚固剂填充，注浆管安设完毕后，采用Φ12mm钢筋进行挂网，将注浆管焊成整体，然后喷混凝土2O cm作为止浆墙。
注浆浆液采用水泥浆液，注浆时，浆液浓度分级加浓，注浆压力分级升高。一般分为三个阶段，第一阶段浆液水灰比采用1.5:1，注浆压力采用0.5MPa,吸浆量低于60L/min时，稳定2min升至第二阶段；第二阶段浆液水灰比采用1:1，注浆压力采用0.8MPa,吸浆量低于30L/min时，稳定2min升至第三阶段；浆液水灰比采用0.5:1，注浆压力采用1.0MPa,吸浆量低于15L/min时，稳定2min终止注浆。若某阶段压浆时间超过20min,但吸浆量未达到终止标准时，采用间歇压浆或适当加入超细砂。
4.3 大面积渗漏的处理
在断层带中，岩体破碎，裂隙发育，围岩赋水性极好，隧道表现为全断面大面积渗水，采取的处理措施为全断面径向注浆封堵。
由于围岩破碎，自稳能力差，径向注浆堵水在隧道初期支护完成后再进行，以隧道纵向6m作为一止水单元进行径向注浆。
径向注浆孔环向间距0.8m，纵向间距1.0m，遇到明显出水点，注浆孔位置适当调整，使孔位尽量位于出水点处。注浆钢花管采用Φ32热轧无缝钢管，尾部管口段0.6m长钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径8mm。采用长短管间隔的布置形式，长管长5.5m,短管长3.5m。
钻孔机械采用小型液压钻机，为缩短钻孔时间，采用多机同时作业。钻孔完毕后，进行掏孔检查。在确认没有塌孔或探头石的情况下进行下管。注浆管顶进后，外露长度不小于30cm，管口安装球阀，管外壁和孔壁之间的空隙用锚固剂填充。
注浆材料采用水泥-水玻璃双液注浆。每止水单元的钻孔完成后，从不同部位选择5~8个钻孔做压水试验，测试出围岩的吸水率，根据围岩吸水率選择不同的浆液配比和注浆压力。田牛坪隧道径向注浆参数见表2。
表2田牛坪隧道径向注浆参数表
注浆从拱顶顺序向下压注，采取间歇压浆方式，每注浆5min,间歇2min；当吸浆量低于15L/min时稳定5min终止压浆。
4.4其他处理措施
田牛坪隧道穿越断层及影响带时，除对溶洞及岩溶渗水采取相应的措施外，隧道掘进过程中严格执行“超前钻、短开挖、弱爆破、紧封闭、强支护、勤量测”方针，同时严格按设计要求及时做好初期支护。
5 结语
田牛坪隧道穿越断层带的综合处理措施为可溶性岩层隧道穿越断层带施工提供了几点启示。
第一，岩溶水堵排结合、以疏为主，尽量不改变岩溶水的径流和渗流路径，堵住对隧道结构造成影响的岩溶水。
第二，溶洞处理须因地制宜，无填充无水型溶洞采取“封堵回填”的措施，有填充无水型溶洞采取“封堵回填+注浆加固填充物”的措施，无填充过水溶洞采取“泄水+封堵回填”措施。
第三，隧道围岩渗水以注浆封堵为主，局部渗水局部注浆，全断面渗水全断面径向注浆。
第四，可溶性岩层隧道穿越断层时，突水涌泥发生的概率较大，必须重视超前预报工作，并做好突水涌泥的应急预案。
参考文献：
【1】铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册-隧道.中国铁道出版社.1995
【2】黄鸿健，张民庆. 宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水施工技术.现代隧道技术报.2009.9第46卷
【3】赵玉龙.云雾山隧道“ +260”高压富水充填溶洞综合治理.铁道勘察与设计.2010（1）
【4】厦门至成都国家高速公路湖南省汝城至郴州公路田牛坪隧道设计图.湖南省交通规划勘察设计院.2008年8月
关键词：溶洞渗水隧道
中图分类号：U45文献标识码：A文章编号：
前言
断层是地壳岩层因受力达到一定强度而发生破裂，并沿破裂面有明显相对移动的构造，因此断层带岩体一般较破碎，裂隙较发育，地下水与地表水极易沿断层带形成泄水通道，故断层带内围岩一般赋水性较好；同时，可溶性岩石长期受地下水流的作用极易出现溶蚀作用，形成不同规模的溶洞。因此，破碎、渗水、溶洞是可溶性岩层隧道穿越断层带的常见现象。
1 田牛坪隧道概况
田牛坪隧道位于汝郴高速公路第20合同段，地处郴州市宜章县水落岱村，为分离式双车道隧道，左、右洞间距17~31m。左线起讫里程为ZK92+385~ZK94+665，长2280m；右线起讫里程YK92+385~YK94+645，长2260m。隧道出入口均位于曲线上，最小曲线半径1600m，隧道最大纵坡2.5%。隧道设计净宽10.25m、净高5.0m，隧道设计时速80Km/h。
隧道围岩以灰岩为主，中-厚层状，岩质较坚硬，Ⅲ类围岩占65%。设计地质资料显示，隧道穿越两条断层。断层一位于K93+440~+550，走向约为45°，断层倾角约75°，断层宽度约35~45m，沿断层走向地表上升泉呈串珠状发育，为含水断层；断层二位于K93+830~+950，走向约为65°，断层倾角约80°，断层宽度约30~40m，断层具压扭性，断层及影响带内岩体破碎。
2 隧道断层实际情况
根据隧道开挖揭示来看，隧道实际地质情况与设计地质情况基本吻合，隧道以灰岩为主，Ⅲ类围岩居多。左、右线隧道均穿越了两个断层带，分别是左线ZK93+430~+520，断层及影响带长90m；左线ZK93+860~+940，断层及影响带长80m；右线YK93+455~+530，断层及影响带长75m；右线YK93+880~+955，断层及影响带长75m。断层内岩溶发育现象明显，开挖过程中经常出现大小不等、形状各异、部位不同的中小型溶洞、溶槽、溶缝等。断层前、后两个影响带内岩体较完整，一般被几条缝宽4~8mm的裂隙所切割，地下水由裂隙内渗水，局部较宽裂隙线状出水，整个隧道断面表现为局部滲水，影响带内溶洞基本为无水或少水溶洞，填充型或半填充型居多。断层内岩体破碎，裂隙非常发育，围岩赋水性极好，隧道全断面宛如小雨般滴水，断层内溶洞基本为无填充型过水溶洞，溶洞内股状出水，其中溶洞出水量最大的约为25m3/h。
3 断层内岩溶处理原则
岩溶对隧道带来的危害主要有：(1)溶洞洞穴的存在使隧道全部或部分悬空，极大地降低了隧道的使用可靠度；(2)岩溶水，因其含有CO2 等可溶性物质，水的流通将给隧道结构带来极大的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；(3)洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴
周边的应力分布形态，影响隧道的稳定；(4)与地表有水力联系的岩溶，隧道中地下水流失，会导致隧道顶部地面塌陷沉降，导致环境地质被破坏，也是造成隧道结构不稳定的原因。
根据岩溶可能给隧道带来的危害，田牛坪隧道断层内岩溶的处理原则是：（1）溶洞以回填封闭为主，保证不影响隧道结构稳定；（2）岩溶水堵排结合，对流入隧道结构影响范围内的岩溶水实施封堵，影响范围外的岩溶水以疏排为主；（3）溶洞内堆积物适当加固，保证其不改变隧道围岩的力学性能；（4）对于与地表有水力联系的岩溶水，尽量不改变其径流方向和渗流路径，保持地下水的原始循环和贮存状态，从而减少地下水的流失，保证地表环境不被破坏。
4 隧道穿越断层的综合处理措施
4.1溶洞的处理
隧道穿越断层及影响带时，出现的溶洞基本分为三种类型，即无填充无水（少水）溶洞、有填充无水（少水）溶洞、无填充（少填充）过水溶洞。
（1）无填充无水（少水）溶洞
a、位于隧底及边墙的溶洞
位于隧底及边墙的无填充无水溶洞，采取回填封闭的措施。对于溶腔高度小于2m(隧底为4m)的溶洞，溶腔内全部采用M10浆砌片石回填；对于溶腔高度大于2m的边墙溶洞，采用M10浆砌片石封堵溶洞口，封堵厚度不小于2m，封堵时，在溶洞口每5~8m（隧道纵向）设置一处Φ80HDPE透水管与中心水沟相连，防止溶洞内后期有岩溶水流出（如图1）。对于溶腔高度大于4m的隧底溶洞，4m以下溶腔采用片石和碎石回填，4m以内溶腔采用M10浆砌片石回填（如图2）。
图1 边墙无填充无水溶洞 图2 隧底无填充无水溶洞
（溶腔高度大于2m）处理示意图（溶腔高度大于4m）处理示意图
b、位于拱顶的溶洞
位于拱顶的无填充无水溶洞，采用柔性封堵措施，具体方法为：在溶洞段设置格栅钢架或在溶洞口设置局部格栅钢架，在格栅钢架上挂设Φ12钢筋网片，再在钢筋网片上设置2.5m厚M10浆砌片石，浆砌片石上堆码砂袋，防止后期运营中，溶腔内散落物掉落损坏隧道结构。若溶腔高度小于3.0m，则直接用M10浆砌片石回填满，不再堆码砂袋。浆砌片石封堵时，在溶洞口每5~8m（隧道纵向）设置一处Φ80HDPE透水管与侧水沟相连，防止溶洞内后期有岩溶水流出（如图3）。
（2）有填充无水（少水）溶洞
有填充无水（少水）溶洞的处理方法为：将溶洞口一定范围内的填充物清除干净，即边墙不小于2m，隧底不小于4m，拱顶不小于3m;然后采用M10浆砌片石回填封闭；最后压注水泥浆液加固溶腔内填充物（如图4）。
注浆管采用Φ32热轧无缝钢管，每根长6m（溶腔高度小于6m的，长度随溶腔高度调整），钢管穿越填充物段按15cm间距交错设置注浆孔。注浆管从溶洞口穿过浆砌片石插入溶腔内。对于半填充溶洞，只在有填充物部分设置注浆管。注浆管梅花型布置，其间距根据溶洞内填充物类型调整。注浆材料采用水泥净浆，其配合比和注浆压力根据填充物类型来选择。田牛坪隧道溶洞注浆参数见表1。
表1田牛坪隧道有填充无水（少水）溶洞注浆参数表
图3 拱顶无填充无水溶洞 图4 有填充无水溶洞处理示意图
（溶腔高度大于3m）处理示意图
（3）无填充（少填充）过水溶洞
无填充（少填充）过水溶洞的处理是通过埋设排水管道将岩溶水引排至隧道中心排水沟，或与溶洞原排泄通道相连（对于岩溶泄水通道明确的），使有水溶洞变成无水溶洞，再按上述无填充无水（少水）溶洞的处理方法进行处理（如图5与图6）。
过水型溶洞优先采取接通原有泄水通道的方案，在设置排水管道前，须通过地质雷达全面扫描溶洞段地质情况，仔细确认原有岩溶水的排泄通道，避免误接泄水通道，影响止水效果。新建排水管道一方面应有较大的过水断面，另一方面应有一定的坡度，防止泥砂淤积。
图5溶洞水引排处理示意图一
图6溶洞水引排处理示意图二
4.2 局部渗水的处理
在断层影响带，围岩裂隙发育较少，地下水基本沿较大裂隙渗出，隧道表现为局部渗水，采取的处理措施为局部封堵。具体做法是沿着出水裂隙两侧钻孔注浆。在围岩表面距离出水裂隙1.0~1.5m 处，向出水裂隙钻斜孔，孔间距离控制在1.5~2.0 m 之间，裂隙两侧错位钻孔，钻孔深度应穿过出水岩层，将水引出。钻孔完毕后，安设Φ32mm的注浆花管，注浆管与钻孔深度同长，在孔内出水部位适当加密注浆管的开孔密度。注浆管顶进后，其外露长度不小于30cm,管口安装球阀，管外壁和孔壁之间的空隙用锚固剂填充，注浆管安设完毕后，采用Φ12mm钢筋进行挂网，将注浆管焊成整体，然后喷混凝土2O cm作为止浆墙。
注浆浆液采用水泥浆液，注浆时，浆液浓度分级加浓，注浆压力分级升高。一般分为三个阶段，第一阶段浆液水灰比采用1.5:1，注浆压力采用0.5MPa,吸浆量低于60L/min时，稳定2min升至第二阶段；第二阶段浆液水灰比采用1:1，注浆压力采用0.8MPa,吸浆量低于30L/min时，稳定2min升至第三阶段；浆液水灰比采用0.5:1，注浆压力采用1.0MPa,吸浆量低于15L/min时，稳定2min终止注浆。若某阶段压浆时间超过20min,但吸浆量未达到终止标准时，采用间歇压浆或适当加入超细砂。
4.3 大面积渗漏的处理
在断层带中，岩体破碎，裂隙发育，围岩赋水性极好，隧道表现为全断面大面积渗水，采取的处理措施为全断面径向注浆封堵。
由于围岩破碎，自稳能力差，径向注浆堵水在隧道初期支护完成后再进行，以隧道纵向6m作为一止水单元进行径向注浆。
径向注浆孔环向间距0.8m，纵向间距1.0m，遇到明显出水点，注浆孔位置适当调整，使孔位尽量位于出水点处。注浆钢花管采用Φ32热轧无缝钢管，尾部管口段0.6m长钢管不开孔，其余部分按15cm间距交错设置注浆孔，孔径8mm。采用长短管间隔的布置形式，长管长5.5m,短管长3.5m。
钻孔机械采用小型液压钻机，为缩短钻孔时间，采用多机同时作业。钻孔完毕后，进行掏孔检查。在确认没有塌孔或探头石的情况下进行下管。注浆管顶进后，外露长度不小于30cm，管口安装球阀，管外壁和孔壁之间的空隙用锚固剂填充。
注浆材料采用水泥-水玻璃双液注浆。每止水单元的钻孔完成后，从不同部位选择5~8个钻孔做压水试验，测试出围岩的吸水率，根据围岩吸水率選择不同的浆液配比和注浆压力。田牛坪隧道径向注浆参数见表2。
表2田牛坪隧道径向注浆参数表
注浆从拱顶顺序向下压注，采取间歇压浆方式，每注浆5min,间歇2min；当吸浆量低于15L/min时稳定5min终止压浆。
4.4其他处理措施
田牛坪隧道穿越断层及影响带时，除对溶洞及岩溶渗水采取相应的措施外，隧道掘进过程中严格执行“超前钻、短开挖、弱爆破、紧封闭、强支护、勤量测”方针，同时严格按设计要求及时做好初期支护。
5 结语
田牛坪隧道穿越断层带的综合处理措施为可溶性岩层隧道穿越断层带施工提供了几点启示。
第一，岩溶水堵排结合、以疏为主，尽量不改变岩溶水的径流和渗流路径，堵住对隧道结构造成影响的岩溶水。
第二，溶洞处理须因地制宜，无填充无水型溶洞采取“封堵回填”的措施，有填充无水型溶洞采取“封堵回填+注浆加固填充物”的措施，无填充过水溶洞采取“泄水+封堵回填”措施。
第三，隧道围岩渗水以注浆封堵为主，局部渗水局部注浆，全断面渗水全断面径向注浆。
第四，可溶性岩层隧道穿越断层时，突水涌泥发生的概率较大，必须重视超前预报工作，并做好突水涌泥的应急预案。
参考文献：
【1】铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册-隧道.中国铁道出版社.1995
【2】黄鸿健，张民庆. 宜万铁路隧道工程岩溶及岩溶水施工技术.现代隧道技术报.2009.9第46卷
【3】赵玉龙.云雾山隧道“ +260”高压富水充填溶洞综合治理.铁道勘察与设计.2010（1）
【4】厦门至成都国家高速公路湖南省汝城至郴州公路田牛坪隧道设计图.湖南省交通规划勘察设计院.2008年8月