談鐵路隧道工程巖溶段處理技術(shù)

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摘要：鐵路隧道巖溶段施工情況相對(duì)復(fù)雜，易出現(xiàn)質(zhì)量安全問題。巖溶段處理技術(shù)不僅對(duì)隧道施工質(zhì)量至關(guān)重要，還可以確保隧道施工安全和列車運(yùn)行安全?；诖耍恼陆Y(jié)合山西中南部鐵路通道（瓦日鐵路）項(xiàng)目西鐵車2號(hào)隧道施工中的實(shí)際情況，在解釋巖溶施工與處理原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究了巖溶地段施工與處理技術(shù)在鐵路隧道工程中的具體應(yīng)用。分析結(jié)果表明，處理巖溶斷面的方法很多，不同的方法有其獨(dú)特的適用范圍，因此為了保證治理效果，確保鐵路隧道施工安全，有必要結(jié)合具體特征選擇合適的治理方法。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；巖溶段；處理技術(shù)

巖溶是一種由地表水和地下水，化學(xué)侵蝕、機(jī)械侵蝕和可溶性巖層沉積引起的地質(zhì)現(xiàn)象。修建鐵路隧道時(shí)經(jīng)常發(fā)生巖溶斷面，在部分或全部結(jié)構(gòu)的施工中，對(duì)隧道施工的影響尤為明顯，不但會(huì)降低圍巖的使用可靠性，而且會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生負(fù)面影響，帶來更大的困難和隱藏的安全風(fēng)險(xiǎn)。確保巖溶斷面施工的安全性和可靠性是處理巖溶斷面時(shí)急需解決的問題。如果巖溶位于鐵路隧道的上方或側(cè)面，處理難度較低；如果巖溶位于隧道的底部，則處理難度較大，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪詽M足隧道基礎(chǔ)的承載能力要求，并確保列車運(yùn)行的安全性?？梢?，對(duì)鐵路隧道巖溶段的施工處理技術(shù)進(jìn)行研究至關(guān)重要。

1工程概述

山西中南部鐵路通道（瓦日鐵路）項(xiàng)目西鐵車2號(hào)隧道起訖里程為DK1076+119～DK1083+970，全長(zhǎng)7851m，隧道最大埋深約234m，最小埋深約27m。該隧道穿越花崗巖、灰?guī)r和灰?guī)r夾頁巖，部分地段斷裂構(gòu)造較發(fā)育，且規(guī)模大、延伸遠(yuǎn)，斷裂構(gòu)造帶水文地質(zhì)條件復(fù)雜。部分隧道洞身沿?cái)嗔褞r溶發(fā)育，對(duì)工程的影響程度較大，施工中存在巖溶水突水、圍巖坍塌等風(fēng)險(xiǎn)。該隧道縱向從魯村巖溶盆地西側(cè)區(qū)域通過。魯村巖溶盆地南北及西邊界被太古界泰山群所圈圍，東部則以北東向延展的斷裂為邊界，形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的巖溶水文地質(zhì)單元。隧道DK1077+900～DK1078+000段、DK1080+900～DK1081+000段、DK1082+250～DK1082+350段經(jīng)過灰?guī)r區(qū)巖溶發(fā)育段，風(fēng)險(xiǎn)較大，必須采取有效的處理措施。

2隧道巖溶處理原理

在該項(xiàng)目的巖溶處理中，為盡量減少處理困難，確保處理質(zhì)量，避免不必要的安全隱患，必須嚴(yán)格遵循“認(rèn)清形勢(shì)、因地制宜、消除水患、綜合治理”的原則，需提前了解巖溶區(qū)域的規(guī)模、巖溶等級(jí)、地質(zhì)和水文條件等情況。在巖溶相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域，應(yīng)盡可能保留巖溶和地下河道，嚴(yán)禁任意封堵。另外，為了防止水和泥漿進(jìn)入巖溶區(qū)，必須事先清楚地識(shí)別出孔洞，并準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備以確保施工安全。總體而言，隧道巖溶應(yīng)采用廣泛的截流、堵塞和排水處理方法。

3鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)

3.1巖溶洞穴治理技術(shù)

隧道洞穴中的巖溶剖面位置不同，則使用的處理方法也不同，西鐵車2號(hào)隧道中的巖溶洞穴主要體現(xiàn)在拱腰部、邊墻部和底部的小溶洞，其加固處理方法如圖1所示。（1）巖溶位于隧道的拱腰部。當(dāng)巖溶位于隧道的拱腰部時(shí)有很多處理技術(shù)可運(yùn)用，例如回填法、拱形防護(hù)+緩沖層法、拱形防護(hù)+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)法、柱支撐法等，這些方法均可以有效解決隧道拱形巖溶問題。其中，回填法適用于在拱頂上方發(fā)育的規(guī)模較小的溶洞，如無水腔或半充填的小溶洞；拱形防護(hù)+緩沖層法適用于巖溶洞穴，如在拱頂上方有一個(gè)小型巖溶洞穴或?qū)挾容^窄的巖溶洞穴的情況；拱形防護(hù)+緩沖層+噴射錨網(wǎng)防護(hù)法適用于各種巖溶洞穴，但需巖溶洞穴的頂部在巖溶處理方面具有更好的穩(wěn)定性；柱支撐法適用于巖溶洞穴的較大垂直發(fā)育區(qū)域，要求巖溶洞穴的頂部在隧道拱頂上方10m。西鐵車2號(hào)隧道中處理拱腰部小溶洞經(jīng)常采用的方法是回填C10混凝土。（2）巖溶位于隧道的邊墻部。當(dāng)巖溶位于隧道的邊墻部時(shí)，可以采用漿砌片石支護(hù)法、擋土墻支頂法進(jìn)行處理。其中，漿砌片石支護(hù)法適用于無水腔或半充填的小溶洞；擋土墻支頂法適用于處理范圍有限的水下巖溶的洞穴或相對(duì)較大巖溶發(fā)育的洞穴。西鐵車2號(hào)隧道中處理邊墻部小溶洞經(jīng)常采用的方法是M7.5漿砌片石支護(hù)法。（3）巖溶位于隧道的底部。當(dāng)巖溶位于隧道的底部時(shí)，可以使用回填置換法、鋼管群樁法、板梁交叉法等。其中，回填置換法適用于隧道底部小溶洞或半填滿的巖溶洞穴；鋼管群樁法適用于隧道底部尺寸為10m×15m的巖溶洞穴；板梁交叉法適合在隧道底部建造大型填充洞室，其復(fù)合基礎(chǔ)具有足夠的承重能力，可以滿足鐵路建設(shè)對(duì)基礎(chǔ)承重的要求。西鐵車2號(hào)隧道中處理底部小溶洞經(jīng)常采用的方法是回填M7.5漿砌片石。

3.2隧道巖溶段地下水處理

（1）超前預(yù)測(cè)。為了避免在巖溶段的處理過程中發(fā)生水災(zāi)和淤積，可將地質(zhì)分析、鉆探、高級(jí)試驗(yàn)坑等方法結(jié)合使用，因?yàn)橹皇褂靡环N預(yù)測(cè)方法可能具有局限性，無法保證預(yù)測(cè)精度。通過組合幾種預(yù)測(cè)方法，可以彼此互補(bǔ)、相輔相成，并為以后的巖溶處理提供數(shù)據(jù)支持和指導(dǎo)。（2）設(shè)置暗溝。該隧道工程穿過許多空洞而沒有填滿，并且水全年都在底部流動(dòng)，為了避免鐵路建成后水流路徑的阻塞，可在隧道底部修建中央排水溝，以便巖溶洞穴中的水可以通過該溝排出。（3）設(shè)置側(cè)溝。為了確保水流的暢通，該隧道工程的巖溶處理中也采用了滲濾排水法，主要是將排水側(cè)溝設(shè)置在隧道的兩側(cè)，通過環(huán)向、縱向、橫向排水管連接，將山洞中的水引到側(cè)溝，然后將水排出隧道。

3.3洞室處理

巖溶洞穴的處理效果會(huì)對(duì)整個(gè)鐵路隧道工程產(chǎn)生重大影響。為了最大限度地發(fā)揮巖溶剖面的處理效果，該項(xiàng)目采用了一定的加固措施與穿越巖溶洞穴相結(jié)合的方法。該項(xiàng)目應(yīng)用于洞室的處理技術(shù)包括以下內(nèi)容：（1）擋土墻加固。首先清除所有填充物，然后用磚石墻支撐洞穴的頂部。如果下面有水流過，則必須增加1條通道來排出洞穴中的水。為了確保加固效果，必須在隧道的側(cè)壁、頂部保留檢查孔，并增加保護(hù)裝置，如保護(hù)鏈或圍欄。（2）用鋼架支撐頂部。對(duì)于深洞，使用鋼拱架或者格柵鋼架進(jìn)行加固。首先將鋼架的底部插入基巖或者設(shè)置鋼墊板，然后用鋼架頂部頂住基面，確保支撐具有整體性和穩(wěn)固性。（3）用棧橋穿過。棧橋底板由鋼筋混凝土底板梁組成，以支撐側(cè)壁。

3.4巖溶地區(qū)的隧道支護(hù)

在開挖具有較大裂縫的大型充填巖溶洞穴或進(jìn)行巖溶隧道施工時(shí)，通常使用預(yù)灌漿進(jìn)行阻水加固，也可以使用小型管道灌漿、大型管道棚、鋼框架支撐、超前錨桿、噴射混凝土墻以及鋼支撐等措施。

3.5巖溶地區(qū)開挖

巖溶段的開挖分為巖溶洞穴充填和巖溶裂縫開挖。巖溶地區(qū)的開挖方法應(yīng)與軟弱圍巖的隧道開挖相似。在開挖和爆破的過程中，要嚴(yán)格控制裝藥量，并采用微振動(dòng)控制爆破技術(shù)將填充物的破壞性降到最低，并及時(shí)支撐和封閉成環(huán)。

4結(jié)論

西鐵車2號(hào)隧道巖溶發(fā)育程度較高，處理工藝相對(duì)復(fù)雜多樣。通過超前預(yù)測(cè)，可以清楚地掌握隧道開挖前的巖溶剖面的地質(zhì)條件、水文條件和巖溶規(guī)模情況，然后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，確定針對(duì)性的巖溶處理方法，并采取安全措施，以高效、安全地進(jìn)行施工作業(yè)。巖溶的處理方法多種多樣，必須根據(jù)不同的條件選擇不同的處理技術(shù)。文章結(jié)合具體隧道工程實(shí)例，分析了鐵路隧道巖溶段的施工與處理技術(shù)。分析結(jié)果表明，巖溶斷面是鐵路建設(shè)中常見的地質(zhì)構(gòu)造，對(duì)鐵路隧道施工的安全性和后期作業(yè)的安全性影響較大，因此有必要結(jié)合巖溶地段的實(shí)際情況，選擇合適的處理技術(shù)，以減少巖溶地區(qū)對(duì)鐵路隧道工程的影響，確保所有工序都能有效、安全地進(jìn)行，促進(jìn)中國(guó)鐵路建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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作者：沈登科 單位：中鐵二十局集團(tuán)有限公司