巖溶發(fā)育區(qū)隧道工程溶洞處理技術探究

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【摘要】巖溶是自然界天然發(fā)育形成的特殊地質，其發(fā)育和分布具有很強的區(qū)域性、不規(guī)則性，而在巖溶區(qū)域施工隧道工程，具有較高的風險，若不妥善處理將引發(fā)嚴重的工程事故及地質災害。本文將以鹿公山隧道工程作為實例，分析工程遇到的巖溶問題，探討巖溶治理的技術措施，為后續(xù)巖溶區(qū)域施工人員提供借鑒和參考。

【關鍵詞】公路隧道；巖溶；溶洞處理；注漿

1巖溶發(fā)育的特點及危害

巖溶是自然界天然發(fā)育形成的特殊地質，其發(fā)育和分布具有很強的區(qū)域性、不規(guī)則性，而在巖溶區(qū)域施工隧道工程，具有較高的風險，若不妥善處理巖溶溶洞和地下水的影響作用，將引發(fā)嚴重的工程事故及地質災害。環(huán)繞型巖溶情況下的隧道施工影響主要取決于溶腔與隧道的距離，當隧道距離較近時，其影響逐漸加大。而當溶腔與隧道的間距極小并且相交時，其隧道施工過程中應小心其巖溶填充物坍塌和地下水影響。溶腔發(fā)育較小且位于隧道開挖范圍內時候，對隧道的施工影響較小，施工時應加強開挖面穩(wěn)定措施。巖溶區(qū)域隧道建設將極大地考驗隧道施工技術和設計處理.本文以鹿公山隧道工程作為實例，分析工程遇到的巖溶問題，探討巖溶治理的技術措施，為后續(xù)巖溶區(qū)域施工人員提供借鑒和參考。

2隧道工程概況

鹿公山隧道全長1048m，為單線隧道，電力牽引，設計行車速度120km/h，有砟軌道。隧道進、出口里程分別為DK133+978、DK135+026，隧線分界里程分別為DK133+968、DK135+036，明暗分界里程為DK133+984。DK133+978～DK133+984段設計為明洞，長6m。全隧位于直線段上，全隧均位于坡度為8.1‰的上坡上，單車道斷面，采用無軌運輸。鹿公山隧道的Ⅳ、Ⅴ級圍巖占比約為60.1%，洞內道床采用一級碎石道砟，鋪設Ⅲ型軌枕及60kg/m鋼軌，軌道結構高度766mm。隧道的剖面圖如圖1所示。

3巖溶隧道施工典型災害及治理方案

3.1DK134+392~410段巖溶災害及治理方案

鹿公山隧道掌子面DK134+395爆破開挖，出渣完成后發(fā)現(xiàn)在掌子面右側及拱頂左側各有大小不明兩溶洞、中間夾著未掉落大孤石，其中右側溶腔填充物持續(xù)緩慢溜塌，右側輪廓線外溶洞大小約為10m（縱）×3m（寬）×5m（高），拱頂孤石侵于開挖輪廓線內，暫未掉落。現(xiàn)場支護至DK134+400.5時，掌子面拱頂孤石左側垮塌。掌子面中間大孤石全部垮塌，垮塌結束，砸中兩榀拱架至變形。此次垮塌后暴露開挖輪廓線外溶洞大小約為10m（縱）×3.5m（寬）×5m（高），整個上臺階掌子面均揭示為溶洞。揭露溶洞主要分布在隧道正面及隧道兩側，與隧道的關系主要為相交型和嵌套型。溶洞尺寸較大，且隧道縱向深度較深，有較大的水平跨度，后期爆破震動及施工開挖易引起溶洞頂板塌落，威脅施工安全，為隧道施工的順利進行，需要對揭露溶洞進行治理。根據以上巖溶災害情況，制定主要的巖溶治理措施方案有以下幾種：（1）揭露溶洞后臨時措施。揭露巖溶后，應立即對巖溶災害進行臨時治理，防止隧道進一步坍塌，危害施工安全及影響項目進度。主要的措施有：①對揭露溶洞表面采用C20混凝土進行噴混凝土處理，防止洞壁巖體掉塊，增強溶腔體的穩(wěn)定性；②在處理溶腔表面預埋準50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置，為后期二襯施工前注漿提供通道；③對于不穩(wěn)定的溶洞采用噴射混凝土回填密實，防止溶洞進一步坍塌。（2）初支變更處理措施。原設計該段定位為Ⅲ級圍巖等級，采用系統(tǒng)噴錨對隧道進行初支，頂部采用2m長的準25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。揭露溶洞后，對地質情況進行及時修正，定義為Ⅴ級圍巖，采用系統(tǒng)噴錨對隧道進行初支，拱頂采用3m長的準25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。拱腔采用3m長準22砂漿錨桿，按1.0m（縱）×1.0m（環(huán)）梅花型布置。并在開挖后架設鋼架，增加圍巖穩(wěn)定性，如圖2所示。（3）二襯施工處理措施。為處理二襯施工期間隧道襯砌與巖溶溶腔的縫隙問題，加強二襯結構的圍巖穩(wěn)定性，在處理溶腔噴射混凝土回填前預埋準50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二襯支模施工后，注1:1水泥漿液填充密實，加強襯砌的圍巖穩(wěn)定。

3.2DK134+566段巖溶災害及治理方案

鹿公山隧道掌子面開挖至DK134+566完成開挖支護后開始塌方，塌方結束時掌子面拱頂有大小約為5.0m（環(huán)向）×4.0m（高）縱向約20m的空洞，塌落體均為角礫土，掌子面揭示其余未塌部分為堅硬巖石，圍巖完整。洞頂以上為坡殘積成松散～稍密狀角礫土，溶洞在第一次坍塌后經注漿處理及管棚作業(yè)后發(fā)生連續(xù)坍塌，第三次坍塌后，時拱頂空洞大小約為5.0m（環(huán)向）×8.0m（高），縱向長度不詳。揭露溶洞主要分布位于隧道頂部，與隧道的關系主要為相交型，溶洞尺寸較大且高，且隧道縱向深度難以明確探查，存在較大的水平跨度，溶洞頂板的穩(wěn)定性較差，多次注漿后仍存在塌落現(xiàn)象。根據以上巖溶災害情況，制定主要的巖溶治理措施方案有：（1）揭露溶洞后臨時措施。①采用反壓回填土石將掌子面塌方段進行封閉，為頂部溶洞填充提供平臺并且充當?shù)啄ぷ饔?。回填高度高出開挖線外50cm，回填至開挖面前2m；②拱頂預埋準110灌漿管，管口伸入塌腔深度2.5m，然后直接向塌腔內泵送C30混凝土，直到將空腔回填滿，防止頂部巖溶溶腔進一步坍塌，避免造成大范圍的施工事故和地質災害。（2）初支變更處理措施。該段原設計定位為Ⅴ級圍巖等級，采用系統(tǒng)噴錨對隧道進行初支，拱頂采用3m長的準25中空注漿錨桿，按1.5m（縱）×1.2m（環(huán)）梅花型布置。拱腔采用3m長準22砂漿錨桿，按1.0m（縱）×1.0m（環(huán)）梅花型布置，并在開挖后架設I16工字鋼鋼架。①巖溶塌腔內泵送混凝土回填完成后，在回填面上增加施工超前準108長管棚，長12m，保證下一步洞體開挖穩(wěn)定；②該段頂部溶腔注漿完成后仍存在較大的開挖風險，為了保證巖溶段開挖的穩(wěn)定性，在DK134+566～+575段增設準50超前小導管。（3）二襯施工處理措施。為處理二襯施工期間隧道襯砌與巖溶溶腔的縫隙問題，加強二襯結構的圍巖穩(wěn)定性，在處理溶腔噴射混凝土回填前預埋準50注漿孔，間距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二襯支模施工后，注1:1水泥漿液填充密實，加強襯砌的圍巖穩(wěn)定。

4結論

巖溶的分布具有不規(guī)律性及復雜性，勘察的密度較小，導致隧道沿線眾多溶洞難以探測清楚，因此巖溶區(qū)域隧道的施工經常遇到溶洞問題，需要對巖溶問題謹慎處理，降低隧道建設風險。本文通過對鹿公山巖溶地區(qū)隧道施工巖溶災害治理的經驗總結，得出以下主要的結論：（1）隧道施工揭露的溶洞應在待溶洞坍塌穩(wěn)定后及時處理，并且應加強監(jiān)測，巖溶災害的治理h應優(yōu)先考慮施工安全，保證安全的前提下再考慮施工進度和成本等因素。（2）超前注漿處理是治理巖溶災害的主要手段，應根據巖溶災害類型，結合管棚和超前小導管等其他措施綜合治理巖溶問題。（3）根據巖溶的揭露位置應采取不一樣的處理措施，隧道頂部溶洞坍塌后，越加接近覆土層，其頂板穩(wěn)定性更差，具有較大的風險系數(shù)，對后期隧道開挖帶來較大的安全隱患，應重點并且謹慎處理，當多次處理仍存在坍塌趨勢時，應馬上回填并且向頂部溶腔灌注混凝土。（4）巖溶發(fā)育區(qū)域隧道揭露溶洞具有不確定性及較高難度的預見性，在巖溶發(fā)育段，應優(yōu)先對施工段前地質情況進行摸查，可通過超前鉆獲知隧道前方的地質情況；當隧道埋深較深時，可在掌子面超前鉆探采孔取樣分析。若發(fā)現(xiàn)前方圍巖存在巖溶地質災害時，應制定相應的巖溶災害預治理措施。

參考文獻

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[3]蔡建偉，吳嘉源.軟弱圍巖復雜巖溶段隧道施工技術要點探析[J].四川水泥，2020（2）：287.

作者:祝新建 單位:湖南中核巖土工程有限責任公司