溶洞施工技術(shù)的研究與注意事項(xiàng)

溶洞指的是由雨水或地下水溶解侵蝕石灰?guī)r層所形成的空洞。又稱鐘乳洞，石灰?guī)r洞。溶洞的形成是石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕的結(jié)果。溶洞是巖溶現(xiàn)象的一種。

巖溶是指可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r、石膏、巖鹽等，受水的化學(xué)相機(jī)械作用產(chǎn)生溝槽、裂緩和空洞以及由于空洞的頂部塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等類現(xiàn)象和作用。我國石灰?guī)r分布極廣，常會(huì)遭到溶洞。因此，在這些地區(qū)修建隧道，必須予以注意。

一、溶洞的工程特點(diǎn)、類型及對(duì)履道施工的影響

（一）溶洞的工程特點(diǎn)

1.突發(fā)性：如治懷鐵路囚梁山履道巖溶突水瞬時(shí)發(fā)生，3#溶洞正洞超前下導(dǎo)坑施工時(shí)，掌子面突發(fā)爆噴型突泥，瞬間硬塑一軟塑狀粘土塞滿244m長的下導(dǎo)坑空間，捅泥量4200m3。

2.高壓性：如團(tuán)梁山隧道巖溶預(yù)估沸水壓力高達(dá)4.6Mp，2#溶洞突水后進(jìn)行水壓測(cè)試為2.73MPa；施工中均出現(xiàn)了射水、涌泥、噴砂現(xiàn)象，還曾將鉆孔中的鉆桿推射出8.0m遠(yuǎn)。

3.富水性：如團(tuán)梁山隧道預(yù)估正常捅水量為9.8萬，最大捅水量為5#溶洞施工時(shí)，突發(fā)大規(guī)模涌水突泥，最大涌水量2萬。涌水涌泥持續(xù)28min后漸小。

（二）溶洞的類型

溶洞一般有死、活、干、濕、大的溶洞，處理方法則較為復(fù)雜。

（三）溶洞對(duì)隧道工程的影響

當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時(shí)，有的溶洞巖質(zhì)破碎，容易發(fā)生組塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時(shí)遇到填滿飽含水分的充填物溶槽，當(dāng)坑道掘進(jìn)至其邊緣時(shí)，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時(shí)遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量滿入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯(cuò)、分支錯(cuò)綜復(fù)雜、范圍寬廣，處理十分困難。

二、隧道遏到溶洞的處理原則及措施

（一）隧道遇到溶洞的處理原則

1.隧道通過巖溶區(qū)，應(yīng)查明溶洞分布范圍和類型，巖層的完整穩(wěn)定程度、填充物和地下水情況，據(jù)以確定施工方法。對(duì)尚在發(fā)育或穿越暗河水囊等地質(zhì)條件復(fù)雜的告密區(qū)，應(yīng)查明情況審慎選定施工方案。對(duì)有可能發(fā)生突然大量捅水、流石流泥、崩坍落石等的地段，必須事先制定措施，確保施工安全。

2.隧道穿過巖溶區(qū)，如巖層比較完整、穩(wěn)定，溶洞已停止發(fā)育，有比較堅(jiān)實(shí)的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地質(zhì)情況，如有變化便于采取相應(yīng)的措施。如溶洞尚在發(fā)育或穿越暗河水囊等巖溶區(qū)時(shí)，則必須探明地下水量大小、水流方向等，先要解決施工中的排水問題，一般可采用平行導(dǎo)坑的施工方案，以超前鉆探方法，向前掘進(jìn)。當(dāng)出現(xiàn)大量桶水、流石流泥、崩坍落石等情況時(shí)，平導(dǎo)可作為泄水通道，正洞堵塞時(shí)也可利用平導(dǎo)在前方開辟掘進(jìn)工作面，不致正洞停工。

（二）隧道遇到溶洞的常用處理方法

隧道遇到溶洞的常用處理方法，有“引、堵、越、繞”4種。

1.引。遇到暗河或溶洞有水流時(shí)，宜排不宜堵。應(yīng)在查明水源流向及其與隨道位置的關(guān)系后，用暗管、涵洞、小橋等設(shè)施宣泄水流或開鑿泄水洞將水排出洞外（圖1）當(dāng)巖溶水流的位置在隧道頂部或高于隧道頂部時(shí)，應(yīng)在適當(dāng)距離處，開鑿引水斜洞(或引水糟)將水位降低到隨底高程以下，再行引排。當(dāng)隧道沒有平行導(dǎo)坑時(shí)，可將水引入平行導(dǎo)坑排出。

(2)堵。對(duì)已停止發(fā)育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據(jù)其與隨道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉；或加深邊墻基礎(chǔ)，加固隧道底部(圖2)。當(dāng)隧道拱頂部有空溶洞時(shí)，可視溶洞的巖石破碎程度在溶洞頂部采用錨桿或錨噴網(wǎng)加固，必要時(shí)可考慮注漿加固并加設(shè)隨道護(hù)拱及拱頂回填進(jìn)行處理(圖3)。

圖1 橋涵宣泄水流示意圖 圖2 溶洞堵填示意圖 圖3 錨噴加圖與護(hù)拱示意圖

(3)越。當(dāng)隨道一例遇到狹長而較深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過(圖4)。隧道底部遇有較大溶洞并有流水時(shí)，可在隧道底部以下砌筑壇工支墑，支承隨道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水(圖5)。隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎(chǔ)時(shí)，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過(圖6)。當(dāng)隨道中部及底部通有深狹的溶洞時(shí)，可加強(qiáng)兩邊墻基礎(chǔ)，并根據(jù)情況設(shè)置橋臺(tái)架梁通過(圖7)。隧道穿過大溶洞，情況較為復(fù)雜時(shí)，可根據(jù)情況，采用邊墻梁、行車梁等，由設(shè)計(jì)單位負(fù)責(zé)特殊設(shè)計(jì)后施工。

圖4 加深邊墻基礎(chǔ)示意圖 圖5 支墻內(nèi)套設(shè)涵管示意圖

圖6 筑拱跨過示意圖 圖7 架梁跨過示意圖

(4)繞。在巖溶區(qū)施工，個(gè)別溶洞處理耗時(shí)且困難時(shí)，可采取迂回導(dǎo)坑繞過溶洞，繼續(xù)進(jìn)行隧道前方施工，并同時(shí)處理溶洞，以節(jié)省時(shí)間，加快施工進(jìn)度。繞行開挖時(shí)，應(yīng)防止洞壁失穩(wěn)。

三、溶洞地段隧道施工的注意事項(xiàng)

(1)當(dāng)施工達(dá)到溶洞邊緣，各工序應(yīng)緊密銜接，支護(hù)和襯砌趕前。同時(shí)應(yīng)利用探孔或物探作超前預(yù)報(bào)，設(shè)法探明溶洞的形狀、范圍、大小、充填物及地下水等情況，據(jù)以制定施工處理方案及安全措施。

(2)施工中注意檢查溶洞項(xiàng)部，及時(shí)處理危石。當(dāng)溶洞較大較高且頂部破碎時(shí)，應(yīng)先噴射混段土加固，再在靠近溶洞頂部附近打入錨桿，并應(yīng)設(shè)置施工防護(hù)架或鋼筋防護(hù)網(wǎng)。

(3)在溶燭地段的爆破作業(yè)應(yīng)盡量做到多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。防止在一次爆破后溶洞內(nèi)的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然襲擊隧道，造成嚴(yán)重?fù)p失。

(4)在溶洞充填體中掘進(jìn)，如充填物松軟，可用超前支護(hù)施工。如充填物為極松散的礫石、塊石堆積或流塑狀聯(lián)土及砂粘土等可于開挖前采用地表注漿、洞內(nèi)注漿或地表和洞內(nèi)注漿相結(jié)合加固。如遇顆粒細(xì)、含水量大的流塑狀土壤，可采用劈裂注漿技術(shù)，注入水泥漿或水泥水破璃雙液槳進(jìn)行加固。

(5)溶洞末做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。因棄渣覆蓋了溶洞，不但不能了解其真實(shí)情況，反而會(huì)造成更多困難。

四、安全保障措施

（一）挖掘時(shí)的安全技術(shù)措施

（1）挖孔工人必須帶有安全帽、安全繩。取土渣的吊桶、吊鉤、鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)必須經(jīng)常檢查。

（2）為防止井口坍塌，必須在孔口用鋼筋砼護(hù)壁。

（3）挖孔深超過10m時(shí)必須采用機(jī)械通風(fēng)。

（4）挖孔工作暫停時(shí)，孔口必須罩蓋。

（5）井孔要設(shè)置牢固可靠的安全梯，以便于施工人員上下。

（6）電工、爆破工必須持證上崗，井上、井下作業(yè)人員必須身體健康。

（7）孔內(nèi)照明須使用12V安全電壓和防爆燈。

（8）孔上與孔內(nèi)人員必須保持有效聯(lián)系，孔邊設(shè)安全繩與孔下人員安全帶連接，安全繩由孔上人員隨作業(yè)面松長。

（9）孔內(nèi)作業(yè)人員連續(xù)工作時(shí)間不能超過4小時(shí)。

（10）孔內(nèi)爆破時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

①導(dǎo)火線起爆應(yīng)有工人迅速離孔的設(shè)備；導(dǎo)火線應(yīng)做燃燒速度試驗(yàn)，據(jù)以決定導(dǎo)火線所需長度；孔深超過10m時(shí)應(yīng)采用電雷管引爆。②必須打眼放炮，嚴(yán)禁裸露藥包。對(duì)于軟巖石炮眼深度不超過0.8m，對(duì)于硬巖石炮眼深度不超過0.5m。炮眼數(shù)目、位置和斜插方向，應(yīng)按巖層斷面方向來定，中間一組集中掏心，四周斜插挖邊。③嚴(yán)格控制用藥量，以松動(dòng)為主。一般中間炮眼裝硝銨炸藥1/2節(jié)，邊眼裝藥1/3節(jié)～1/4節(jié)。④有水眼孔要用防水炸藥，盡量避免瞎炮。如有瞎炮時(shí)按安全規(guī)程處理。⑤炮眼附近的支撐應(yīng)加固或設(shè)防護(hù)措施，以免支撐炸壞引起坍孔。⑥孔內(nèi)放炮后必須迅速排煙，方法為采用高壓風(fēng)管放入孔底吹風(fēng)。⑦一個(gè)孔內(nèi)進(jìn)行炮破作業(yè)，其他孔內(nèi)的施工人員必須到地面安全處躲避。⑧爆破時(shí)孔口應(yīng)覆蓋安全網(wǎng)等防護(hù)措施，以防飛石飛出。

(二)挖鉆結(jié)合法施工

當(dāng)在挖孔作業(yè)中遇到嚴(yán)重的流沙或嚴(yán)重涌水，挖孔作業(yè)難以繼續(xù)時(shí)，就要改為鉆孔樁的施工方法。具體方法為重新回填粘土片石混合物（比例1：1），采用1—1.5m的沖程將洞內(nèi)沖砸密實(shí)，再轉(zhuǎn)入正常鉆進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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