巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)隧道施工技術(shù)的研究探討

李春光

摘要：巖溶隧道施工因其工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的復(fù)雜性和特殊性而異常困難，探索巖溶尤其是填充型溶蝕結(jié)構(gòu)的處理途徑和施工技術(shù)，成為巖溶隧道施工技術(shù)所需要解決的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：巖溶發(fā)育區(qū)；隧道施工；技術(shù)

新建貴開鐵路茲姑田三號隧道全長440m，按160km/h旅客列車雙線隧道設(shè)計(jì)。隧道為可溶巖隧道，地表溶洞溶槽發(fā)育，周圍邊大型巖溶形態(tài)如漏斗、落水洞、溶洞等發(fā)育，

據(jù)勘探統(tǒng)計(jì)：全隧道6個(gè)鉆孔有4個(gè)鉆孔見溶洞共計(jì)10個(gè)，見溶洞率為66.7%，為空溶洞及半充填溶洞，充填物多為褐黃色軟塑狀黏土。溶洞大小不一，一般為0.6～1.0m，最大溶洞高可達(dá)7。5m，綜合分析：已有串珠狀空溶洞發(fā)育，隧道施工時(shí)該段極可能遇較大型的巖溶溶腔，隧道區(qū)為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，對隧道的影響較嚴(yán)重。

一、地層巖性

隧區(qū)上覆第四系全新統(tǒng)坡殘積（Q4dl+el）紅黏土。下伏基巖為寒武系下統(tǒng)清虛洞組（∈1q）白云巖、灰?guī)r夾泥灰?guī)r。

二、巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

（一）巖溶隧道有別于其他隧道主要有以下三個(gè)特點(diǎn)：

1、巖溶地質(zhì)的不確定性和復(fù)雜性；

2、地質(zhì)勘探現(xiàn)有的技術(shù)水平（人類的認(rèn)知水平）未達(dá)到完全認(rèn)識巖溶地質(zhì)條件；

3、巖溶地質(zhì)災(zāi)害的危險(xiǎn)性特別巨大，特別是突水、突泥問題，只要發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害事故，一般都是特大安全事故。

因此在溶巖隧道施工時(shí)，為保證隧道施工安全、優(yōu)化設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)信息化施工，有必要盡可能弄清楚巖溶的發(fā)育規(guī)律、形態(tài)等多方面的影響因素，現(xiàn)在一般是通過超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的手段。

（二）預(yù)報(bào)的重點(diǎn)段落及其內(nèi)容

重點(diǎn)段落為：全隧暗洞段。

重點(diǎn)內(nèi)容為：

1、巖溶發(fā)育程度、巖溶水賦存情況；

2、隧道影響范圍內(nèi)溶洞、溶腔、巖溶管道的性質(zhì)及狀態(tài)；

3、隧道內(nèi)圍巖級別變化趨勢。

（三）預(yù)報(bào)的方法

巖溶強(qiáng)烈發(fā)育段采用C類超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：地質(zhì)調(diào)查法+物探法（地質(zhì)雷達(dá)）+超前鉆探法（超前鉆孔1孔+加深炮眼）；其他段落采用B類超前地質(zhì)預(yù)報(bào)：地質(zhì)調(diào)查法+物探法（TSP203+紅外探水+地質(zhì)雷達(dá)）+超前鉆探法（超前鉆孔3孔+加深炮眼）。以地質(zhì)調(diào)查法為基礎(chǔ)，綜合物探及超前鉆孔為主進(jìn)行綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

三、巖溶注漿治理施工技術(shù)對于隧道巖溶治理方案

（一）對隧道巖溶段地下水的處理原則是宜疏不宜堵。為防巖溶水的突水涌泥，施工中采取超前孔探測，對于隧道在復(fù)雜情況下應(yīng)采取截、堵、排、綜合治水的措施，堵水時(shí)，只能改變水流方向。對于溶腔位于隧道拱腰，采用主動初期支護(hù)的型式，初期支護(hù)面預(yù)留兩節(jié)不小于2m的泵送混凝土管，待初期支護(hù)達(dá)到一定強(qiáng)度（3～4天）后，利用混凝土輸送泵泵送混凝土，拱腰空腔采用片石混凝土回填密實(shí)。對于溶腔位于隧道下方，首先調(diào)查溶腔內(nèi)有無水。

（二）其次利用精密測量儀器詳細(xì)勘測隧底下方溶腔與隧道主體的位置關(guān)系。在巖溶地區(qū)隧道建設(shè)中遇到大量巖溶突水涌泥現(xiàn)象，將給施工和生產(chǎn)生活帶來許多危害，對環(huán)境帶來不利影響時(shí)，對此采取注漿堵水。注漿堵水是一項(xiàng)由軟弱地層預(yù)加固技術(shù)發(fā)展而來的防治涌水災(zāi)害新技術(shù)，在松散軟弱結(jié)構(gòu)圍巖、裂隙圍巖隧道防水方面取得了顯著效果。

（三）在巖溶地區(qū)隧道水害處理中，亦可采用了注漿堵水這一新技術(shù)。封堵巖溶水、固結(jié)巖溶流泥，洞內(nèi)注漿優(yōu)于地表注漿，預(yù)注漿優(yōu)于地表注漿。因巖溶相互串通，與地表直接溝通，地表注漿往往造成漿液突破表土，漫鋪地面，浪費(fèi)極大；后注漿是在巖溶已被施工開挖揭露，特別是當(dāng)發(fā)生涌水突泥之后所耗費(fèi)注漿量極大。注漿堵水加固圍巖的施工方法一般分洞內(nèi)和地表。洞內(nèi)包括斷裂巖溶富水帶施工注漿和巖溶軟塑狀充填淤泥高壓劈裂注漿，地表一般為深孔充填注漿。對隧道斷裂巖溶富水帶施工注漿，漿液擴(kuò)散半徑根據(jù)堵水加固范圍確定，遇大裂隙時(shí)適當(dāng)調(diào)整。注漿壓力由公式初算得出所需的壓力值，然后按照注漿時(shí)的實(shí)際情況調(diào)整。注漿材料常用水泥、水玻璃雙液漿，配合比根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)選定。注漿漿液的配制對于水泥漿液水灰比適宜控制在0。6：1～1：1范圍。若遇空的巖溶通道、較大溶洞和裂隙處，視具體情況先灌入中粗砂或稀的水泥砂漿對溶蝕腔體進(jìn)行充填，再采用煤灰水泥漿液或雙液注漿。按設(shè)計(jì)要求的水灰比用高速拌漿機(jī)拌合水泥漿液。在濃水玻璃中加水稀釋，邊加水邊攪拌，并用玻美計(jì)測試其濃度。施工中采用的水玻璃波美度為35°～40°。將配制好的化學(xué)漿液和水泥漿液各送入攪拌式儲漿桶內(nèi)備用。注漿方式采取前進(jìn)式多次鉆注法，即逐段反復(fù)加深鉆孔注漿，直至設(shè)計(jì)長度。對于一個(gè)區(qū)段由多孔組成，則注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)不以單孔控制，而是采取由設(shè)計(jì)的區(qū)段控制。當(dāng)最后一個(gè)孔的一次注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值，并且該區(qū)段注漿總量接近設(shè)計(jì)量時(shí)，即可采取結(jié)束注漿。對于單孔注漿，則以注漿壓力的終值控制，當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)的最終壓力時(shí)，立即遞減泵量，同時(shí)應(yīng)能保持設(shè)計(jì)最終壓力時(shí)，即結(jié)束注漿。以止水為目的的注漿，注漿后的涌水量減少到20m3/h時(shí)，結(jié)束注漿。

（四）同時(shí)為了有效地避免注漿孔孔壁坍塌和漿液注入時(shí)在地層中上串流失，在注漿層頂面以上每個(gè)鉆孔用鋼套管護(hù)壁，采取注漿孔孔口封閉止?jié){，當(dāng)洞內(nèi)出現(xiàn)串漿時(shí)，主要采取逐漸加大雙液漿玻璃波美度。注漿結(jié)束后應(yīng)對采取質(zhì)量檢查，通過工程實(shí)踐表明，在正常情況下，注漿壓力由小逐漸增大，注漿量由大到小，當(dāng)注漿壓力達(dá)設(shè)計(jì)終壓時(shí)，穩(wěn)定20min～30min即可結(jié)束注漿。遇到大裂隙時(shí)，壓力上不去，進(jìn)漿量很大的情況下，經(jīng)過漿液濃度的變換，仍達(dá)不到終壓與注漿量的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，采取間歇注漿辦法，待養(yǎng)護(hù)24小時(shí)后復(fù)注，以控制設(shè)計(jì)的注漿量和達(dá)到設(shè)計(jì)終壓。注漿后的質(zhì)量檢測主要是通過鉆孔并取巖芯，觀察漿液充填裂隙的飽滿程度，調(diào)節(jié)注漿參數(shù)。為了有效地通過注漿治理隧道巖溶不良地質(zhì)現(xiàn)象，結(jié)合工程實(shí)踐，通過現(xiàn)場注漿施工控制技術(shù)出發(fā)。①注漿量控制：設(shè)計(jì)單位通過對超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)成果研究分析及地勘資料，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際確定注漿方案和注漿段落（范圍），施工單位應(yīng)對確定的注漿段落（范圍），按制定的注漿方案進(jìn)行鉆孔注漿施工，現(xiàn)場監(jiān)理對注漿施工實(shí)施全程旁站監(jiān)督。②現(xiàn)場注漿施工控制：施工單位應(yīng)嚴(yán)格按注漿設(shè)計(jì)要求進(jìn)行注漿量控制，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)個(gè)別注漿孔長時(shí)間注漿壓力不上升時(shí)，應(yīng)通過調(diào)整注漿材料和漿液配比參數(shù)，以及通過采取復(fù)注漿措施，達(dá)到可控域注漿，并滿足加固圈厚度要求。

（五）注漿工藝要求

1、注漿前，在類似地質(zhì)條件下的巖層中進(jìn)行注漿試驗(yàn)，初步掌握漿液充填率、注漿量、漿液配合比、凝膠時(shí)間、漿液擴(kuò)散半徑、注漿終壓等指標(biāo)；

2、孔口位置應(yīng)準(zhǔn)確定位，與設(shè)計(jì)位置的允許偏差為5cm，偏角應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，每鉆進(jìn)一段，檢查一段，及時(shí)糾偏，孔底位置偏差應(yīng)小于30cm；

3、注漿孔開孔直徑不小于108mm，終孔直徑不小于90mm；

4、鉆孔和注漿順序應(yīng)由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工；

5、巖層破碎容易造成坍孔時(shí)，應(yīng)采用前進(jìn)式注漿，否則采用后退式注漿；

6、孔口設(shè)3mΦ108注漿管，埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){設(shè)施；

7、一個(gè)孔段的注漿作業(yè)一般應(yīng)連續(xù)進(jìn)行到結(jié)束，不宜中斷，應(yīng)盡量避免因機(jī)械故障、停電、停水、器材等問題造成的被迫中斷。對于因?qū)嵭虚g歇注漿，制止串漿冒漿等而有意中斷，應(yīng)先將鉆孔清理至原深度以后再行復(fù)注。

四、巖溶隧道施工的解決手段

1、建立完善的項(xiàng)目管理體制（預(yù)報(bào)管理體制、監(jiān)控管理體制、反饋施工管理體制）。

2、工人員管理：地質(zhì)預(yù)報(bào)人員（地質(zhì)工程專業(yè)和物探專業(yè)），巖溶處理加固人員（地質(zhì)工程專業(yè)、隧道專業(yè)、橋梁專業(yè)），監(jiān)控人員（測量、隧道專業(yè)），反饋施工人員（地質(zhì)工程專業(yè)、隧道專業(yè)、工程力學(xué)專業(yè)）。

3、料、機(jī)管理：（地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器（物探、鉆機(jī)等），巖溶處置機(jī)器，反饋施工（反分析軟件等），巖溶處治機(jī)具。

4、嚴(yán)格按照既定方案，規(guī)范規(guī)定施工，保證施工質(zhì)量。

5、應(yīng)配置專職安全員，并加強(qiáng)施工組織協(xié)調(diào)，各作業(yè)區(qū)信息應(yīng)貫通，并與洞外生產(chǎn)組織調(diào)度中心保證聯(lián)絡(luò)暢通。

6、洞內(nèi)應(yīng)設(shè)置應(yīng)急照明設(shè)施以及緊急疏散標(biāo)識；并配置必要的救援車輛，救援梯等救援設(shè)施。

7、應(yīng)制定發(fā)生緊急事故的搶險(xiǎn)預(yù)案，并將其緊急措施納入實(shí)施性施工組織，加強(qiáng)職工安全培訓(xùn)，增強(qiáng)職工安全意識，組織參建人員進(jìn)行突發(fā)性事件處置演練。

五、結(jié)語

巖溶發(fā)育及分布的未知性與地形地貌的不規(guī)則性造成巖溶隧道圍巖條件十分復(fù)雜，巖溶隧道的設(shè)計(jì)理論與施工技術(shù)一直是隧道工程界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。結(jié)合隧道工程的特點(diǎn)，闡述巖溶發(fā)育區(qū)基巖類型，總結(jié)溶溝、落水洞、巖溶洼地、盲谷等典型巖溶地貌的基本特征及對隧道工程安全性的影響，概括隧道工程中常見的巖溶區(qū)地下水系統(tǒng)，形成巖溶隧道勘察設(shè)計(jì)原則，指出初步設(shè)計(jì)勘察階段、詳勘階段與施工圖設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，并依托貴州省內(nèi)多座典型巖溶隧道，結(jié)合設(shè)計(jì)、咨詢及施工配合中發(fā)現(xiàn)的問題，從勘察設(shè)計(jì)角度進(jìn)行總結(jié)，以期為巖溶地區(qū)的隧道設(shè)計(jì)與施工對策提供參考。

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