灰?guī)r地段隧道巖溶處理的應(yīng)用與研究

高頗

摘 要：巖溶是隧道施工中經(jīng)常遇到的一種地質(zhì)現(xiàn)象，易于導(dǎo)致開挖面涌水、突泥，圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、開裂及坍塌，影響施工進(jìn)度，危及施工安全，破壞周圍環(huán)境，以黔張常鐵路5標(biāo)段為例，闡述巖溶地區(qū)隧道施工的處理工藝和處理方案的選擇。通過大量的工程實(shí)踐，對(duì)嚴(yán)重巖溶地區(qū)隧道的施工工藝及技術(shù)得到了一定的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于充填型溶洞、空腔型溶洞等措施處理，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，對(duì)后續(xù)同類工程施工具有很大的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：黔張常鐵路；隧道；巖溶

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.23.053

1 前言

巖溶是地表水和地下水對(duì)溶性巖層經(jīng)過化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用形成的地下溶蝕現(xiàn)象，不同的巖溶發(fā)育成不同的溶洞、裂隙等。巖溶地段隧道不良地質(zhì)要素有斷層地段、軟弱圍巖、突泥涌水、沖溝、溶洞及采空區(qū)等幾個(gè)方面。正確處理巖溶地質(zhì)對(duì)隧道的施工具有重要意義[1，2]。

2 隧道巖溶特點(diǎn)

當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時(shí)，有的圍巖破碎，容易發(fā)生坍塌。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)遇到填滿飽含水份的充填物溶槽，當(dāng)隧道掘進(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，形成“天窗”，隧道的初期支護(hù)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涌入隧道。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。

3 隧道巖溶處理原則

根據(jù)國(guó)內(nèi)巖溶隧道施工經(jīng)驗(yàn)， 巖溶處理應(yīng)遵循 以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理的原則。

3.1 以疏為主

就是盡量不改變巖溶水的徑流和滲流路徑， 保持地下水的原始循環(huán)和貯存狀態(tài)， 從而減少地下水的流失， 保證施工、結(jié)構(gòu)和環(huán)境安全， 達(dá)到建設(shè)綠色環(huán)保工程的目標(biāo)。

3.2 堵排結(jié)合

就是根據(jù)隧道內(nèi)涌水量大小、所含泥砂程度， 并考慮對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)安全和環(huán)境的影響， 將堵水和排水結(jié)合起來， 決定治理方案。堵就是對(duì)于可能或已經(jīng)涌出工作面的巖溶水或充填物進(jìn)行封堵（小型溶腔）， 改善圍巖的力學(xué)性能， 提高圍巖的抗?jié)B能力， 保證開挖安全和隧道建成后的防滲漏等級(jí)。但堵并不是全堵， 只要能阻斷巖溶水向隧道滲透的主要通路即可， 其加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外（ 0. 5 ～ 1. 0）D 。對(duì)于規(guī)模較大的干溶洞或暗河， 當(dāng)封堵困難時(shí)， 可采取在隧道外部修建排水洞或在隧道中修建涵管或橋梁進(jìn)行跨越， 既達(dá)到了排水目的， 又保證了施工和運(yùn)營(yíng)安全。

3.3 因地制宜、綜合治理

就是根據(jù)隧道所處的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及周圍環(huán)境條件， 采取多種方法進(jìn)行綜合治理。例如， 當(dāng)大量的水被封堵在隧道開挖范圍以外后， 對(duì)于隧道的局部滲漏水， 可采取以堵為主， 限量排放的措施， 并通過超前管棚、徑向注漿和噴錨支護(hù)等輔助手段加固隧道頂部的圍巖， 防止坍塌； 通過換填、鉆孔樁、粉噴樁、樹根樁、注漿等方法加固隧道底部的松軟地層， 提高其強(qiáng)度和整體性， 防止基底沉降。

對(duì)于大面積滲漏水、局部滴漏水或小股狀巖溶水，如水量和水壓不大等情況， 分別采用徑向注漿、局部注漿、補(bǔ)充注漿等方法進(jìn)行封堵。

4 隧道巖溶處理實(shí)例

本文以新建黔張常鐵路某幾座隧道為例，闡述巖溶施工處理。

4.1 吳家鋪一號(hào)隧道空腔型溶洞處理

4.1.1 發(fā)現(xiàn)溶洞階段

吳家鋪一號(hào)隧道上臺(tái)階施工至里程DK112+931處，在隧道中心線左約3.5米（拱頂）處出現(xiàn)溶洞，為沿豎向節(jié)理發(fā)育的管道型溶洞，洞徑約1.5米，最大洞徑達(dá)2.5米，向上通至地表，但未找到洞口，向下發(fā)育深度暫不明確。發(fā)現(xiàn)時(shí)溶洞時(shí)，洞內(nèi)無水，但洞壁潮濕，溶洞內(nèi)出現(xiàn)線狀水流。

上臺(tái)階施工至里程DK112+933處，在隧道中線右約5.5米（右拱腳）處出現(xiàn)溶洞，也為沿豎向節(jié)理發(fā)育的管道型溶洞，洞徑約1.5米，最大洞徑達(dá)3.5米，上通至地表，但未找到洞口，向下發(fā)育深度不明確。溶洞內(nèi)沿洞壁有水流。

4.1.2 探查階段

為確定吳家鋪一號(hào)隧道溶洞尺寸及走向，對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步探查，布置了12個(gè)30米深度的超前水平鉆孔和96個(gè)5米深度的加深炮孔配合物探（GPR、紅外探水等）進(jìn)行探測(cè)。

4.1.3 探明階段

隧道線左拱腰溶洞里程DK112+931，隧道中心線左偏2.5m，溶洞呈管道狀，溶洞豎直高度8m，貫通至中臺(tái)階，溶洞最大寬度2.5m，沿隧道縱向長(zhǎng)度6m，存在滲水；隧道線右拱腳溶洞里程DK112+932，隧道中心線右偏5.5m，溶洞呈管道狀，溶洞豎直高度大于10m，貫通至下臺(tái)階，溶洞最大寬度3.5m，沿隧道縱向長(zhǎng)度10m，存在滲水。

4.1.4 處理階段

（1）溶洞處理按“邊施工、邊探測(cè)”原則進(jìn)行，施工中不得隨意封堵地下水通道。

（2）針對(duì)DK112+931左側(cè)拱部溶洞初期支護(hù)背后預(yù)留3根φ200mm雙壁波紋管，管口高于拱頂不小于45m，管口采用土工布封閉，在仰拱底部與原溶洞連通。

（3）進(jìn)一步揭示并探明DKll2+933處右側(cè)溶洞發(fā)育情況，預(yù)留出排水通道。

（4）DK112+928～DK112+938掌子面右側(cè)溶洞段在原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上各臺(tái)階各增加一組鎖腳錨管。

（5）掌子面前茭歉據(jù)超長(zhǎng)炮孔探測(cè)情況，若發(fā)現(xiàn)空洞地段小導(dǎo)管長(zhǎng)度應(yīng)增長(zhǎng)，嵌入基巖長(zhǎng)度不小于1m。

（6）初期支護(hù)封閉后，對(duì)溶洞段采用C20混凝土回填，厚度高于拱頂以上2m，并預(yù)埋兩根φ150mm吹沙管，后接入排水系統(tǒng)，混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后采用吹沙回填，回填厚度不小于2m。

4.2 夏家堡隧道充填型溶洞處理

4.2.1 產(chǎn)生溶洞階段endprint