淺析高速公路隧道巖溶處理技術(shù)

蔣 飛

(山西省山陰公路管理段,山西 山陰 036900)

0 引言

巖溶是指可溶性巖石(主要為碳酸鹽巖)在流水的溶蝕及侵蝕之下，發(fā)生了巖層崩塌、物質(zhì)流失再沉積等地質(zhì)作用與現(xiàn)象，巖溶的表現(xiàn)形式分為地上與地下兩大類別，地上表現(xiàn)為洼地、漏斗、落水洞等；地下表現(xiàn)為溶洞、溶隙、暗河等。

隨著我國扶貧攻堅(jiān)項(xiàng)目的推進(jìn)，我國高速公路建設(shè)的主戰(zhàn)場已經(jīng)轉(zhuǎn)移至老少邊窮地區(qū)，這些地區(qū)多處在崇山峻嶺之中，需要開鑿大量的隧道才能完成公路交通建設(shè)。開挖隧道，遭遇到多種類型的復(fù)雜的巖溶地質(zhì)問題，給隧道的施工帶來很大的困難。

1 巖溶帶給高速公路隧道建設(shè)的危害

分析巖溶的存在給高速公路隧道建設(shè)帶來的危害影響，主要可歸結(jié)為以下三大類：巖溶洞穴的塌陷危害；巖溶突水、突泥危害；巖溶堆積物的危害。

1)巖溶洞穴的塌陷危害。

因?yàn)榇嬖趲r溶洞穴的關(guān)系，所以隧道四周的山體或墻體出現(xiàn)少部分甚至是徹底懸空的現(xiàn)象非常普遍，而這給隧道帶來的潛在危害便是降低了其可靠程度，無論是給高速公路隧道的施工還是施工借出后投入運(yùn)營都會(huì)留下安全隱患。巖溶洞穴在受到強(qiáng)震(比如開山放炮、機(jī)械挖掘)、重力加載等外力作用的時(shí)候，巖土體重力與圍巖摩阻力的平衡關(guān)系很容易被打破，產(chǎn)生失穩(wěn)性質(zhì)的塌陷問題。隨著洞穴的塌陷，一方面是會(huì)造成隧道施工的安全事故，另一方面也會(huì)給地表構(gòu)造帶來不良影響，使地表建筑物發(fā)生裂縫、坍塌的問題，甚至地表水水位會(huì)下降、消失，直接影響到人民大眾的正常生活。

2)巖溶突水、突泥危害。

一旦隧道中爆發(fā)突水、突泥，即預(yù)示著隧道正處于高壓狀態(tài)之下，而在短時(shí)間內(nèi)，隨著突水、突泥的發(fā)生，便會(huì)沖毀隧道中存放的設(shè)備，淹沒施工面，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)斐伤淼浪剑粌H會(huì)給高速公路隧道工程的正常施工帶來阻礙，而且還會(huì)造成極大的人員安全威脅。

由于巖溶地區(qū)的地質(zhì)大部分情況下都存在著很多裂縫，所以當(dāng)某一個(gè)區(qū)域發(fā)生了突水、突泥的災(zāi)害之后，便很容易造成地表的水土流失問題，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)谳^短時(shí)間內(nèi)造成漏洞、天坑等災(zāi)害，大量的水土流失必然會(huì)導(dǎo)致局域荒漠化。

在處理突水突泥災(zāi)害的過程中，不可避免地將地下污染物排放到周圍環(huán)境，造成二次污染。

3)巖溶堆積物的危害。

通常在填充型溶洞中最易于發(fā)生堆積物危害，這是因?yàn)槎粗械耐馏w組成不具較強(qiáng)的摩擦力，因而極易坍塌下沉。此危害的突發(fā)性較強(qiáng)，施工人員與機(jī)械設(shè)備往往來不及躲避，造成施工人員傷亡和機(jī)械的損壞。

2 高速公路隧道巖溶處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 巖溶處理技術(shù)應(yīng)用原則

2.1.1溶洞對隧道的影響特點(diǎn)

當(dāng)溶洞距離隧道5 m以上時(shí)，溶洞對隧道的影響很小。

圍巖開挖豎向位移和圍巖應(yīng)力與溶洞直徑成正比，與溶洞距離隧道的距離兩者之間是反比關(guān)系。

若溶洞處于隧道拱頂處，那么帶來最大影響的方面是拱頂下沉位移與水平位移，若溶洞處于隧道基底處，那么對拱頂下沉位移、水平位移造成的影響并不會(huì)很大。

2.1.2做好巖溶特征的分類工作

當(dāng)隧道建設(shè)場地四周有溶洞存在時(shí)，四周的圍巖應(yīng)力必定會(huì)基于隧道工程的開發(fā)而發(fā)生相應(yīng)變化，因此只有根據(jù)巖溶的形態(tài)規(guī)模、有無填充物、涌水大小及動(dòng)態(tài)、地質(zhì)構(gòu)造等做好分類工作，才能采取有效的處理技術(shù)，才能保證巖溶處理的成功。

1)小型溶洞的處理。

a.對于半填充型或者是無填充型的小型溶洞來說，建議使用回填處理方法；

b.對于填充型的小型溶洞來說，若溶洞位置是在隧道的基底、邊墻處，那么建議采取換填或者是注漿的加固舉措；若溶洞是在拱部位置，那么建議使用超前預(yù)注漿或者是加強(qiáng)隧道襯砌的處理舉措。

2)大型溶洞的處理。

a.對于無填充型，如果位于隧道邊墻，可澆筑1.5 m～3 m厚的漿砌片石墻，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)；如果位于隧道基底，需根據(jù)其發(fā)育特點(diǎn)進(jìn)行處理；如果位于拱部，可采取混凝土進(jìn)行噴涂回填，回填厚度一般為1.5 m～2 m，同時(shí)要加強(qiáng)支護(hù);

b.對于填充型，必須借助于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法，將溶洞所處位置、填充物類型做精準(zhǔn)探測，繼而再依據(jù)探測結(jié)果采用相應(yīng)的處理舉措。

3)對巖溶管道的處理，要秉承著“維持原排水體系”的原則。

b.對于填充型，多采取長管棚、小導(dǎo)管等支護(hù)措施，以達(dá)到加強(qiáng)初期支護(hù)及二襯強(qiáng)度的目的。

2.2 巖溶處理技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

2.2.1隱伏型小型巖溶洞穴處理

某隧道工程當(dāng)施工到ZKI+200里程時(shí)，在做拱頂?shù)膸r溶探測時(shí)，發(fā)現(xiàn)拱頂上方的2.5 m處存在以縱向長6 m、寬度為2.5 m、高度為2 m的巖溶洞穴。該溶洞屬于隱伏型的巖溶洞穴，之前隧道開發(fā)過程中一直沒有暴露。為了避免該溶洞的存在對以后隧道運(yùn)行安全帶來的潛在隱患，必須對其進(jìn)行處理。

處理方法：對該隱伏型巖溶洞穴用長度為4.5 m的超前小導(dǎo)管進(jìn)行支護(hù)，并使用42 mm焊接鋼管對該溶洞做注漿固結(jié)處理，長度的選擇依據(jù)隱伏巖溶的實(shí)際深度。選用普通的水泥砂漿為注漿材料，水灰比保持在：W∶C=0.6∶1～0.8∶1，注漿終壓控制在1.0 MPa～1.5 MPa，如圖1所示。

2.2.2對溶腔壁穩(wěn)定大型溶洞的處理

若存在于隧道拱腰部以上的大型溶洞并無填充物，表現(xiàn)出溶腔壁的穩(wěn)定性特征，針對這一類的大型溶洞則建議使用護(hù)拱法做出處理。在邊墻進(jìn)行回填，拱部做支護(hù)，基地處依據(jù)巖溶實(shí)際的發(fā)育特征，選用針對性較強(qiáng)的處理手段，同時(shí)要注意的是，施工過程中應(yīng)重視對排水設(shè)施的布置。

2.2 電子商務(wù)銷售模式 但隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，從2008年起陸續(xù)出現(xiàn)網(wǎng)上售賣大櫻桃的新銷售方式。大櫻桃果實(shí)易分解的性質(zhì)給傳統(tǒng)銷售帶來了挑戰(zhàn)，在自然條件下，它只能儲存1～2 d。所以采摘時(shí)間的集中，大櫻桃在長途運(yùn)輸時(shí)保存困難，市場規(guī)模受到距離的限制，產(chǎn)品的聲譽(yù)也受到了新鮮度降低的影響[3]。產(chǎn)品供應(yīng)和存儲難題增加了水果種植者的成本?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)給大櫻桃的銷售提供了一個(gè)新的選擇——大櫻桃的電子商務(wù)。利用新的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)大大提高了生產(chǎn)效率。給予了大櫻桃的果農(nóng)更大的銷售市場。

隧道在掘進(jìn)至ZKl2+243里程時(shí)，有一大型溶洞被發(fā)現(xiàn)處于拱腰處，該溶洞表現(xiàn)出溶腔壁穩(wěn)定性較高的特征，縱向的長度為10 m、寬度為6 m、高度為14 m。

對該溶洞的處理：開挖隧道，立Ⅰ18鋼拱架、間距保持在0.5 m/榀，吊扣木模，泵送C25混凝土，做護(hù)拱的灌注處理，將護(hù)拱灌注的厚度保持在1 m。護(hù)拱兩邊嵌入到巖石之中的深度要超過0.5 m，并使用錨桿做鎖腳處理，錨桿深入到圍巖當(dāng)中的深度要超過1.5 m，結(jié)束以上這一系列的施工步驟之后，噴射混凝土，完成鋼筋網(wǎng)初期的支護(hù)工作。施工時(shí)預(yù)埋φ110 mm的HDPE透水管，用Ω型排水管引出,如圖2所示。

2.2.3溶腔壁不穩(wěn)定的大型溶洞的處理

當(dāng)拱頂出現(xiàn)溶洞，溶洞高度大于20 m，且溶腔圍巖很不穩(wěn)定時(shí)，可考慮用長管棚噴漿處理手段。

隧道的左洞在開挖到ZK27+146時(shí)，從隧道的拱頂發(fā)現(xiàn)有一大型的干溶洞，長、寬各為11 m,5 m，高度在32 m(直達(dá)地表)，而且溶腔壁表現(xiàn)出極不穩(wěn)定的態(tài)勢。

處理方法：首先在溶洞塌陷地表處施作截水溝，并用塑料彩條布做覆蓋，避免地表水、雨水流入溶洞。在ZK27+146里程處構(gòu)建長16 m φ108 mm的管棚，環(huán)向間距40 cm。為防止溶洞墜物落下傷人，應(yīng)該在管棚上排放沙袋。在隧道中搭建間距為0.5 m/榀的拱架，初噴加厚混凝土完成支護(hù)工作(如圖3所示)。

2.2.4發(fā)育深度大于30 m的溶洞的處理

當(dāng)溶洞發(fā)育深度大于30 m時(shí)，應(yīng)該采用分層填筑夯實(shí)措施。隧道掘進(jìn)至YK76+460里程時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)有一個(gè)特大型的溶洞存在，該溶洞長、寬、深分別是30 m,40 m,35 m。該隧道完全都落在了溶洞中，而且洞頂存在冒頂塌方的問題。結(jié)合這一溶洞各方面的表現(xiàn)特點(diǎn)，我們在施工過程中通過多種處理措施的效果比較，確定選用分層填筑夯實(shí)的舉措，把隧道的暗洞變成明洞，采用噴錨支護(hù)處理舉措來對隧道兩邊的坡面進(jìn)行支護(hù)處理，使用中空注漿錨桿(長度5 m)按1 m×1 m的密度進(jìn)行施工。

2.2.5有填充物的大型溶洞處理

對于大型溶洞、尤其是存在填充物的大型溶洞來說，處理工作異常復(fù)雜，溶洞位置的精準(zhǔn)測繪和充分了解填充物性質(zhì)是必要的前提，目前多使用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)探測手段完成此項(xiàng)工作。

在該高速公路隧道ZK100+307～ZK100+337段，超前探測顯示左線拱頂里程為ZK100+308～ZK100+330處有一淤泥質(zhì)富水溶洞，洞寬16 m，溶洞巖質(zhì)主要為泥灰?guī)r，這一類的巖體存在自穩(wěn)能力差、裂隙發(fā)育的缺點(diǎn)。結(jié)合對該溶洞充填淤泥這一特點(diǎn)的考量，我們對該溶洞采取了超前大管棚預(yù)注漿法進(jìn)行處理。

處理方法：采用超前大管棚支護(hù)，大管棚長30 m，直徑為108 mm，外插角1°～3°，棚管間距30 cm。采用預(yù)留核心土臺階法開挖隧道，立鋼拱架，0.5 m/榀，搭建好管棚后使用42小導(dǎo)管進(jìn)行徑向的注漿工作，將小導(dǎo)管之間的間距控制在0.5 m、縱向的間距控制在1 m，依據(jù)梅花形做排布處理。一般使用水泥單液漿作為漿液，注漿壓為3.0 MPa～4.0 MPa，漿液水灰比為：W∶C=0.6∶1～0.8∶1。在初期支護(hù)完成之后，立即施作厚度50 cm的加強(qiáng)型二襯。需要注意的是，在施工中必須預(yù)埋110 mm的HPDE透水管，用Ω型排水管引出。

3 結(jié)語

在遵循隧道巖溶危害處理原則的基礎(chǔ)上，利用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段，針對溶洞的不同類型與危害性質(zhì)，采取綜合性的多種支護(hù)技術(shù)，通過對巖溶洞穴塌陷、巖溶突水突泥、巖溶堆積物等危害的有效治理，可以為隧道施工順利通過溶巖發(fā)育區(qū)，為山區(qū)公路隧道建設(shè)安全提供了有力的保障。