常規(guī)隧道巖溶的幾種處治措施綜述

陳 宏

(四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司，四川成都 610031)

喀斯特地貌是具有溶蝕力的水對可溶性巖石(大多為石灰?guī)r)進(jìn)行溶蝕作用等所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱為巖溶地貌，其形成原理為石灰?guī)r地區(qū)地下水長期溶蝕的結(jié)果。我國喀斯特地貌分布較廣、面積大，主要分布在碳酸鹽巖出露地區(qū)，其中以廣西、貴州、云南東部所占面積較大；喀斯特地貌主要特征體現(xiàn)在溶洞、天坑等地理現(xiàn)象，其地下形態(tài)多以溶洞、溶槽等呈現(xiàn)。

巖溶根據(jù)發(fā)展程度，可分為極強(qiáng)發(fā)育、強(qiáng)烈發(fā)育、中等發(fā)育、微弱發(fā)育四類。極強(qiáng)、強(qiáng)烈發(fā)育的巖溶在地下多以暗河或河系出現(xiàn)(以管道水為主)；中等發(fā)育巖溶在地下多以裂隙狀暗河呈現(xiàn)(以裂隙水為主)；微弱發(fā)育巖溶在地下多以溶隙為主，有少數(shù)落水洞、漏斗和巖溶泉。前兩類巖溶在前期勘探中較容易發(fā)現(xiàn)，施工前可制定相應(yīng)對策；因受勘探鉆孔數(shù)量、位置，勘探人員自身素質(zhì)的限制，以及巖溶在地下表現(xiàn)的特殊性，后兩類巖溶在前期勘探中較難發(fā)現(xiàn)，在施工過程中，常無征兆的突遇，輕則初支或掌子面坍塌，重則涌水突泥、冒頂，甚至導(dǎo)致人員傷亡，不但延誤建設(shè)工期，增加建設(shè)成本，同時還增加了建設(shè)管理難度。本文結(jié)合廣西某隧道各巖溶案例的處治方案，總結(jié)了常規(guī)巖溶處于隧道不同部位的處治措施。

1 工程概況及地質(zhì)簡述

本文隧道位于在建的雙向六車道城市快速路上，平面布置為小凈距，縱向設(shè)置為人字坡，建筑限界尺寸為13.75 m×5.00 m，內(nèi)輪廓尺寸為15.13 m×9.69 m，是該快速路建設(shè)的控制節(jié)點(diǎn)工程。隧址區(qū)處于廣西喀斯特地貌地區(qū)，洞身圍巖以微風(fēng)化灰?guī)r、微風(fēng)化含硅質(zhì)灰?guī)r、微風(fēng)化含泥炭質(zhì)、硅質(zhì)灰?guī)r夾硅質(zhì)巖為主，巖體較為完整，但場區(qū)屬巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層中較易發(fā)育溶蝕溝槽、溶洞等不良地質(zhì)。

據(jù)K2+920～K3+060段工點(diǎn)勘察，隧道圍巖為可溶巖，且揭露有多個溶洞，可能發(fā)生涌(突)水、泥現(xiàn)象，旱季一般無地下水，雨季地表水下滲會形成分布不均勻的裂隙水，地下水可能呈點(diǎn)狀或線狀滲入隧道。揭露溶洞分別位于隧道中夾巖墻、拱頂、仰拱底等部分，其規(guī)模大小、充填情況不一，有以串珠狀出現(xiàn)，有以獨(dú)立溶洞出現(xiàn)。

2 巖溶坍塌及處治概述

2017年4月14日，隧道左線里程K3+071～K3+070段1部開挖完成后(采用人工配合機(jī)械開挖)，正在進(jìn)行鋼架安裝施工時，掌子面拱部土體出現(xiàn)坍塌，隨后情況進(jìn)一步加劇，從拱頂一直貫穿到地表，坍塌體從掌子面涌出，在地面形成一個長約3 m，寬4 m，深15 m的塌腔。

同時，在隧道右線里程YK3+074～YK3+073段1部開挖完成后(采用鉆爆法開挖)，現(xiàn)場進(jìn)行噴錨封閉巖面并準(zhǔn)備鋼架安裝施工時，掌子面拱部右上側(cè)土體發(fā)生滑塌，隨后情況進(jìn)一步加劇，坍塌體從掌子面涌出，由于覆蓋層埋深較淺，滑塌造成YK1+066處地表沉陷約2～4 m。

針對上述巖溶涌泥、坍塌，現(xiàn)場迅速采用回填反壓封閉掌子面，同時對地表坍腔進(jìn)行封水處理；隧道內(nèi)巖溶涌、突泥段采用中管棚注漿短臺階法開挖通過，并對初期支護(hù)外側(cè)采用Φ42注漿加固，型鋼采用HW200×200。

3 常規(guī)巖溶處理措施

3.1 常規(guī)中、小型溶洞處理

3.1.1 充填型溶洞

(1)對隧道拱部發(fā)育的中、小型溶洞，加強(qiáng)拱部超前支護(hù)，采用Φ51自進(jìn)式錨桿，單根長度9 m，有效搭接長度不小于3 m；同時，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適當(dāng)清淤后預(yù)埋注漿管并泵送C20混凝土充填。

(2)對隧道側(cè)墻處發(fā)育的中、小型溶洞，先對充填物進(jìn)行清除處理，而后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

(3)對隧道仰拱基底發(fā)育的中、小型充填型溶洞軟弱基礎(chǔ)。

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①小型溶洞則先清除軟弱充填物，其后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

②中型溶洞則先采用Φ70鋼花管注漿加固軟弱充填物，其后對仰拱底部2 m范圍內(nèi)進(jìn)行換填，形成復(fù)合地基，提高基底承載力，從而保證襯砌結(jié)構(gòu)的安全。

3.1.2 空洞

(1)空洞位于隧道拱部，采用超前支護(hù)結(jié)合鋼架的防護(hù)形式，在鋼架背后澆筑2.0 m厚護(hù)拱，并對護(hù)拱背后進(jìn)行壓砂充填。

(2)空洞位于隧道側(cè)墻，先在側(cè)墻外修筑C20混凝土擋墻，再對側(cè)墻背后進(jìn)行回填。

(3)空洞位于隧道底部，采用C20混凝土或片石混凝土對底部空洞進(jìn)行回填處理，如有排水通道，則應(yīng)先預(yù)埋排水導(dǎo)管。

3.2 大型溶洞處理

3.2.1 充填型溶洞

(2)邊墻發(fā)育大型溶洞。當(dāng)隧道側(cè)墻處發(fā)育有大型溶洞，先對側(cè)墻外一定范圍內(nèi)清除充填物，而后在側(cè)墻外修筑C20混凝土擋墻，同時應(yīng)在清淤區(qū)域及擋墻內(nèi)預(yù)埋排水管道后再進(jìn)行回填。

(3)仰拱下方發(fā)育大型溶洞。當(dāng)仰拱下方發(fā)育有較大規(guī)模充填型溶洞時，先對溶洞采用Φ108鋼管樁注漿加固，樁長及間距應(yīng)根據(jù)溶洞的情況具體確定，但應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)基底承載力要求，其后在樁頂施作C30鋼筋混凝土基礎(chǔ)，形成復(fù)合承載力基礎(chǔ)。

3.2.2 空洞處理

(1)空洞位于拱頂?？斩次挥谒淼拦安浚捎么髣偠鹊匿摷?，大直徑超前管棚進(jìn)行支護(hù)，拱頂以上澆注C20混凝土護(hù)拱，厚度不小于2.0 m，護(hù)拱之上壓砂或輕質(zhì)泡沫混凝土充填，并加強(qiáng)二襯結(jié)構(gòu)。

(2)空洞位于兩側(cè)邊墻，則在襯砌以外砌筑C20混凝土護(hù)墻，厚度不小于10 m，如有排水通道，則先預(yù)埋排水導(dǎo)管。

(3)空洞位于仰拱下方，先預(yù)埋排水管道，其后采用片石和級配碎石回填，頂部回填C20混凝土，厚度不小于3 m；若空洞位于仰拱單側(cè)，則在仰拱底部空洞側(cè)設(shè)置托梁加固，確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.3 巖溶涌、突泥處理

3.3.1 超前地質(zhì)預(yù)報和超前注漿

以工程地質(zhì)綜合分析為核心，直接探測與間接探測相結(jié)合，現(xiàn)場量測與室內(nèi)分析相結(jié)合，由初步探測到詳細(xì)探測，必要時采用超前鉆孔予以驗(yàn)證,制定詳盡的超前預(yù)報方案。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報結(jié)果，對穿越富水程度和規(guī)模較大以及風(fēng)險高的溶洞軟塑充填物段落，先采用全斷面深孔預(yù)注漿進(jìn)行加固后，再進(jìn)行開挖。注漿材料可采用純水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿等。

3.3.2 本項(xiàng)目涌、突泥處治措施

(1)在隧道K2+852處發(fā)生涌泥后，迅速從洞外運(yùn)渣回填，對掌子面進(jìn)行反壓，避免出現(xiàn)二次坍塌。

(2)在觀察涌突泥無進(jìn)一步擴(kuò)大趨勢后，在掌子面前方回填區(qū)域施做操作平臺，同時布置監(jiān)控量測觀測點(diǎn)。

(3)沿隧道環(huán)向，在開挖輪廓外側(cè)的涌突泥范圍內(nèi)打設(shè)Φ76鉆桿式管棚(管棚尾端固定于初支鋼架)，對掌子面前方注漿加固，管棚環(huán)向、縱向范圍均嵌入完整巖石不少于1 m，鉆桿管棚環(huán)向間距40 cm。

(4)注漿完成后，采用短臺階法開挖，嚴(yán)禁爆破或劇烈擾動。初支鋼架調(diào)整為H型鋼(HW200×200)，預(yù)留變形量調(diào)整為30 cm，鋼架在施做過程中迅速落底或閉合成環(huán)，每榀鋼架在拱腰、拱腳各施設(shè)2根6 m長Φ76大鎖腳，鎖腳錨管合力方向與初支軸線方向成20°夾角。

(5)待初期支護(hù)完成后，對溶洞部位打設(shè)Φ42注漿小導(dǎo)管，進(jìn)行徑向注漿加固，注漿小導(dǎo)管單根長4.5 m，平面按梅花型布置，漿液采用水泥漿。

(6)坍塌段及影響范圍內(nèi)加密監(jiān)控量測斷面,及時采集、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)；可視情況對此段采取提前施做二次襯砌的措施確保安全。

(7)施工過程中嚴(yán)格按照“短進(jìn)尺，弱爆破”的原則施工，以確保安全。

4 結(jié)束語

(1)巖溶地區(qū)巖溶發(fā)育程度及規(guī)模大小不一，前期勘察過程中較難查明，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報，采用多種預(yù)報手段相結(jié)合的方式，探明巖溶的具體情況。

(2)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，及時反映圍巖變化情況，確保施工安全。

(3)溶洞位于隧道不同部位、規(guī)模大小不一、充填情況不一，其處理措施亦存在一定差異，不同項(xiàng)目尚應(yīng)根據(jù)具體情況制定針對性的處治措施。

(4)本文主要結(jié)合本項(xiàng)目遇到的巖溶情況對處治措施進(jìn)行綜述，其他項(xiàng)目在參考借鑒的同時，尚應(yīng)根據(jù)遇到巖溶的具體情況制定專項(xiàng)處理方案。