山區(qū)隧道巖溶處理技術(shù)研究

周晉

（中鐵十四局集團建筑工程有限公司，濟南250000）

1 引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展，西南地區(qū)鐵路網(wǎng)建設(shè)進入高速發(fā)展時期，隧道成為山區(qū)鐵路必不可少的選擇。在巖溶隧道施工中采取何種方案安全、快速地處理溶洞，提高巖溶隧道施工技術(shù)水平，成為一項關(guān)鍵技術(shù)。本文結(jié)合工程實例介紹了在新建黔張常鐵路施工過程中各種溶洞的處理方案。

2 工程概況

新建黔江至張家界至常德鐵路位于湘西北、鄂西南和渝東南交界地帶，線路自渝懷鐵路黔江站引出東行，通過區(qū)地形起伏較大，山勢陡峻，呈峽谷地貌景觀。隧道總長8.65km，均為I級鐵路雙線隧道。隧址區(qū)各種巖溶形態(tài)發(fā)育不規(guī)律，施工中遇到溶洞、溶腔（槽）等風(fēng)險較大。

3 溶洞處理措施

隧道施工過程中揭示多處溶洞，均無長流水，根據(jù)溶洞形態(tài)、與隧道結(jié)構(gòu)相對位置采取了以下不同方案處理，取得良好的效果[1]。

3.1 拱頂、側(cè)壁無充填溶洞處理

DIK55+860掌子面從左到右揭示有2處溶洞，掌子面左側(cè)拱腰揭示溶腔縱向長約5m、結(jié)構(gòu)外寬約6m，拱頂以上高約2m，洞頂有線狀滴水；右側(cè)拱腰揭示的溶腔寬約2～7m、拱頂以上高約3m，延伸至結(jié)構(gòu)外7m，向下深約20m，局部滴水。針對該處溶洞采取以下處理措施：

1）對掌子面左側(cè)溶腔采取C20（混凝土強度等級）混凝土分層回填，巖溶洞洞壁設(shè)置1根φ200mm打孔波紋管，波紋管采用土工布包裹，管口接入隧道側(cè)溝。

2）右側(cè)溶洞基底采用C20混凝土回填密實，回填至內(nèi)軌頂以下1m；內(nèi)軌頂以下1m以上位置，在隧道輪廓線以外3m做混凝土擋墻，擋墻頂高于拱頂2m；沿洞壁設(shè)置3根φ200mm打孔波紋管，波紋管采用土工布包裹，管口接入隧道側(cè)溝，如圖1所示。

3.2 貫通地表與基底無充填溶洞處理

DIK55+125上臺階掌子面左右側(cè)各揭示一豎向發(fā)育溶洞，如圖2所示，該溶洞從DK55+128開始發(fā)育，沿洞身往小里程延伸至DK55+ll0段繼續(xù)發(fā)育，呈底部相連通的2個豎向發(fā)育的近橢圓狀溶洞，均無充填，局部洞壁及洞頂有滴水。其中右側(cè)溶洞自拱頂開始豎向發(fā)育，橫向?qū)捈s11m，已出線路右側(cè)邊墻結(jié)構(gòu)范圍2m，豎向深度大于30m；左側(cè)溶洞自地表豎向發(fā)育，與地表落水洞相連通，橫向?qū)捈s6m，隧底以下發(fā)育深度大于30m。經(jīng)地面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該掌子面里程附近地表豎向發(fā)育3個近圓狀落水洞，直徑為1～25m，經(jīng)測距儀測量最深為86m，其中有1處落水洞直接與隧道洞身右側(cè)溶洞相連。針對該處溶洞采取以下處理措施：

圖1 回填處理示意圖

1）基底以下5m范圍內(nèi)溶洞采用C20片石混凝土回填，其余采用洞砟回填。

2）拱頂以上溶腔設(shè)2m厚C20混凝土護拱并在護拱以上設(shè)置3m的廢舊輪胎緩沖層；沿溶洞豎向布置2根φ400mm打孔波紋管作為排水通道，管口及管身包裹土工布，波紋管一端高于緩沖層頂面50cm，另一端引入溶洞底。

3）溶洞地表落水洞口邊界以外1m沿洞口施做一圈I25鋼圍檁，并在其上沿橫向（短邊方向）設(shè)置I25型鋼橫梁間距50cm，縱向采用φ22mm連接鋼筋連接，間距100cm，型鋼及連接鋼筋表面涂兩層防銹漆，在型鋼上敷設(shè)一層φ16mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm。吊裝底模板現(xiàn)澆30cm厚C25混凝土板。

4）DIK55+110～DIK55+132段基底上部采用梁+板跨通過，DIK55+120掌子面處120°增設(shè)φ89mm×12m中管棚，如圖3所示。

5）DIK55+120～DIK55+110段上、中臺階拱腳連接處沿縱向增設(shè)兩根I20工字鋼縱粱，上、中臺階拱腳處增設(shè)兩根φ89mm鎖腳錨管，深入基巖不小于4m。

3.3 基底裂隙型巖溶處理

DIK51+416～DIK51+467段上、下臺階開挖過程中揭示多處大小不一的封閉型半/無充填型小型溶腔，底部均以溶隙形態(tài)繼續(xù)向下延伸。根據(jù)探孔結(jié)果，DIK51+416～DIK51+467段基底當(dāng)前開挖面（高程：796.76m）以下約14.3m范圍內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖溶發(fā)育，其中 2.7～14.3m（高程：794.06～782.46m）范圍內(nèi)巖溶形態(tài)多為大型溶隙，局部為溶腔，規(guī)模一般為0.2～1.0m，揭示最大規(guī)模為3.3m，以無充填為主，局部為黏性土半充填，且局部灰?guī)r巖溶化極嚴(yán)重，鉆進過程有卡鉆現(xiàn)象，14.3m（高程：782.46m）以下巖體較完整，巖溶弱發(fā)育[2]。針對該處基底裂隙型巖溶采取以下處理措施：

1）DIK51+416～DIK51+467段采用φ89mm鋼花管注M10（砂漿強度等級）水泥砂漿，復(fù)注水泥漿，鋼花管間距2.25m，梅花形布置，鋼花管深入溶隙底以下1m。鋼花管管壁預(yù)留φ10mm注漿孔，間距1.5m梅花形布置。

2）注漿采用“先周邊、后中間”原則，防止漏漿。鉆孔過程中遇到較大溶腔，先用M10水泥砂漿回填密實，后注水泥漿。

3）注漿終壓2.0MPa，注漿達(dá)終壓后穩(wěn)壓10min，且注漿速度不大于10L/min，方可結(jié)束注漿。

圖2 現(xiàn)場溶洞形態(tài)

圖3 梁板跨越處理示意圖

3.4 巖溶隧道施工注意事項

巖溶隧道施工注意事項包括：（1）巖溶隧道施工應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)報納入工序管理，地質(zhì)雷達(dá)、TSP等物探技術(shù)結(jié)合超前水平鉆、加深炮孔等盡可能準(zhǔn)確探出溶洞發(fā)育形態(tài)、大小、位置、是否有水，根據(jù)預(yù)報結(jié)果決定是否揭示，做到“不探明、不開挖”。（2）加強洞內(nèi)監(jiān)控量測，對洞內(nèi)圍巖拱頂沉降、水平收斂、初支變形及溶腔穩(wěn)定性進行實時監(jiān)控，預(yù)防施工處理過程中安全事故的發(fā)生。（3）溶腔處理過程中必須對原有過水通道進行保留，不得堵塞。

4 結(jié)語

通過以上所述類似處理措施，施工過程中所揭示溶洞均得以安全、快速處理，未產(chǎn)生質(zhì)量缺陷問題。巖溶發(fā)育千變?nèi)f化且具有不可預(yù)知性，本文所述僅為部分巖溶存在形式，針對不同的巖溶問題，需要在施工中進行更多的總結(jié)提高。