地鐵隧道施工中遇含水溶洞的處理措施

公曉偉GONG Xiao-wei

（中鐵十四局集團(tuán)，濟(jì)南250000）

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況 貴陽軌道交通一號線蠻坡站～安云車站區(qū)間線路出暗挖車站后，先后下穿尖坡山、市北路、黔靈半山，進(jìn)入暗挖車站—安云路站。本區(qū)間隧道整體埋深較大，隧道拱頂埋深38～159m，設(shè)計起訖里程為YDK19+415.3～YDK21+263.57，長度1848.27m。全隧結(jié)構(gòu)為雙洞單線形式，均采用礦山法施工。本隧道施工通過市北路斜井向兩端車站施工。

市北路斜井進(jìn)洞口位置設(shè)在區(qū)間隧道DK20+195 左側(cè)約150m 洗車場內(nèi)，斜井設(shè)計為雙車道無軌運(yùn)輸斜井，起訖里程為：XDK+349～XDK+000，全長349m，坡度9.9%，與正洞正交里程為ZDK19+900。承擔(dān)的施工任務(wù)：從交叉口向小里程方向經(jīng)蠻坡站到雅關(guān)隧道YDK18+000 分界點(diǎn)掘進(jìn)1900m，向大里程方向經(jīng)中間風(fēng)井到安云路站區(qū)間分界點(diǎn)需掘進(jìn)1363.57m。該施工區(qū)間長度長（3263.57m）、坡度大（2.7%），尤其是大里程的反坡排水的工作難度極大。

1.2 斜井溶洞概況 2014年3月5日，在開挖到市北路斜井XDK0+267 時，右側(cè)拱墻處顯現(xiàn)出一處直徑約3m的空洞，向右前方發(fā)育，底部水量較大。經(jīng)詳細(xì)勘測：溶洞向右前方發(fā)育8m 后，沿斜井走向繼續(xù)發(fā)育；水深大約有1.5m，水質(zhì)較清無雜質(zhì)；底部存在大量淤泥深度不詳；溶洞壁及頂度都有水流沖刷的痕跡，部分邊墻上存在黃色粘土；經(jīng)過抽水探測，溶洞中的水連通到較遠(yuǎn)的地方，特別是在雨后，水量較大，有活水補(bǔ)充，可淹沒整條隧道，對下游施工帶來重大安全隱患。（其溶洞情況見圖1）

由于當(dāng)時為旱季，洞內(nèi)水位低再加上水流向及來源不明，沒有立即對溶洞進(jìn)行封堵處理，只是進(jìn)行觀察。但在5月份貴陽進(jìn)入雨季，分別在5月9日及5月25日溶洞發(fā)生涌水事件，由于當(dāng)時還沒進(jìn)入正線施工，溶洞的涌水淹沒了斜井下游的整個掌子面，隨著正線的施工尤其是大里程方向的反坡施工，一旦出現(xiàn)涌水倒灌掌子面現(xiàn)象，安全隱患大大增加，后果不堪設(shè)想。因此如何正確的處理XDK0+267 溶洞成為影響整個隧道的安全和進(jìn)度的重中之重。（溶洞位置斷面圖如圖2，涌水倒灌掌子面情況見圖3）

圖1 溶洞照片

圖3 溶洞涌水倒灌掌子面情況

2 處理方案的選擇

結(jié)合以往隧道溶洞處理經(jīng)驗及現(xiàn)場施工情況，我們提出了多種處理方案（見表1）。

由于整個車站區(qū)間隧道多穿行于中風(fēng)化巖層內(nèi)，地下水主要為巖溶裂隙水，順巖溶管道或巖溶裂隙帶向場區(qū)巖溶洼地排泄，地下水位在軌面以上，將對隧道圍巖穩(wěn)定性造成一定影響。通過與設(shè)計單位的溝通，多次會議商討，經(jīng)過現(xiàn)場幾次的大雨發(fā)生倒灌掌子面的風(fēng)險，選擇采用方案三的溶洞處理措施。

表1 封堵方案對比

3 溶洞處理方案

3.1 處理方案的選擇原則 ①安全性，確保施工安全和運(yùn)營安全。②可操作性強(qiáng)，要充分考慮現(xiàn)場機(jī)械裝備狀況和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。③靈活性好，根據(jù)斷面形狀和尺寸，因地制宜選擇施工方案，而不局限于固定的模式，一旦一種方案不能實(shí)施或?qū)嵤┬Ч顣r，能較好地轉(zhuǎn)換為替代方案。④具有可連續(xù)性，能兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進(jìn)行施工工藝、工序的轉(zhuǎn)換。⑤經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，即在保證安全、質(zhì)量及不破壞環(huán)境的條件下的投入最節(jié)約。

3.2 溶洞施工技術(shù) 根據(jù)斜井巖溶發(fā)育特點(diǎn)，結(jié)合隧道工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和受力特征，XDK0+267 溶洞采取了“封堵”和“排水”相結(jié)合的處理方式，即用混凝土對含水較大的溶洞進(jìn)行封堵的同時預(yù)留管道和水泵及時排放。具體施工步驟如下：①在溶洞水位最深處放置2 臺潛水泵排水，清理溶洞底部碎石及淤泥，對溶洞底部人工能到達(dá)的部分施工混凝土墊層，為下一步封堵提供基礎(chǔ)工作面；②人工清理溶洞壁上的軟弱巖層后施做砂漿錨桿，L=3m（外露50cm），間距0.75*0.75m，梅花型布置，對溶洞壁加固穩(wěn)定，同時起到溶洞原有圍巖和混凝土的連接作用；③溶洞內(nèi)側(cè)預(yù)埋安裝2 個7.5kW 的水泵，裝配好自動抽水裝置，同時用2 根φ100mm、壁厚8mm 的鋼管連接至洞外；④溶洞底部預(yù)埋安裝1 根φ200mm、壁厚8mm 的鋼管，在未封堵的底部鋼管在管壁鉆鑿間距為15cm 的直徑φ3cm 的進(jìn)水孔，梅花型布置，用鋼絲網(wǎng)包裹防止淤泥堵塞，鋼管連接至洞外。外部管壁上設(shè)置壓力閥及壓力表，實(shí)時掌握溶洞內(nèi)水位狀況及水的壓力情況；⑤溶洞口采用C25 混凝土封堵，封堵厚度為從溶洞口至溶洞底部1～1.5m 位置。（結(jié)構(gòu)圖如圖4）

圖4 現(xiàn)場含水溶洞簡易處理情況示意圖

圖5 溶洞封堵混凝土施工圖

3.3 溶洞處理效果分析 ①當(dāng)溶洞水位上漲且水量較小時，預(yù)留在洞里的水泵自動開啟抽水，將溶洞水排出洞外；②當(dāng)溶洞水位上升過快，預(yù)留水泵不能及時排水時，開啟200mm 水管上的壓力閥，將溶洞水通過自身壓力排出洞外；③當(dāng)排水管內(nèi)水流速過快壓力值過大時，啟用大功率離心泵將水排出洞外。

通過以上處理方案的實(shí)施，目前基本沒有出現(xiàn)因此溶洞涌水來不及排放發(fā)生隧道掌子面倒灌現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

隧道內(nèi)出現(xiàn)溶洞的處理措施是靈活多變的，不同的部位、不同的地質(zhì)情況、不同的地下水情況，處理措施是不一樣的。在處理溶洞時，必須因地制宜，不斷完善處理辦法。本案例通過對斜井出現(xiàn)的含水溶洞處理措施的正確選擇，解決了下游掌子面因溶洞涌水較大出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象造成危及掌子面施工人員的安全問題。溶洞處理時，切不可追求進(jìn)度，單方面的對溶洞進(jìn)行封堵。通過以上方案的實(shí)施，解決了后續(xù)施工帶來的安全風(fēng)險，也為今后遇到類似溶洞處理提供了經(jīng)驗借鑒。同時在確保施工按處理方案進(jìn)行施工的同時，還要注意處理方案與實(shí)際情況不符時，采取補(bǔ)充探測或進(jìn)一步制定方案，以免出現(xiàn)較大的安全隱患。