公路隧道溶洞及其處治技術(shù)探討

龍烈偉

【摘 要】溶洞也就是巖溶洞穴，是在地下水和地表水流動(dòng)作用下及腐蝕下所產(chǎn)生的一種巖石洞穴，在公路隧道施工過(guò)程中，溶洞內(nèi)部懸空結(jié)構(gòu)就會(huì)在隧道結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)出相應(yīng)的不穩(wěn)定性。此外，溶洞還會(huì)產(chǎn)生涌水情況，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)和公路地表結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，所以在公路隧道施工當(dāng)中，若發(fā)現(xiàn)溶洞應(yīng)及時(shí)采取有效的措施進(jìn)行處理，將溶洞對(duì)隧道產(chǎn)生的不利影響降至最低。

【關(guān)鍵詞】公路隧道;溶洞;處治技術(shù)

【中圖分類號(hào)】U459.2;U455.49【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1674-0688（2021）01-0061-03

1 公路隧道溶洞常見病害及成因

1.1 突水、突泥

公路隧道在施工中，若是遇到巖溶環(huán)境，往往會(huì)有突水及突泥等隱患，對(duì)公路隧道施工有著很大的影響。在高壓狀態(tài)當(dāng)中，出現(xiàn)的突水、突泥情況對(duì)隧道會(huì)造成淹沒，從而會(huì)給施工人員的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成威脅。突水和突泥對(duì)隧道覆土層在效應(yīng)力及水壓方面會(huì)產(chǎn)生變化，并且會(huì)帶走溶洞當(dāng)中的充填物和地表泥沙，使地表出現(xiàn)下沉，嚴(yán)重的還會(huì)造成坍塌事故。

1.2 溶洞坍塌

溶洞對(duì)于隧道產(chǎn)生的不利影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：第一，溶洞頂板承載力不符合要求，在施工荷載作用下會(huì)出現(xiàn)頂板坍塌的情況;第二，溶洞當(dāng)中的充填物出現(xiàn)比較大的沉降，造成地基出現(xiàn)沉降。因?yàn)槿芏吹拇嬖冢淼涝陂_挖之后，圍巖收斂和位移釋放速度大于無(wú)溶洞的情況，溶洞隧道施工變形比較大，位移在釋放中有一定的瞬時(shí)性，也就是在開挖的瞬間會(huì)釋放非常大的位移，所以在溶洞隧道施工中需要做好超前支護(hù)[1]。

1.3 充填物失穩(wěn)

充填物失穩(wěn)主要和溶洞內(nèi)的充填物有著直接的關(guān)系。溶洞充填物是在地下水化學(xué)和物理的作用下所形成的，按照實(shí)際作用原理，可以將其分為化學(xué)沉積物和物理沉積物?；瘜W(xué)沉積物主要是由碳酸鈣等物質(zhì)形成，物理沉積物主要就是流入溶洞中的泥沙及土壤等，對(duì)于此類沉積物，其一般比較松散，并且空隙較大、含水量較高、穩(wěn)定性較差，在受到外界荷載的作用下沉積量比較大，容易導(dǎo)致溶洞因?yàn)橄虏恐瘟Σ怀浞侄霈F(xiàn)很大的沉積，從而導(dǎo)致坍塌情況出現(xiàn)[2]。

2 處理巖溶的原則

如果巖溶溶洞比較深或者比較大，在實(shí)際的處理當(dāng)中，不能直接采用堵的方式進(jìn)行處理，若是回填地基土體自身的承載力比較低，這樣就很難對(duì)隧道結(jié)構(gòu)承載力起到相應(yīng)的作用。在對(duì)巖溶處理中，可以使用橋梁結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)實(shí)施跨越式的設(shè)計(jì)，在確保巖層穩(wěn)定性基礎(chǔ)上進(jìn)行拱座與梁端的設(shè)置。有條件時(shí)，也可以進(jìn)行灌注混凝土基礎(chǔ)的設(shè)置，在完成后實(shí)施相應(yīng)的加固處理。若是公路隧道線路需要穿越一些比較大的溶洞，在實(shí)際的處理中就可以使用明洞結(jié)構(gòu)方式。在相應(yīng)的基礎(chǔ)條件上進(jìn)行加固處理，還可以采用錨索結(jié)構(gòu)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)和溶洞內(nèi)壁進(jìn)行合理的連接。

針對(duì)一些停止發(fā)育的溶洞，或者規(guī)模比較小的溶洞，在對(duì)其進(jìn)行封堵和填充中可以采用干砌片石及漿砌片石和混凝土。如果公路隧道需要對(duì)填充段進(jìn)行穿越時(shí)，就需要結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況做好勘察工作，同時(shí)做好相關(guān)的設(shè)計(jì)方案。若是隧道結(jié)構(gòu)底部位置的填充地基和實(shí)際承載需求不相符，可以進(jìn)行砌塊石和混凝土的換填，有效提升隧道結(jié)構(gòu)整體承載力。

3 公路隧道溶洞處治技術(shù)

3.1 做好隧道溶洞施工準(zhǔn)備工作

（1）在施工當(dāng)中，要對(duì)原材料如鋼筋、砂石和水泥等進(jìn)行嚴(yán)格把控，所有的施工材料只有通過(guò)檢驗(yàn)合格之后，才能夠應(yīng)用于工程施工中。

（2）施工中機(jī)械設(shè)備是很重要的機(jī)具，需要對(duì)風(fēng)管和空壓機(jī)合理調(diào)整，確保能夠有效使用。此外，需要和工程實(shí)際情況結(jié)合起來(lái)，調(diào)控機(jī)械設(shè)備數(shù)量。施工人員方面需要加強(qiáng)對(duì)施工技術(shù)和施工工藝的充分了解，加強(qiáng)對(duì)施工人員技能的培訓(xùn)，使其充分了解施工注意事項(xiàng)和安全措施，同時(shí)做好技術(shù)交底工作。

（3）監(jiān)控量測(cè)管理。在隧道施工管理當(dāng)中，可以采用新奧法對(duì)隧道工程進(jìn)行量測(cè)及觀察，為隧道施工奠定良好的基礎(chǔ)[3]。采用這種方法時(shí)，可以通過(guò)相應(yīng)的量測(cè)結(jié)果分析對(duì)掌子面實(shí)際情況進(jìn)行掌握，并且可以為后續(xù)掌子面的數(shù)據(jù)傳輸和施工創(chuàng)造條件。在實(shí)際的量測(cè)當(dāng)中，需要確保專業(yè)人員參與測(cè)量，只有這樣，才可以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。施工中可以對(duì)量測(cè)監(jiān)控方式進(jìn)行合理應(yīng)用，對(duì)圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度做好合理管理，為后續(xù)隧道施工奠定良好的基礎(chǔ)。在一般情況下，實(shí)施隧道量測(cè)監(jiān)控可以很好地掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，然而若是隧道地下水比較豐富，這樣測(cè)量的結(jié)果很難保證隧道施工的安全，主要是因?yàn)榈叵滤畷?huì)因?yàn)楫?dāng)?shù)貧夂蜃兓l(fā)生變化，若是在雨季或者暴雨季節(jié)施工，就需要做好相應(yīng)的安全準(zhǔn)備工作，使隧道施工安全。

3.2 隧道開挖及支護(hù)

在對(duì)隧道開挖過(guò)程中，若是隧道開挖到和隧道溶洞接近時(shí)或者斷層破碎帶時(shí)，就需要做好相應(yīng)的支護(hù)工作，按照地質(zhì)預(yù)防當(dāng)中隧洞規(guī)格和填充物對(duì)其判斷，使用相關(guān)支護(hù)對(duì)策。隧道溶洞地質(zhì)水文數(shù)據(jù)是非常重要的判斷依據(jù)，若是隧道溶洞當(dāng)中的填充物為飽和水等，就必須做好排水。若是隧道前段水量比較大，就需要對(duì)排水進(jìn)行限量。加強(qiáng)隧道支護(hù)安全，對(duì)于爆破施工中的相關(guān)爆炸物藥劑量做好控制，只有在確保支護(hù)效果和地質(zhì)水文條件符合要求時(shí)，才能夠進(jìn)行開挖。

在支護(hù)施工當(dāng)中，在一些新開挖的施工輪廓面需要進(jìn)行混凝土材料的噴射，在縱向位置當(dāng)中進(jìn)行鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)置。二襯一般使用素混凝土結(jié)構(gòu)，主要是為了確保結(jié)構(gòu)可以起到良好的支撐作用，提升穩(wěn)定性。在測(cè)量放線中，需要將拱頂中心線作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對(duì)于小導(dǎo)管錨桿需要做好標(biāo)記處理。在鉆桿施工中，需要按照設(shè)計(jì)方案對(duì)鉆孔位置做好確定，通常在隧道120°范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，間距保持在0.4 m，使用人工鉆孔的方法，在完成鉆孔之后需要將孔內(nèi)及時(shí)清理，確保不會(huì)有雜質(zhì)存在。在插管之前需要將小導(dǎo)管準(zhǔn)備好，并且在鋼架腹部進(jìn)行小導(dǎo)管的插入，在這些工序完成之后需要做好鋼支撐焊接和導(dǎo)管尾端施工，并且將錨桿直接插入洞底部，

在小導(dǎo)管止?jié){閥位置和注漿管進(jìn)行連接，然后進(jìn)行漿液的合理配置，在完成制作之后進(jìn)行注漿施工。這個(gè)過(guò)程需要和相關(guān)工藝規(guī)范要求相符合，施工順序也需要與注漿符合，注漿壓力一般保持在0.5～1.0 MPa，進(jìn)度需要小于10 L/min[4]。完成注漿后需要及時(shí)將閥門關(guān)閉，完成壓漿后需要及時(shí)回收所有的設(shè)備，保證施工現(xiàn)場(chǎng)清潔度符合要求。

3.3 隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)

在進(jìn)行溶洞區(qū)域穿越時(shí)，溶洞當(dāng)中填充物的移除對(duì)溶洞整體受力結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生影響，受力點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)集中，隧道對(duì)局部應(yīng)力進(jìn)行承載。并且，隨著隧道溶洞填充物的移除，還需要做好結(jié)構(gòu)支護(hù)工作，結(jié)合溶洞受力要點(diǎn)，合理選取支護(hù)方式，例如圓形內(nèi)輪廓支護(hù)等。在隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)當(dāng)中，需要重點(diǎn)關(guān)注的是受力結(jié)構(gòu)，防止對(duì)隧道產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的情況而出現(xiàn)安全事故，并且初期支護(hù)和后期支護(hù)需要合理地銜接，防止支護(hù)出現(xiàn)空白區(qū)域。

3.4 隧道防水及排水

在針對(duì)隧洞的處理當(dāng)中，若溶洞是由地下水所產(chǎn)生的，不能破壞地下水系統(tǒng)，不然會(huì)對(duì)隧道的整體結(jié)構(gòu)有很大的影響。在溶洞地下水排放當(dāng)中，需要確保溶洞腔壁的穩(wěn)定，若是排水比較快，也會(huì)造成溶洞腔壁壓力損失較快。在排水量的控制中，通常使用水壓表檢測(cè)。若是對(duì)溶洞地下水進(jìn)行封堵對(duì)隧道不會(huì)產(chǎn)生影響，可以采用封堵的方式，在有必要的情況下再實(shí)施排水措施。

3.5 輔助坑道

輔助坑道對(duì)于隧道安全和溶洞處理會(huì)起到非常重要的作用。在公路隧道施工中，要對(duì)輔助坑道進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使輔助坑道的作用很好地體現(xiàn)出來(lái)。輔助坑道不但能夠?qū)⑺淼朗┕みM(jìn)度提升，還可以為后期隧道溶洞排水起到很好的作用，在地質(zhì)預(yù)防當(dāng)中有著良好的意義。相對(duì)于掌子面的實(shí)際工作條件和通風(fēng)問題，輔助坑道可以起到通風(fēng)的作用。若是隧道施工中有相應(yīng)的安全事故產(chǎn)生，輔助坑道還可以起到人員救援和人員逃生的作用。在設(shè)計(jì)輔助坑道時(shí)，需要重視安全問題，提升公路隧道施工的安全性。

4 隧道巖溶處理施工風(fēng)險(xiǎn)管理策略

4.1 加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

在隧道巖溶處理中，安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是基礎(chǔ)內(nèi)容，也是施工風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)要點(diǎn)。管理人員需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別工作加強(qiáng)重視，將風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)確地識(shí)別出來(lái)，避免巖溶施工作業(yè)中所存在安全風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于已經(jīng)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)需要做好深入的分析，將其中存在的關(guān)聯(lián)點(diǎn)找出。①按照巖溶處理當(dāng)中巖漿等物質(zhì)數(shù)量和屬性對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源頭進(jìn)行查找;②對(duì)于已經(jīng)存在的風(fēng)險(xiǎn)做好合理的評(píng)估分析，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的必要條件進(jìn)行確定;③對(duì)之前獲得的風(fēng)險(xiǎn)因素做好量化處理，比如對(duì)支護(hù)變形及突水突泥等情況的發(fā)生率等進(jìn)行量化分析;④對(duì)于已經(jīng)確定可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因素和對(duì)隧道巖溶施工影響程度進(jìn)行確定，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來(lái)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行確定[5]。

4.2 做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

在隧道巖溶處理當(dāng)中，對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是確保隧道順利施工和事故降低的主要對(duì)策?，F(xiàn)階段，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)手段不斷在增多，分析方法也在逐漸朝著科學(xué)化方向發(fā)展，在一定意義上能降低管理人員的工作難度。在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程中，可以采用定量和定性結(jié)合的分析方式，保證數(shù)據(jù)的科學(xué)性、合理性，為隧道巖溶處理提供相應(yīng)的評(píng)估方式，確保風(fēng)險(xiǎn)管理能夠落實(shí)到位?，F(xiàn)階段，在隧道巖溶風(fēng)險(xiǎn)處理中，主要采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。因?yàn)椴煌钠髽I(yè)發(fā)展?fàn)顩r不同，所以在針對(duì)隧道巖溶風(fēng)險(xiǎn)分析當(dāng)中，很多都是采用經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但是采用單純的經(jīng)驗(yàn)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估存在很大的局限性，不能確保風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的合理性。在此基礎(chǔ)上，就需要加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用，使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方式的合理性和一致性符合要求。

4.3 加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在溶洞處理當(dāng)中，在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和評(píng)估之后，還需要結(jié)合實(shí)際情況做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作，按照事故可能發(fā)生的概率和結(jié)果做好合理的評(píng)價(jià)，為施工事故的預(yù)防和應(yīng)對(duì)奠定良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，在隧道巖溶處理當(dāng)中，使用比較多的方法是事故分析法、故障樹分析法和檢查表分析法，這些方法在實(shí)際的應(yīng)用中主要是對(duì)相關(guān)的影響因素實(shí)施綜合分析和評(píng)價(jià)，并對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)可能產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行合理確定。

4.4 做好風(fēng)險(xiǎn)處理

在整體風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，風(fēng)險(xiǎn)處理是非常重要的工作，也是確保隧道巖溶施工安全的基礎(chǔ)性工作。首先，在隧道巖溶處理施工中，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估、評(píng)價(jià)后，需要按照其結(jié)果對(duì)危害施工因素進(jìn)行總結(jié)，同時(shí)采用科學(xué)合理的方式對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和有效規(guī)避;其次，在風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，為了防止突發(fā)事故對(duì)隧道施工產(chǎn)生影響，管理人員需要采用科學(xué)合理的對(duì)策對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制，將人員和財(cái)產(chǎn)損失降低;再次，需要加大對(duì)隧道巖溶作業(yè)的優(yōu)化，并且通過(guò)保險(xiǎn)公司投保的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的合理轉(zhuǎn)移處理;最后，對(duì)于隧道巖溶處理中一些影響比較小的風(fēng)險(xiǎn)，可以采用風(fēng)險(xiǎn)保留的方法進(jìn)行處理。

5 結(jié)語(yǔ)

由于隧道巖溶自身不規(guī)則和比較隨意，因此在溶洞區(qū)進(jìn)行穿越時(shí)，工程難度比較大及成本較高，在隧道選址中應(yīng)盡可能地避免。對(duì)于可能有溶洞的區(qū)域，應(yīng)采用相關(guān)措施合理探查。針對(duì)施工當(dāng)中一些不規(guī)則的大型溶洞，需要采用科學(xué)合理的對(duì)策，結(jié)合具體問題進(jìn)行具體分析，確保措施安全、經(jīng)濟(jì)及有效。

參 考 文 獻(xiàn)

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