甕馬鐵路隧道巖溶處理綜合施工技術(shù)

崔文鎮(zhèn)

（中鐵二十局集團第六工程有限公司，陜西西安 710032）

1 工程概況

甕馬鐵路楊柳井隧道全長1 780 m，起訖里程DK86+665～DK88+445，為單線鐵路隧道，位于云貴高原侵蝕構(gòu)造中低山區(qū)。隧道經(jīng)過地段地形多樣、地質(zhì)復(fù)雜，穿越地層主要為灰?guī)r、頁巖、砂巖、泥頁巖夾煤層、白云巖、可溶巖與非可溶巖接觸帶、地下古暗河等。隧址區(qū)地下水的主要補給來源為大氣降水、地表水的直接入滲，隧道正常涌水量為63 200 m3/d，雨洪期最大涌水量126 000 m3/d。施工中遭遇可溶巖、斷層、溶腔、煤系地層概率極高，可能存在突泥、塌方、突水和有害氣體等風(fēng)險。

2 隧道巖溶區(qū)地質(zhì)綜合預(yù)報技術(shù)

2.1 預(yù)報原則

（1）綜合預(yù)報。

前期勘察難以完全查明存在的地質(zhì)問題，為避免施工中因盲目掘進帶來安全事故，必須做到先探后掘。超前地質(zhì)預(yù)報要遵循以地質(zhì)分析為主線、物探方法為手段、多種方法相互印證補充，注重預(yù)報成果與開挖實際對比分析。

（2）方法選擇。

選擇合理、可靠、經(jīng)濟的超前地質(zhì)預(yù)報方法，及時、準(zhǔn)確判斷，最大限度規(guī)避隧道施工風(fēng)險，通常采用地表和洞內(nèi)、長短距離和地質(zhì)法、物探法、鉆探法相結(jié)合的原則。

（3）工序管理。

隧道施工中，強化以人為本的理念，做到“有疑必探、先探后挖、不探不挖、探后慎挖”的探挖原則，建立未進行超前預(yù)測預(yù)報不許工人進洞和工人有權(quán)拒絕進洞的施工安全體制。

2.2 預(yù)報方法分類

楊柳井隧道施工中所采用的物探法如表1所示。

表1 楊柳井隧道地質(zhì)預(yù)報組合

（1）地質(zhì)調(diào)查法。

勘察位于隧道地表的地層與巖性之間出露、接觸關(guān)系，尤其是要熟知并確認(rèn)標(biāo)志層；了解地表巖溶發(fā)育位置、分布規(guī)律及規(guī)模，并在此基礎(chǔ)上探究其與隧道的空間關(guān)系。

洞內(nèi)地質(zhì)素描針對對象主要為掌子面和洞身地質(zhì)，通過對地層巖性、特殊地層等進行氣象與水文觀測后，以此為基礎(chǔ)來科學(xué)專業(yè)地判斷處洞內(nèi)涌水與降雨、地表徑流關(guān)系。

（2）物探法。

本工程主要利用了彈性波反射法，在不均勻地質(zhì)體中，利用人工所激發(fā)的聲波與地震波進行探測，并根據(jù)產(chǎn)生的反射波不同特性實現(xiàn)預(yù)報，以更好地把控隧道開挖工作前方狀態(tài)，通常用以查找地質(zhì)構(gòu)造、劃分地層界線、探測不良地質(zhì)體厚度及范圍等工作。

（3）電磁波反射法。

電磁波反射法需要使用地質(zhì)雷達(dá)探測，利用地質(zhì)雷達(dá)探測后所產(chǎn)生的電磁波，對隧道開挖工作面前方巖體中進行傳播與反射，根據(jù)反射脈沖波走時和傳播的速度實現(xiàn)超前地質(zhì)預(yù)報。

（4）紅外探測法。

鑒于物質(zhì)都會向外輻射紅外電磁波原理，紅外探測法以接收和分析紅外輻射信號為基礎(chǔ)來進行超前地質(zhì)預(yù)報。該方法通常都被用以判斷探測點前方有無水體存在，若水體存在則可明確出其所在方位，但其無法探測出水體相關(guān)參數(shù)（如水量大小等）。

（5）高分辨直流電法。

不同于紅外探測法僅可以探測出水體方位，高分辨直流電法以巖石電阻率差異為基礎(chǔ)，可探測出地層所蘊含地下水體位置及含水量大小等參數(shù)，一般適用于斷層破碎帶、溶隙、溶洞、暗河等地質(zhì)的地下水探測工作。

在實際工作中，為了保證探測結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)根據(jù)具體地質(zhì)情況，結(jié)合不同風(fēng)險等級組合使用物探方法。

2.3 超前鉆探法

（1）超前地質(zhì)鉆孔。

在超前地質(zhì)鉆孔施工過程中，使用單孔水平取巖芯鉆探法，根據(jù)不同地質(zhì)實際情況決定是否需要鉆孔取芯。為了及時發(fā)現(xiàn)中近距離物探超前探測異常地段，超前探測20～30 m后，實行每25 m一循環(huán)鉆孔施工工作，每個孔長30 m。

（2）加深炮眼。

實現(xiàn)對前方圍巖地質(zhì)情況的探查，可加深隧道在開挖工作面上炮眼鉆孔。每一循環(huán)鉆設(shè)炮眼時，需要布設(shè)3～5個鉆孔，還需要加深3 m以上，以此作為探測孔。

楊柳井隧道施工中采用的鉆探方法如表2所示。

表2 楊柳井隧道地質(zhì)預(yù)報超前鉆探法選取

2.4 隧道內(nèi)巖溶預(yù)報最有效的方法

經(jīng)過楊柳井隧道巖溶長期的超前地質(zhì)預(yù)報資料的分析與評判，結(jié)合掌子面揭示的地質(zhì)信息，發(fā)現(xiàn)每一種超前探測方法都具有局限性，綜合超前探測才相互驗證與補充。超前地質(zhì)鉆探和加深炮眼對溶腔探測起到?jīng)Q定性作用，直觀明了；TSP法有局限性，僅限于掌子面正前方規(guī)模大的不良地質(zhì)體，對開挖線外或小范圍不良地質(zhì)難以探測；其余地質(zhì)預(yù)報方法效果較差。

3 巖溶處理施工技術(shù)

3.1 巖溶形態(tài)及類型

通過對楊柳井隧道施工中遇到的巖溶分析發(fā)現(xiàn)，決定運營安全的首要條件是巖溶與隧道的位置關(guān)系，其次是巖溶形態(tài)大小、充填物性質(zhì)及特征、涌水量大小和地質(zhì)構(gòu)造等。巖溶按照形態(tài)大小可分為洞穴型、裂隙型、管道型和大型溶洞型，按照填充物可分為充填型、半充填型、無充填型溶腔，充填物大部分為淤泥或泥土。

3.2 巖溶處理原則

楊柳井隧道巖溶發(fā)育、復(fù)雜多變，無規(guī)律，處理困難，施工中巖溶處理應(yīng)遵循“預(yù)測在先，處理在后；排堵結(jié)合，寧強勿弱”的原則。

3.3 巖溶處理關(guān)鍵點

（1）巖溶水通道在拱頂部位，如通過隧道排水系統(tǒng)無法滿足要求，必須恢復(fù)原通道并加強二襯。

（2）在邊墻或拱腰部位時，如充填溶腔較大且溶腔對二襯無結(jié)構(gòu)影響時，為避免回填浪費太大一般采用二襯后加支擋結(jié)構(gòu)預(yù)留空腔。

（3）在仰拱底部時，滿足巖盤≥5 m則底部溶腔可不予處理。需要處理時，維修或清淤有隱患，且極端雨季無法保障安全運營，一般不建議采用橋梁或倒虹吸方式過渡，通常改移通道或增加泄水洞進行處理。若為充填溶腔且非水系通道，則可采用橋梁、路基、托梁板等措施進行處理。

（4）巖溶水處理應(yīng)遵循“先排后堵、堵排結(jié)合、動態(tài)調(diào)整”的原則，圍繞著不影響隧道結(jié)構(gòu)安全展開處理方案。

4 巖溶通道處理技術(shù)實例

4.1 楊柳井隧道暗河通道處理

2012年2月29日楊柳井隧道進口上臺階施工至DK87+574時，在掌子面左側(cè)揭示暗河，走向與線路走向一致，隧道左邊墻位于暗河通道內(nèi)，DK87+592.5處暗河拐彎，在彎道處線路與暗河正交，相交處暗河寬10.5 m，在拱墻上2.5～3 m高處有水浸泡過的痕跡，表面有暗河帶來的填充物色澤，暗河底部覆蓋砂和卵石，部分地段有積水，暗河高4～8 m，寬1～11 m，中間局部有小的彎道，河道平緩，洞壁較穩(wěn)定，水力坡度小。施工后，DK87+574～920暗河通道均與正洞有交叉，沿著正洞開挖方向左側(cè)、右側(cè)和拱頂交替布置。

4.2 處理方案

（1）對DK87+574開挖護墻基礎(chǔ)施作3m厚的C30耐腐蝕性混凝土，基礎(chǔ)兩邊采用C20混凝土回填密實。

（2）為了確保隧道掌子面開挖掘進安全，在隧道最大開挖線外暗河處修筑一道底寬3.0 m、胸坡1∶0.2的C30混凝土護墻，護墻兩端應(yīng)嵌入基巖不小于1.0 m，護墻兩側(cè)各設(shè)置一排Ⅰ18型鋼，間距0.5 m，保護層厚0.1 m，橫向每隔0.5 m采用Ф22 mm鋼筋焊接在型鋼上。

（3）左側(cè)護墻支頂完成后，對護墻頂部與圍巖接觸裂縫露空部分用噴射混凝土及錨桿進行封閉處理。

（4）待正洞開挖完成后，根據(jù)巖溶及暗河揭示情況，在暗河與正洞交叉干擾400 m處向洞外施作長度為1 000 m的泄水洞，施工時不得影響村民正常飲水。

5 結(jié)語

楊柳井隧道在施工過程中，將隱伏巖溶探測作為一道工序，結(jié)合地質(zhì)素描及超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)開挖結(jié)果分析總結(jié)出適合喀斯特地貌的超前地質(zhì)預(yù)報。針對不同位置巖溶的技術(shù)處理是否滿足隧道結(jié)構(gòu)的要求總結(jié)通用技術(shù)，即采用巖溶與隧道的相對位置來進行歸類處理。楊柳井隧道在巖溶的準(zhǔn)確預(yù)報及和合理的處理方法下，加快了施工進度，降低了安全風(fēng)險，值得巖溶地區(qū)鐵路隧道的設(shè)計和施工借鑒。