隧道溶洞處理技術(shù)與實施要點解析

梅道軍

（中鐵十五局集團(tuán)第三工程有限公司 四川成都 611730）

溶洞等復(fù)雜巖溶地質(zhì)形態(tài)給鐵路隧道工程的施工建設(shè)帶來了較大的難度，一旦處理不當(dāng)極易發(fā)生突泥突水等嚴(yán)重的安全事故。因此，在溶洞發(fā)育地區(qū)開展隧道工程的施工前，施工單位應(yīng)積極采用先進(jìn)的預(yù)報探測技術(shù)，準(zhǔn)確了解溶洞的實際大小、邊界范圍、地下水水位以及充填物狀態(tài)等信息，這樣才能根據(jù)溶洞的結(jié)構(gòu)特點來采取針對性的處理技術(shù)，對溶洞進(jìn)行充填加固等處理。同時，在處理施工過程中，施工單位還要嚴(yán)格控制各工序環(huán)節(jié)的技術(shù)要點，以保證隧道施工的安全，為鐵路工程順利實施奠定良好的基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)促進(jìn)鐵路工程沿線地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的目的。

一、隧道溶洞地質(zhì)探測超前預(yù)報技術(shù)分析

（一）應(yīng)用TST技術(shù)超前預(yù)報

應(yīng)用地震波探測技術(shù)能夠?qū)λ淼拦こ陶谱用骈_挖前方約150m以內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行超前預(yù)報，以準(zhǔn)確掌握前方是否有溶洞存在，且可以對溶洞的大小、位置以及形態(tài)特點進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)報[1]。

（二）應(yīng)用GPR技術(shù)超前預(yù)報

利用地質(zhì)雷達(dá)能夠根據(jù)雷達(dá)脈沖波在不同介質(zhì)中的反射以及折射圖像來分析掌子面前方的地質(zhì)情況，并判斷溶洞的大小、邊界等，是在隧道溶洞處理中常用的探測技術(shù)之一。

二、隧道溶洞處理技術(shù)分析

（一）富水溶洞的處理技術(shù)要點

1.溶洞排水鉆孔要點

在對富水型溶洞進(jìn)行處理時，如果充填物中僅有極少量黏土存在，且主要水源為地表下滲雨水、儲水量較低時，應(yīng)采用地表排水以及截水技術(shù)，并結(jié)合洞內(nèi)鉆孔技術(shù)來進(jìn)行排水處理[2]。施工時應(yīng)將溶洞與開挖面之間的距離控制在5m以上，且應(yīng)結(jié)合積水量以及排水孔水壓等因素來確定開挖技術(shù)方案[3]。如果采用反坡開挖技術(shù)處理時，應(yīng)根據(jù)水量以及排水孔能力來選擇抽水機的型號功率以及臺數(shù)，同時應(yīng)設(shè)置集水坑。

2.溶洞降壓釋能要點

當(dāng)富水型溶洞的充填容內(nèi)的壓力較高時，則應(yīng)選擇精確爆破技術(shù)來進(jìn)行釋能降壓。當(dāng)隧道為單線隧道時，由于溶腔水將從已完成開挖的隧道流出，因此只能在順坡隧道中采用該處理技術(shù)。如果隧道工程有平導(dǎo)隧道存在或者為雙線時，則可以利用平導(dǎo)以及其中一側(cè)隧道作為排水通道，并要將洞室的隔離封閉。在爆破施工時應(yīng)首先對溶洞內(nèi)進(jìn)行清理，撤離施工人員和相關(guān)的設(shè)備物資，同時要避免施工水電線路受到填充物涌出的影響。爆破時應(yīng)準(zhǔn)確控制用藥量，以確保爆破能夠一次成功。

3.溶洞降壓分水要點

如果富水型溶洞內(nèi)存在大量的充填水時且受客觀條件限制無法采用爆破釋能技術(shù)時，也可以采取開挖泄水洞的方式來引流溶洞內(nèi)的技術(shù)。泄水洞應(yīng)設(shè)置在隧道工程外側(cè)，并要設(shè)置好排水設(shè)施，以確保泄水順利，減少對工程周邊建筑以及環(huán)境的影響。這種處理技術(shù)由于需要開挖泄水的專用通道，所需要的施工周期相對較長且增加了施工成本，因此應(yīng)根據(jù)工程投資情況以及工期要求來進(jìn)行技術(shù)選擇應(yīng)用。

4.溶洞堵水注漿要點

如果富水型溶洞充填物主要是軟塑性以及流塑性物質(zhì)時，施工單位可以利用水泥砂漿來進(jìn)行注漿堵水處理[4]。在采用全斷面帷幕注漿技術(shù)施工時，施工單位應(yīng)按照自四周向中間逐步推進(jìn)的順序進(jìn)行注漿施工。在施工實踐中，施工單位也可以結(jié)合溶洞的實際長度來采取分段注漿等施工方式，分段長度應(yīng)控制在10m以上，且搭接長度應(yīng)達(dá)到5m以上。同時，施工單位在注漿處理完成后還應(yīng)通過現(xiàn)場試驗來檢測出水量等指標(biāo)參數(shù)，一般在完成注漿后檢查孔的出水量應(yīng)控制在2L/m左右，同時還應(yīng)利用孔內(nèi)成像等技術(shù)檢查孔穩(wěn)定性，并結(jié)合注漿量以及取芯分析結(jié)果等因素來綜合判斷注漿效果是否達(dá)到了設(shè)計要求。

5.溶洞結(jié)構(gòu)加固要點

在隧道富水型溶洞處理時還應(yīng)在溶洞內(nèi)設(shè)置縱向以及環(huán)向排水管道，以保證洞內(nèi)積水能夠順利排出。同時，施工單位應(yīng)按照施工要求將二襯厚度加大，并加密二襯鋼筋，以增強隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載性能，保證施工的安全。

（二）拱部溶洞的處理技術(shù)要點

1.小型拱部溶洞的處理技術(shù)要點

在對隧道拱部的小型溶洞進(jìn)行處理時，施工單位應(yīng)采取超前支護(hù)技術(shù)來增強支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)拱部溶洞比較小，且僅有少量充填物存在時，施工單位應(yīng)首先對溶洞圍巖結(jié)構(gòu)特點、邊界以及充填物含量進(jìn)行探測，然后可以采取直接揭示方式來促使充填物釋放，以降低施工成本，提高施工的效率。施工單位在對溶洞進(jìn)行揭示時嚴(yán)禁一次性揭示全部開挖面，防止充填物涌出，威脅施工安全。同時，在揭示施工前還應(yīng)將儲漿池設(shè)置于仰拱前，給充填物流出儲存提供空間，之后再利用罐車以及自卸車等向洞外進(jìn)行運輸[5]，當(dāng)釋出充填物后應(yīng)及時開展初支作業(yè)。施工單位在施工時可以根據(jù)溶洞圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來確定施工方式，可以利用超前小導(dǎo)管、錨桿以及鋼架等進(jìn)行混凝土的噴射施工，以盡快形成閉環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.大型拱部溶洞的處理技術(shù)要點

在對隧道拱頂部分的大型溶洞進(jìn)行處理時，施工單位一般應(yīng)采取小導(dǎo)管結(jié)合大棚管超前支護(hù)技術(shù)。在設(shè)置超前大棚管時，如果采用的是分段設(shè)置方式時，應(yīng)將分段長度控制在20m到30m之間，且搭接長度應(yīng)控制在5m，大棚管的規(guī)格應(yīng)根據(jù)溶洞內(nèi)填充物的實際穩(wěn)定性來選擇。同時，施工單位在施工時還可以將4.5m長的大外插角小管道設(shè)置在兩相鄰大棚管間，以形成雙層超前支護(hù)結(jié)構(gòu)，在注漿加固施工時，應(yīng)首先進(jìn)行純水泥漿的灌注，并通過控制注漿壓力來促使水泥漿向較大范圍擴散。然后，在注漿壓力增加到0.8MPa時，施工單位再將適量水玻璃摻入，以形成雙漿液，以提高漿液的凝結(jié)速度，實現(xiàn)對溶洞內(nèi)充填物的固結(jié)處理。在采取帷幕注漿技術(shù)施工時，施工單位應(yīng)將注漿管的分段長度控制在10m以上，且注漿管之間的橫縱間距均應(yīng)保持在1m。

（三）充填型邊墻溶洞的處理技術(shù)要點

在對隧道邊墻處的溶洞進(jìn)行處理時，施工單位可以根據(jù)充填物的實際情況采用設(shè)置超前小導(dǎo)管結(jié)合注漿加固等技術(shù)方法。在開挖施工前，施工單位應(yīng)將超前小導(dǎo)管設(shè)置在相鄰鋼架間，且角度應(yīng)控制在45°以內(nèi)。小導(dǎo)管在隧道軸線方向上的投影長度應(yīng)控制在2榀鋼架長度以上，根據(jù)溶洞填充物不同的穩(wěn)定性，應(yīng)將小導(dǎo)管間距控制在10cm到40cm之間[6]。在注漿施工時，施工各單位可以將適量水玻璃等加入水泥漿內(nèi)，以提高加固效果。如果在初支拱腳處存在溶洞邊界時，應(yīng)選擇較為堅硬的巖層來設(shè)置鋼架拱腳，并對臺階高度進(jìn)行調(diào)整，以確保初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（四）底部溶洞的處理技術(shù)要點

在對隧道底部溶洞進(jìn)行處理時，施工單位可以采取換填以及回填處理方式，而當(dāng)溶洞較深難以有效充填時，則應(yīng)采取設(shè)置樁基以及梁板跨越等技術(shù)方式來保證隧道施工的順利進(jìn)行。

三、青獅溝隧道溶洞處理實施要點解析

青獅溝隧道工程全長322m，為雙線鐵路隧道工程，隧區(qū)屬河谷岸坡溶蝕地貌，全隧洞身主要通過碳酸鹽巖地層，巖溶較發(fā)育。該隧道在施工過程中發(fā)現(xiàn)位于巖溶發(fā)育區(qū)，地質(zhì)情況復(fù)雜且有大量溶洞存在，因此施工單位綜合采用了多種地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)進(jìn)行探測，并根據(jù)探測結(jié)果確定了溶洞處理的技術(shù)方法。

（一）超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)的綜合應(yīng)用

施工單位通過應(yīng)用地震波超前地質(zhì)預(yù)報技術(shù)，發(fā)現(xiàn)該隧道圍巖存在較為發(fā)育裂隙，導(dǎo)致巖體較為破碎，且其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及整體性均比較低，同時還可能有夾泥裂隙以及軟弱夾泥層存在，因此確定圍巖應(yīng)為V級。同時，施工單位還在該施工現(xiàn)場利用地質(zhì)雷達(dá)對掌子面進(jìn)行了探測分析，發(fā)現(xiàn)在掌子面施工范圍內(nèi)有泥質(zhì)充填溶洞存在，且溶蝕裂隙的發(fā)育程度較高。此外，施工單位還結(jié)合了超前水平鉆技術(shù)來進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報，確認(rèn)在掌子面開挖前方有溶洞充填物存在，且在角礫中有黏土夾雜。

為了進(jìn)一步驗證確認(rèn)溶洞形態(tài)以及結(jié)構(gòu)特點，施工單位在施工現(xiàn)場還進(jìn)行了掌子面開挖驗證試驗。通過開挖揭示，施工單位發(fā)現(xiàn)確有充填溶洞存在，且溶洞埋深在20m左右，角礫以及黏土是主要的充填物，其中60%為角礫，且充填物的含水量比較高，造成其自穩(wěn)性比較低。在溶洞充填物在掌子面開挖過程中有溜出現(xiàn)象，同時受開挖施工等因素的影響，在掌子面前15m左右的范圍內(nèi)有橫縱裂縫產(chǎn)生。

（二）青獅溝隧道溶洞處理實施技術(shù)要點

根據(jù)對該隧道工程開挖掌子面以及地質(zhì)超前預(yù)報結(jié)果的綜合分析，施工單位確定了溶洞的處理技術(shù)以及實施工藝參數(shù)。對于溶洞地表裂縫，施工單位采用水泥砂漿封堵處理技術(shù)，砂漿的封堵厚度應(yīng)達(dá)到15cm，而寬度則應(yīng)控制在1m，水泥砂漿型號應(yīng)選擇M7.5。同時，施工單位應(yīng)采用大管棚支護(hù)技術(shù)對該溶洞進(jìn)行超前支護(hù)，每環(huán)應(yīng)采用38根直徑為89mm、長度為25m的管棚，且環(huán)向之間的距離應(yīng)控制在0.4m。在超前支護(hù)施工時，施工單位應(yīng)先進(jìn)行導(dǎo)向墻的澆注施工，澆注時應(yīng)選擇強度等級為C20的混凝土，澆注長度應(yīng)控制在1m，且厚度應(yīng)控制在0.8m。此外，施工單位應(yīng)選擇規(guī)格為Ф75mm的鋼管4根分別設(shè)置上中臺階的鋼架接頭位置，鎖腳鋼管的剛度應(yīng)控制在6m。在完成鋼管的設(shè)置后，施工單位應(yīng)將水泥砂漿注入，而在開挖時應(yīng)采用大拱腳臺階方式來進(jìn)行施工。如果鋼架落腳位置的地基結(jié)構(gòu)難以滿足承造要求時，則需要采用混凝土換填處理技術(shù)來進(jìn)行施工。在隧道仰拱施工時，施工單位應(yīng)先對隧道底部以及周圍進(jìn)行探測，以確認(rèn)是否有隱伏巖溶結(jié)構(gòu)存在，同時還應(yīng)在施工現(xiàn)場檢測黏土的承載能力，并應(yīng)將探測結(jié)果及時向各相關(guān)部門通報，以便根據(jù)溶洞的實際發(fā)育情況對處理技術(shù)方案進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

四、結(jié)束語

當(dāng)鐵路隧道工程在施工過程中遇到溶洞時，由于溶洞發(fā)育形態(tài)比較復(fù)雜，會對隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性造成較大的影響，因此，施工單位應(yīng)通過各種先進(jìn)超前預(yù)報技術(shù)的綜合應(yīng)用來準(zhǔn)確了解溶洞的大小以及結(jié)構(gòu)形態(tài)特點，并結(jié)合溶洞的實際情況采取相應(yīng)的處理技術(shù)。在溶洞的處理施工時，施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照鐵路隧道工程的施工要求和技術(shù)規(guī)范對各施工環(huán)節(jié)的技術(shù)要點加強控制，以保證處理施工的質(zhì)量。