公路隧道工程巖溶施工技術(shù)研究

李新龍

（陜西省鐵路投資（集團(tuán)）有限公司，西安 710054）

1 引言

巖溶問題在山區(qū)公路隧道工程中廣泛存在，具有較大的危害性，處理不當(dāng)會嚴(yán)重影響隧道建設(shè)質(zhì)量和施工安全。在巖溶條件下施工，容易發(fā)生突泥、突水等問題，從而威脅施工人員的安全，還會導(dǎo)致施工設(shè)備損壞，嚴(yán)重影響施工工期。巖溶問題具有復(fù)雜性和不確定性等特點，對于施工技術(shù)要求較高，必須采用科學(xué)的巖溶施工技術(shù)，妥善應(yīng)對和處理巖溶問題，才能不斷提升整體施工質(zhì)量。希望本文內(nèi)容能對相關(guān)施工領(lǐng)域有所幫助，進(jìn)一步促進(jìn)隧道工程施工技術(shù)水平的提高。

2 工程概況

本項目為H 市公路隧道工程，隧道全長9 107 m，隧道進(jìn)口段為三疊系、二疊系地層，巖層性質(zhì)以中厚層狀灰?guī)r為主，部分為白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，存在巖溶、暗河以及部分溶洞群。在前期地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)，如果不對巖溶進(jìn)行特殊處理，在隧道施工過程中可能發(fā)生突泥、突砂、突水等地質(zhì)災(zāi)害。本文針對該公路隧道ZK56+720～ZK57+368 區(qū)域進(jìn)行研究，該區(qū)域內(nèi)巖溶問題較為嚴(yán)重，地表可見大量巖溶洼地、落水洞，已成為雨水的下滲通道，尤其是在斷層破碎帶區(qū)域，可溶巖和非可溶巖的基礎(chǔ)帶巖溶水發(fā)育較強。根據(jù)隧道實際情況，為了保障隧道施工安全，必須對巖溶施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，保證工程能夠在設(shè)計工期內(nèi)順利、安全完成。

3 構(gòu)建模型

為了保證巖溶條件下隧道施工安全，必須建立完善的隧道巖溶預(yù)測模型，從而通過超前預(yù)測模型獲取準(zhǔn)確的巖溶位置和巖溶規(guī)模，同時，需要對可能發(fā)生的突泥、突水等問題進(jìn)行預(yù)測。

3.1 模型網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)國內(nèi)外隧道巖溶預(yù)測模型的應(yīng)用情況，結(jié)合本項目隧道工程實際，本文采用TSP202 超前地質(zhì)預(yù)報模型，對長度在100～200 m 以上的隧道區(qū)域建立長距離預(yù)報模型，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆孔等建立近距離預(yù)報模型，并結(jié)合實際地質(zhì)勘察情況，能夠有效提高預(yù)報模型的科學(xué)性[1]。

3.2 參數(shù)計算

采用模型對巖溶進(jìn)行分析時，需要對其突水量進(jìn)行測量和預(yù)報，從而根據(jù)突水量計算結(jié)果編制相應(yīng)的應(yīng)對方案，保證施工能夠順利開展。在突水量預(yù)測模型的參數(shù)計算過程中，隧道作業(yè)面前部位置的水源潛在涌水量與爆破前作業(yè)面的炮眼水流量有直接的關(guān)系，且炮眼水流量與流速關(guān)系較為密切，炮眼水流速與炮眼水噴射長度存在比例關(guān)系，所以，參數(shù)計算可以通過式（1）進(jìn)行：

式中，S 為炮眼水的水平噴射距離；v 為炮眼水流速；y 為炮眼水距離隧道地面的距離；g 為重力加速度。

根據(jù)式（1）可以對突水量進(jìn)行預(yù)測。通常情況下，可通過噴射距離預(yù)測突水級別，并將突水級別分為突水級、小型突水級、中型突水級和大型突水級。（1）噴射距離S 小于5 m，突水量低于100 m3/h 時，涌水級別為突水級。（2）當(dāng)噴射距離S 在5～10 m，突水量在100～300 m3/h 時，突水級別為小型。（3）當(dāng)噴射距離S 在10～13 m，突水量為300～400 m3/h 時，突水級別為中型。（4）當(dāng)噴射距離S 超過13 m，突水量超過400 m3/h 時，突水級別為大型[2]。突泥量計算根據(jù)突泥的流出距離和突泥長度、寬度進(jìn)行計算，建立突泥風(fēng)險評價模型，將計算結(jié)果和數(shù)據(jù)與評價模型相結(jié)合，從而可以確定突泥規(guī)模，為后續(xù)處理工作奠定基礎(chǔ)，提高處理工作的科學(xué)性。

3.3 施工順序

如果巖溶突水級別為突水級；則可以直接開展鉆進(jìn)作業(yè)，如果為小型突水級別，則需要降低放炮規(guī)模，并在前期開展試探性掘進(jìn)工作，以防止放炮規(guī)模過大引起坍塌問題；如果為中型突水級別，則需要立即停止施工，開展資料收集和地質(zhì)勘探工作，確定具體方案后再開展相關(guān)作業(yè)；如為大型突水級，則必須編制科學(xué)的應(yīng)急處理方案，防止鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)大規(guī)模坍塌與涌水問題。此外，如果在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)存在突泥問題，則需要根據(jù)突泥規(guī)模采取相應(yīng)的處理措施，如突泥規(guī)模較大，且泥沙流動速度較快，則需要采用截流和排放相融合的方式將突泥排出。在爆破作業(yè)正式開展前，必須按照突泥、突水的實際情況，將作業(yè)機械設(shè)備轉(zhuǎn)移到安全處，大型設(shè)備需要轉(zhuǎn)移到隧道之外，防止因突泥、突水問題導(dǎo)致機械設(shè)備損壞；爆破作業(yè)必須采用遠(yuǎn)距離電控方式，不能采用近距離爆破方式，在爆破作業(yè)結(jié)束后，需要根據(jù)突泥、突水的實際情況開展后續(xù)施工作業(yè)[3]。

4 結(jié)果分析

在隧道巖溶危害評估方面，需要根據(jù)巖溶水和泥沙的變化情況對其危害性進(jìn)行評估，之后根據(jù)評估結(jié)果采取相應(yīng)的處理措施。在本公路隧道工程中，共發(fā)現(xiàn)突水點和突泥點16處，其中有3 處為大型突水點，突水基本為清水，突水流量較為穩(wěn)定，但是不能確定突水和地下水的關(guān)系。ZK348+507 突水點是本公路隧道工程中最大的突水點，且最具有代表性。該突水點與地表水補充關(guān)系較為密切，整體變化大，對后續(xù)施工影響較大，所以，針對該突水點的處理，是保障后續(xù)施工作業(yè)安全的重要前提，必須采用科學(xué)的處理措施對該突水點進(jìn)行處理，防止其影響后續(xù)隧道施工安全[4]。對于其他13 處巖溶水，能夠確定與地表之間存在補水關(guān)系，巖溶水中帶有部分泥沙，相對來說對后續(xù)施工影響較小，采用普通處理措施即可。

根據(jù)上述分析結(jié)果，為了妥善處理巖溶問題，考慮采用如下4 項應(yīng)對措施：（1）沒有地表水補充或沒有地下水活動的巖溶區(qū)域，應(yīng)對其進(jìn)行快速處理，防止其對隧道穩(wěn)定性造成影響；（2）對于具有地下水活動的巖溶區(qū)域，需要對當(dāng)?shù)貙崟r降雨量進(jìn)行觀測，明確流量和地表水之間的補充關(guān)系，并確定巖溶水中是否存在泥沙、碎石、雜草等雜物，同時確定最大水流量[5]；（3）對巖溶較多的區(qū)域，如果巖溶水對隧道施工造成的影響較小，則可采用支護(hù)方式進(jìn)行處理，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，之后再對其進(jìn)行系統(tǒng)性處理；（4）在部分平導(dǎo)施工的隧道工程中，分析平導(dǎo)洞巖溶性質(zhì)后，則采用以排為主的處理措施，以降低地下水對隧道的影響。

5 對策建議

為了保證施工安全與質(zhì)量，根據(jù)上述前期勘察資料，結(jié)合本項目實際情況，擬定采用支撐結(jié)構(gòu)通過隧道、以引為主的防水處理和溶槽盲溝處理3 種主要處理方式。

5.1 采用支撐結(jié)構(gòu)通過溶洞

根據(jù)本項目巖溶基本情況，為了保障施工安全，必須在隧道內(nèi)部采用支撐結(jié)構(gòu)，通過對溶洞全部設(shè)置支撐，可以起到相應(yīng)的支撐和保護(hù)作用，防止其出現(xiàn)坍塌，同時能夠保證溶洞隧道的穩(wěn)定性。對隧道拱部溶洞空腔采用泵送C25 混凝土形成護(hù)拱，護(hù)拱厚度設(shè)計為2 m，起到支撐和穩(wěn)定的作用；護(hù)拱以上溶洞空腔設(shè)置雙臂波紋管施作排水設(shè)施，波紋管長度根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行確定；空腔頂部采用C20 噴射混凝土進(jìn)行封閉處理，腔內(nèi)采用C25 混凝土進(jìn)行泵送回填，回填厚度為2 m。過渡段采用工字鋼縱向布置拱架作為支撐，長度設(shè)計為3 m，間距設(shè)計為0.2 m，其余部分采用吹砂回填密實，從而起到良好的支護(hù)與緩沖作用。

5.2 采用以引為主的排水原則

以最大突水量ZK348+507 突水點為例，該突水點的拱頂部分露出一個巖溶通道，通道順巖層布置，巖溶通道直徑約為1.5～3.2 m，突水伴隨有砂夾卵石，該溶洞突水量和突砂量隨著地表水的變化而改變，地表水減少，突水量逐漸減少。針對該問題，擬采用以堵砂夾石為主，暢通排水通道的處理方式：（1）在隧道拱腳處增加2 個縱向排水溝，增加2 個φ110 mm 環(huán)向透水管，以提高排水通暢性，保證巖溶隧道施工安全；（2）在暗溝排水處理中，因為隧道穿過溶洞，隧道頂部存在大量積水，積水沿著溶洞水流通道排出，為了防止出現(xiàn)隧道修建后堵塞原有水流通路，在隧道底部修建石砌暗溝，使得溶洞水能夠通過暗溝沿著原有通路排出；（3）當(dāng)溶洞出現(xiàn)排水不暢問題，地下水又很大，不足以將水排出溶洞外時，為了避免溶洞水影響隧道安全，采用在溶洞底部設(shè)置涵洞和泄水洞的方式排水。

5.3 溶槽盲溝處理方式

針對溶洞形成的洞穴，采用溶槽盲溝處理方式，在主要滲透水點設(shè)置透水盲溝，透水盲溝采用φ300 mm 鋼管，在鋼管壁上鉆取直徑為18 mm、環(huán)向間距為16 mm、縱向間距為12 mm 的圓孔，鋼管外側(cè)采用鋼絲網(wǎng)片對其進(jìn)行覆蓋。本項目在實施過程中，在ZK348+507 突水點區(qū)域設(shè)置了3 個透水盲溝，盲溝設(shè)置完成后采用混凝土進(jìn)行回填[6]。同時，對洞穴的襯砌施工段進(jìn)行加強處理，采用鋼筋混凝土二次襯砌結(jié)構(gòu)，設(shè)計厚度70 cm，從而保證了洞穴處理的安全性與穩(wěn)定性。

6 結(jié)語

綜上所述，論文結(jié)合H 市某公路隧道工程，對其巖溶情況進(jìn)行建模分析，根據(jù)模型分析結(jié)果制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，從而使該工程高質(zhì)量完成，在施工過程中沒有出現(xiàn)安全問題，且公路隧道整體質(zhì)量得到充分保障，希望本文所述施工方案能對我國公路隧道工程施工起到一定的借鑒作用。