岩溶发育区隧道溶洞施工技术研究

岩溶发育区隧道溶洞施工技术研究

王俊

中铁十一局集团第一工程有限公司湖北襄阳441000

摘要：通过采用全站仪非接触量测洞内变形，结合工程实例分析得出：隧道岩溶发育区以及岩溶段经相应的处理后，可通过对其附近隧道监控量测断面的监测数据进行分析得到围岩变形规律，同时确保处理后的岩溶已消除对隧道安全施工的影响；监控量测断面距工作面距离约为5倍隧道跨度时，变形量基本稳定；通过对隧道变形曲线进行回归拟合，可以更好地掌握及预测隧道围岩变形稳定状态。

关键词：岩溶发育区；隧道溶洞；施工技术；研究

引言

在隧道施工过程中，经常会遇到岩溶发育区隧道溶洞施工。以某隧道大型溶洞处理过程为例，分析溶蚀发育地区溶洞的处理方法，讨论岩溶发育区隧道溶洞的施工技术，保证隧道施工安全以及隧道运用后的隧道环境。

1溶洞具体施工原则

（1）以疏为主。在处理的过程中，不能改变熔岩水的径流，为了保证施工安全，尽可能的确保地下水处于原始循环的状态。做到堵排过程互相结合，也就是依据隧道内用水量考虑隧道施工环境，充分考虑堵水和排水过程，制定合理的施工方案。（2）堵。为了进一步改善围岩的力学指标，尽可能提高围岩的抗渗能力，针对水量较小的溶洞应用帷幕注浆进行封堵，确保隧道安全施工。（3）排。针对暗河或者高压富水溶洞，应用爆破进行释能降压，降低因为水压较高造成施工风险。为了避免隧道结构受到高压水的破怀，在进行平行隧道的旧件过程中，需要设置排水洞，不仅可以确保施工安全，还可以永久排水。（4）依据实际情况，综合治理。充分考虑施工地区的地址和水位条件，制定综合的治理和管理办法。①超前预处理施工技术。首先对岩溶进行探测，然后对探测结果进行详尽的分析，确定施工前方是否存在或接近溶腔溶洞。如果发现有溶腔溶洞不良地质条件，需要应用超前处理和具体施工相互结合的方法进行施工。②发现溶洞、溶腔后施工处理技术。施工风险随着溶腔溶洞风险的降低而降低。为了保证岩溶隧道可以安全的进行施工，再应用注浆填充、桩基承台，钢管桩加固地基等处理办法。③隧道安全运营，隧道完成建筑后投入使用仍然需要安全储备施工技术。如果隧道的施工环境为富水溶腔，那么在施工过程中必须加强衬砌，另外，为了保证隧道投入使用后的安全性，可以设置减压排水措施。

2岩溶发育区地质条件

2.1地质条件评价

隧道区揭露的岩石主要为中风化、微风化灰岩，根据岩体质量指标值确定不同质量岩体的围岩级别，左右洞主要为Ⅲ级和Ⅳ级围岩，施工过程中的重点和难点是在Ⅳ级围岩中可溶岩，可能发育溶洞岩溶、软硬岩交接部位可能产生坍塌、冒顶。左线ZK102+118～ZK102+404（286m）、右线YK102+103～YK102+363（260m）段：该段为Ⅳ级围岩，围岩为微风化灰岩，中厚层-厚层状构造，岩层走向与洞轴线走向小角度相交，岩层倾角较陡约77°，岩体较完整-完整，属较硬岩，洞壁潮湿。大地电磁法解译推测隐伏岩溶较发育，拱部及两侧壁自稳性较差，开挖时易发生掉块、坍塌现象。建议台阶法开挖，超前锚杆支护，进口段采用超前小导管支护。

2.2岩溶处理

在隧道施工过程中，发现一溶洞在工作面YK102+280处与隧道相交，并继续斜向右前方（与隧道轴线呈约30°夹角）发展，溶洞内部存在淤泥，石笋发育，有流水痕迹，流水在YK102+280处由裂隙渗入隧底。围岩揭露后，对隧底进行地质雷达扫描，结果揭示：隧底围岩破碎，完整性较差，局部裂隙较发育，无明显岩溶发育。综合现场情况，制定处理方案：（1）此岩溶段支护加强，即将原设计“S-IVc支护参数”变更为“S-Vb支护参数”，具体参数如表1所示；（2）此岩溶段初支外边缘1.5m范围采用C20混凝土浇筑，以保证隧道结构安全，并在溶洞填充混凝土，然后内埋设五道准110HDPE无孔波纹管，将溶洞内部水引至隧道永久性排水设施内排出。

3岩溶发育区隧道溶洞施工技术

3.1超前水平钻孔探测

超前水平钻探方法可以反映岩体的大概情况，比较直观，施工人员可根据现场的地质情况来安排下一步的施工组织。但对于长距离的钻孔，其判定较为困难。只有揭露明显的异常地质体时才能被感知。故现场钻探应用于5～10m短距离预报。超前钻探需要结合钻进参数对掌子面前方进行判断。从钻杆的钻进速度和转速方面判断，不同性质的岩石钻孔时钻进速度和转杆转速也不相同。根据现场转进来看，急剧降低至卡转的情形一般均是破碎带，甚至出现反复“卡卡—停停”的状况。而转速缓慢降低的情形下是遭遇硬岩层。应当注意的是，钻探的判断与现场操作人员的操作水平有很大关系，要求保持相对恒定的钻进力和功率实施钻进。由于对钻孔转速和前端阻力的判断受现场操作人员的操作水平影响巨大，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，特别是与地下工程轴线平行的结构面，钻孔也可能无法识别。

3.2溶洞、溶腔预处理施工技术

（1）管棚施工和帷幕注浆技术。如果遇到以下两种情况，那么注浆方式可以应用超前帷幕注浆的方式。溶洞水压相对较小；溶腔内有可注性填充物，为了提高坑道周边岩石的稳定性，可以对溶洞和溶腔进行超前处理。（2）采用爆破揭示溶腔的释能降压施工技术。该隧道为高压、充填性溶洞群富集、富水隧道。在施工前，需要进行3个步骤：首先进行溶腔放水试验和水文观测，然后对地表水的不计量进行精准的计算，最后评估放水线路和放水沿线是否处于安全状态。对隧道的探测数据进行分析后，发现需要释放一定量的水压，可以应用爆破的方法进行。在进行爆破的过程中，为了确保爆破可以顺利安全地开展，必须合理设计溶洞群的爆破点。（3）增设迂回导坑、迂回泄水，降低施工风险。为了降低反坡突水淹井的风险，隧道在施工过程中需要增加设置迂回导坑提前贯通工线，施工过程绕开溶洞群的过程也增加了工作面的数量。

3.3溶洞溶腔揭示后的施工技术

（1）在隧道施工过程中，常见洞穴型溶洞和充填型熔岩洞穴，对洞穴型溶洞在处理过程遵循水泥砂浆回填的原则，如果基底较为发育，那么需要应用片石混凝土进行回填。对充填型岩溶洞穴进行处理的过程中，为了防止充填物滑塌，加强支护强度。完成隧道支护工作后，排查隐伏型岩溶，如有必要，必须进行回填。隧道基底溶腔的处理应该应用钢管桩注浆加固以及M10浆砌片石回填的方式进行。（2）如果遇到没有填充物的槽型溶洞，凭借特定的设备完成开挖后，需要进行回填工作，回填的填充物为同级别混凝土；如果遇到有填充物存在操行溶洞，那么首先应该加强支护强度。（3）管道型岩溶的施工也需要回填操作，在回填的过程中，需要充分考虑防护层、支护层的强度；在进行管道型岩溶管道在回填的过程中，需要充分考虑回填物质的特殊形态，为了保证加固强度，采用最科学的超前加固措施进行加固；这对充水型岩溶管道施工，在施工过程中，以维持原有排水系统为基础，尽量遵循排水不堵水的施工原则，如果在反坡施工过程中，遇到富水管道施工，那么必须要设置泄水洞，降低施工高水压环境[2]。该隧道某段为无充填过水型岩溶管道，应用适当的机械设备对水通道顶部的危石进行清理，避免在施工过程中出现坍塌。

结语

为了加强隧道施工安全，需要充分考虑溶腔特性，选择最为合理的溶腔、溶洞施工办法。隧道施工过程中，遇到大型充水溶洞时，采用溶腔降水的施工办法，顺利地释能降压，可确保隧道施工安全以及隧道运用后的隧道环境。

参考文献

［1］武科，马明月，李术才.付家冲隧道监控量测与稳定性评价［J］.地下空间与工程学报，2012，8（3）：543-548.

［2］李秀芳，柯玉军，徐长峰，等.公路隧道监控量测数据的回归分析及其运用［J］.公路交通科技：应用技术版，2013，9（1）：178－182.

［3］蒋坤，夏才初.双向八车道小净距公路隧道监控量测分析［J］.岩石力学与工程学报，2010，29（S2）：3755-3761.

［4］薛翊国，李术才，张庆松，等．隧道信息化施工地质灾害预警预报技术研究［J］.山东大学学报：工学版，2008，38（5）：25-30．