铁路隧道工程岩溶段施工处理技术

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[摘要]岩溶处理具有很强的综合性和技术性，岩溶段对铁路隧道施工造成了很多地质方面的问题，合理处理岩溶段不仅对隧道施工有关键性意义，同时又能保证隧道施工及列车运营的安全性。基于此，本文结合九万大山二号隧道实际情况，在阐述岩溶施工处理原则的基础上，着重分析岩溶段施工处理技术在铁路隧道工程中的具体应用。分析结果表明，处理岩溶段的方法有很多，不同方法有其独特的适用范围，为保证处理效果，需要结合工程特性，合理选择与之相适的处理技术，才能为铁路隧道施工提供技术支持和理论指导。

[关键词]铁路隧道；岩溶段；处理技术；隧道支护

岩溶是地表水及地下水，对可溶性岩层进行化学侵蚀、机械侵蚀、沉积作用等，形成的地下溶蚀现象。岩溶发育基本要求比较多，涉及到岩石的可溶性、裂隙，地表水或者地下水的侵蚀性、流通性等。我国是岩溶地区分布比较广国家，在铁路隧道施工中，经常会遇到岩溶段，对隧道施工造成的影响具体表现为结构物部分或者全部呈现悬空状态，降低围岩使用的可靠性，对施工造成了较大的难度和安全隐患，如何保证岩溶地段施工的安全性、技术性及可靠性是岩溶段施工处理亟待解决的问题[1]。如果岩溶位于铁路隧道的上方或者侧翼，则处理难度比较小，如果位于隧道底部，则比较棘手，需要酌情处理，以满足隧道基底承载力的要求，保证列车运营的安全性。基于此，开展铁路隧道工程岩溶段施工处理技术研究就显得尤为必要。

一、工程概述

隧道长6199m，进口端位于贵州荔波县捞村乡附近，出口端位于广西环江毛南族自治县木论乡东山村洞肯沟槽。隧道进口有乡村便道可以到达洞口附近，交通条件一般；出口仅有羊肠小道通往，交通困难；隧道属中低山溶蚀峰丛洼地地貌，洞身地段多为峰丛、洼地和槽谷，地形起伏较大，坡陡沟深，绝对高程390～880m，相对高差最大达490m，自然坡度一般20～60度。山顶孤峰多为陡崖。隧道最大埋深446m。九万大山二号隧道共穿越1条断层，2处可溶岩与非可溶岩接触带；九万大山三号隧道穿越4处溶岩，隧顶有2个与隧道工程关系密切的洼地，其中Ⅰ类洼地1个，Ⅱ类洼地1个；九万大山四号隧道洞身穿越4条断层，1处可溶岩与非可溶岩接触带。

二、隧道岩溶处理原则

在本工程岩溶处理中，为最大限度上降低处理难度，保证处理质量，避免发生不必要的安全问题，需要严格遵循“探明情况、因地制宜、消除水患、综合治理”的原则。主要处理内容为：全面勘察岩溶地段的规模、岩溶程度、地质水文条件、内部填充物等。针对岩溶发育比较强烈的地段，要最大限度上维系岩溶及暗河通路，严禁任意封堵[2]。此外，为避免岩溶段发生突水及涌泥问题，还要切实做好超前孔前探测，准备好充裕的抽水设备，以保证施工的安全性。总而言之，在隧道岩溶处理中要采取截、堵、排综合治理方式。

三、铁路隧道工程岩溶段施工处理技术的具体应用

（一）岩溶洞穴处理技术岩溶地段在隧道洞穴中所处的位置不同，采用的方法也不尽相同，具体体现在以下几个方面：岩溶位于隧道顶部：可选择的处理技术比较多，如：回填法、护拱+缓冲层法、护拱+缓冲层+喷锚网防护、立柱支顶等方法，都可以有效解决隧道拱部岩溶问题。但不同方法有其独特的使用范围，比如：回填法适用于溶洞向拱顶以上发育，且规模比较小，无水的空腔或者半充填型溶洞处理中；护拱+缓冲层法则适用于溶洞向拱顶以上发育规模较小或溶洞尽管向上发育较高但宽度很窄的溶洞；护拱+缓冲层+喷锚网防护适用于溶洞纵横向发育范围较广，但溶洞顶部稳定性较好的岩溶处理中。立柱支顶法适用于溶洞纵向发育范围大，且溶洞顶部发育在隧道拱顶以上10m范围内[3]。岩溶位于隧道底部：可采用回填+换填法、钢管群桩注浆法、板/梁跨越法等。其中,回填+换填法适用于隧道底部附件存在小型空腔或者半充填型溶洞处理中；钢管群桩注浆法适用于隧道底部10m～15m范围的溶洞处理，通过钢管群桩注浆来形成具有足够承载力的复合地基，以满足铁路施工对地基承载力的要求；板/梁跨越法适用于隧道底部为较大充填型溶洞施工中。溶洞位于隧道侧面：可采用护墙防护法或者护墙支顶法进行处理。其中，前者适用于浸入隧道开挖轮廓线范围有限的溶洞处理中，而后者则适用于溶洞发育范围比较大的溶洞处理中。

（二）隧道岩溶段地下水的处理1.超前预测在岩溶段处理中为避免突水及涌泥等问题的发生，采取地质分析法、钻探法、物探法、超前导坑法等相互结合的方法，因为仅凭单一的预测方法，可能存在一定的局限性，无法保证预测精度，通过多种预测方法相互结合，可起到取长补短、相互补充的作用，为后期岩溶处理提供数据支持和理论指导。2.暗沟处理本隧道工程穿过很多无填充的空溶洞，且底部常年有水流，为避免铁路建成后，对水流道路造成阻塞，修建了石砌暗沟在隧道底部，以使溶洞中的水可以由暗沟排出，具体情况如图1所示。3.渗沟、铺砌排水为最大限度上保证水流的通畅性，在本隧道工程岩溶处理中，还采用渗沟排水法，主要内容为：在明洞顶部铺设排水，将溶洞中水引入到另一侧，然后通过溶洞自行排出。明洞砌铺和隧道底部渗沟示意图分别如图2和图3所示。

（三）溶洞大厅的处理溶洞大厅处理效果，对整个铁路隧道工程的影响非常大，因此本工程为最大限度上提升岩溶段处理效果，采用指定加固和跨越溶洞相互结合的方法[4]。针对溶洞发育实际情况，寻找合理的处理措施。本工程应用到溶洞大厅处理技术包括以下几种：第一，支撑墙加固处理技术。先对所有填充物进行清除，接着用砌片石墙对溶洞顶板进行支顶加固，若遇底部有水流，需要合理增置涵洞，将溶洞中水排泄出，为保证加固效果，需要在隧道边墙上预留检测孔道，增加防护链或者栅栏等防护设施，具体加固处理图如图4所示。第二，用挖孔桩支顶加固。对于深度大的溶洞，采用挖孔桩施工加固，先将桩底面嵌入到基岩里，接着将桩顶的钢筋插到钢筋混凝土底板里，并与底板连接一体。具体加固图如图5所示。第三，采用栈桥跨越。底板采用钢筋混凝土板梁制作，以对边墙进行承托。支墩和悬臂横梁上分别支承托梁[5]。将悬臂横梁采用锚杆锚固在基岩里。操作便捷，成效显著。具体施工如图6所示。

（四）岩溶地段隧道支护在大型充填式溶洞或裂缝发育的岩溶隧道施工中，一般采用预注浆堵水加固外，还可采用小导管注浆、大管棚、钢架支撑、超前锚杆、喷射混凝土墙、挂钢筋网等支护措施。

（五）岩溶地段开挖岩溶地段开挖分为溶洞充填物和岩溶裂隙的开挖，围岩条件应为软弱破碎，开挖方法接近软弱围岩隧道开挖。遵循“预加固、短进尺、弱爆破、强支护、勤测量、衬砌紧跟”的开挖原则[6]。开挖爆破时，严格控制好药量，利用微振动控制爆破技术，以对充填物的干扰降到最低，并结合临时仰拱、临时钢架等进行及时支护封闭。

四、施工体会

第一，九万大山二号隧道岩溶发育程度高，处理过程比较复杂，通过超前预测，探测清楚隧道施工前方岩溶地段的地质条件、水文条件、岩溶规模等，然后按照探测结果，制定有针对性的岩溶处理方法及安全保证措施，促使施工任务高效、安全地完成。第二，在岩溶地段处理中要以质量和安全为主题，在保证施工安全的基础上，提升隧道结构的稳定性，为后期安全运营奠定坚实基础。在具体质量过程中，充分结合岩溶的种类、规模、形状、所处位置等，选择与之相适的处理技术，以实现岩溶标准化和技术化质量[7]。第三，岩溶特征千奇百怪，分布范围无规则可言，包括有填充的岩溶、无填充岩溶、有水岩溶、无水岩溶等，有的分布在隧道顶部、有的在侧部、有的在底部，甚至有出在你贯通整个隧道断面的岩溶。适用的岩溶处理方法也呈现多样性，需要结合岩溶所处的位置、对铁路隧道造成的影响等不同情况，具体选择不同处理技术。本文结合工程实例，分析了铁路隧道工程岩溶段施工处理技术，分析结果表明，岩溶地段是铁路施工中比较常见的地质结构，对铁路隧道施工的安全性及后期运营的安全性都有较大影响。需要结合岩溶地段实际情况，选择与之相适的处理技术，才能降低岩溶地段对铁路隧道工程造成的影响，保证各道工序都能高效、安全地完成，促使我国铁路建设事业持续发展。

参考文献：

[1]李兴明.粘土填充型岩溶隧道病害处理施工技术——以黔张常铁路晏家堡二号隧道为例[J].河北能源职业技术学院学报,2017,17(4):67-68.

[2]苟德强,谢衔光.岩溶隧道地质预报的几种主要方法及应用研究[J].铁道工程学报,2017,34(1):75-80.

[3]李苍松，廖烟开，丁建芳.隧道岩溶发育程度的水化学动力学———分形指数评价技术探讨[J].现代隧道技术，2017,54（6）:24-31.

[4]杨建,吕中玉,胡锐.岩溶发育区公路隧道溶洞处理施工方法探讨[J].西部交通科技,2017（7）:49-51.

[5]念培红,王忠伟.某山区高速公路隧道岩溶涌水事故处治技术研究[J].价值工程,2019(17):117-120.

[6]冯义.综合超前地质预报在岩溶隧道中的应用[J].筑路机械与施工机械化,2017(12):121-126.

[7]张麒.岩溶隧道下穿高速公路诱发地层变形规律研究[J].工程地质学报，2018（26）：181-188.

作者：赵伟刚 单位：中铁十八局集团第三工程有限公司