岩溶发育区隧道工程溶洞处理技术探究

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【摘要】岩溶是自然界天然发育形成的特殊地质，其发育和分布具有很强的区域性、不规则性，而在岩溶区域施工隧道工程，具有较高的风险，若不妥善处理将引发严重的工程事故及地质灾害。本文将以鹿公山隧道工程作为实例，分析工程遇到的岩溶问题，探讨岩溶治理的技术措施，为后续岩溶区域施工人员提供借鉴和参考。

【关键词】公路隧道；岩溶；溶洞处理；注浆

1岩溶发育的特点及危害

岩溶是自然界天然发育形成的特殊地质，其发育和分布具有很强的区域性、不规则性，而在岩溶区域施工隧道工程，具有较高的风险，若不妥善处理岩溶溶洞和地下水的影响作用，将引发严重的工程事故及地质灾害。环绕型岩溶情况下的隧道施工影响主要取决于溶腔与隧道的距离，当隧道距离较近时，其影响逐渐加大。而当溶腔与隧道的间距极小并且相交时，其隧道施工过程中应小心其岩溶填充物坍塌和地下水影响。溶腔发育较小且位于隧道开挖范围内时候，对隧道的施工影响较小，施工时应加强开挖面稳定措施。岩溶区域隧道建设将极大地考验隧道施工技术和设计处理.本文以鹿公山隧道工程作为实例，分析工程遇到的岩溶问题，探讨岩溶治理的技术措施，为后续岩溶区域施工人员提供借鉴和参考。

2隧道工程概况

鹿公山隧道全长1048m，为单线隧道，电力牵引，设计行车速度120km/h，有砟轨道。隧道进、出口里程分别为DK133+978、DK135+026，隧线分界里程分别为DK133+968、DK135+036，明暗分界里程为DK133+984。DK133+978～DK133+984段设计为明洞，长6m。全隧位于直线段上，全隧均位于坡度为8.1‰的上坡上，单车道断面，采用无轨运输。鹿公山隧道的Ⅳ、Ⅴ级围岩占比约为60.1%，洞内道床采用一级碎石道砟，铺设Ⅲ型轨枕及60kg/m钢轨，轨道结构高度766mm。隧道的剖面图如图1所示。

3岩溶隧道施工典型灾害及治理方案

3.1DK134+392~410段岩溶灾害及治理方案

鹿公山隧道掌子面DK134+395爆破开挖，出渣完成后发现在掌子面右侧及拱顶左侧各有大小不明两溶洞、中间夹着未掉落大孤石，其中右侧溶腔填充物持续缓慢溜塌，右侧轮廓线外溶洞大小约为10m（纵）×3m（宽）×5m（高），拱顶孤石侵于开挖轮廓线内，暂未掉落。现场支护至DK134+400.5时，掌子面拱顶孤石左侧垮塌。掌子面中间大孤石全部垮塌，垮塌结束，砸中两榀拱架至变形。此次垮塌后暴露开挖轮廓线外溶洞大小约为10m（纵）×3.5m（宽）×5m（高），整个上台阶掌子面均揭示为溶洞。揭露溶洞主要分布在隧道正面及隧道两侧，与隧道的关系主要为相交型和嵌套型。溶洞尺寸较大，且隧道纵向深度较深，有较大的水平跨度，后期爆破震动及施工开挖易引起溶洞顶板塌落，威胁施工安全，为隧道施工的顺利进行，需要对揭露溶洞进行治理。根据以上岩溶灾害情况，制定主要的岩溶治理措施方案有以下几种：（1）揭露溶洞后临时措施。揭露岩溶后，应立即对岩溶灾害进行临时治理，防止隧道进一步坍塌，危害施工安全及影响项目进度。主要的措施有：①对揭露溶洞表面采用C20混凝土进行喷混凝土处理，防止洞壁岩体掉块，增强溶腔体的稳定性；②在处理溶腔表面预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置，为后期二衬施工前注浆提供通道；③对于不稳定的溶洞采用喷射混凝土回填密实，防止溶洞进一步坍塌。（2）初支变更处理措施。原设计该段定位为Ⅲ级围岩等级，采用系统喷锚对隧道进行初支，顶部采用2m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。揭露溶洞后，对地质情况进行及时修正，定义为Ⅴ级围岩，采用系统喷锚对隧道进行初支，拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆，按1.0m（纵）×1.0m（环）梅花型布置。并在开挖后架设钢架，增加围岩稳定性，如图2所示。（3）二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题，加强二衬结构的围岩稳定性，在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二衬支模施工后，注1:1水泥浆液填充密实，加强衬砌的围岩稳定。

3.2DK134+566段岩溶灾害及治理方案

鹿公山隧道掌子面开挖至DK134+566完成开挖支护后开始塌方，塌方结束时掌子面拱顶有大小约为5.0m（环向）×4.0m（高）纵向约20m的空洞，塌落体均为角砾土，掌子面揭示其余未塌部分为坚硬岩石，围岩完整。洞顶以上为坡残积成松散～稍密状角砾土，溶洞在第一次坍塌后经注浆处理及管棚作业后发生连续坍塌，第三次坍塌后，时拱顶空洞大小约为5.0m（环向）×8.0m（高），纵向长度不详。揭露溶洞主要分布位于隧道顶部，与隧道的关系主要为相交型，溶洞尺寸较大且高，且隧道纵向深度难以明确探查，存在较大的水平跨度，溶洞顶板的稳定性较差，多次注浆后仍存在塌落现象。根据以上岩溶灾害情况，制定主要的岩溶治理措施方案有：（1）揭露溶洞后临时措施。①采用反压回填土石将掌子面塌方段进行封闭，为顶部溶洞填充提供平台并且充当底膜作用。回填高度高出开挖线外50cm，回填至开挖面前2m；②拱顶预埋准110灌浆管，管口伸入塌腔深度2.5m，然后直接向塌腔内泵送C30混凝土，直到将空腔回填满，防止顶部岩溶溶腔进一步坍塌，避免造成大范围的施工事故和地质灾害。（2）初支变更处理措施。该段原设计定位为Ⅴ级围岩等级，采用系统喷锚对隧道进行初支，拱顶采用3m长的准25中空注浆锚杆，按1.5m（纵）×1.2m（环）梅花型布置。拱腔采用3m长准22砂浆锚杆，按1.0m（纵）×1.0m（环）梅花型布置，并在开挖后架设I16工字钢钢架。①岩溶塌腔内泵送混凝土回填完成后，在回填面上增加施工超前准108长管棚，长12m，保证下一步洞体开挖稳定；②该段顶部溶腔注浆完成后仍存在较大的开挖风险，为了保证岩溶段开挖的稳定性，在DK134+566～+575段增设准50超前小导管。（3）二衬施工处理措施。为处理二衬施工期间隧道衬砌与岩溶溶腔的缝隙问题，加强二衬结构的围岩稳定性，在处理溶腔喷射混凝土回填前预埋准50注浆孔，间距1.5m×1.5m，梅花型布置；并且在二衬支模施工后，注1:1水泥浆液填充密实，加强衬砌的围岩稳定。

4结论

岩溶的分布具有不规律性及复杂性，勘察的密度较小，导致隧道沿线众多溶洞难以探测清楚，因此岩溶区域隧道的施工经常遇到溶洞问题，需要对岩溶问题谨慎处理，降低隧道建设风险。本文通过对鹿公山岩溶地区隧道施工岩溶灾害治理的经验总结，得出以下主要的结论：（1）隧道施工揭露的溶洞应在待溶洞坍塌稳定后及时处理，并且应加强监测，岩溶灾害的治理h应优先考虑施工安全，保证安全的前提下再考虑施工进度和成本等因素。（2）超前注浆处理是治理岩溶灾害的主要手段，应根据岩溶灾害类型，结合管棚和超前小导管等其他措施综合治理岩溶问题。（3）根据岩溶的揭露位置应采取不一样的处理措施，隧道顶部溶洞坍塌后，越加接近覆土层，其顶板稳定性更差，具有较大的风险系数，对后期隧道开挖带来较大的安全隐患，应重点并且谨慎处理，当多次处理仍存在坍塌趋势时，应马上回填并且向顶部溶腔灌注混凝土。（4）岩溶发育区域隧道揭露溶洞具有不确定性及较高难度的预见性，在岩溶发育段，应优先对施工段前地质情况进行摸查，可通过超前钻获知隧道前方的地质情况；当隧道埋深较深时，可在掌子面超前钻探采孔取样分析。若发现前方围岩存在岩溶地质灾害时，应制定相应的岩溶灾害预治理措施。

参考文献

[1]杨昌宇.岩溶地区隧道设计的几点思考及建议[J].现代隧道技术，2011，48（1）：90-93，116.

[2]李治国.隧道岩溶处理技术[J].铁道标准设计，2003（增刊1）：36-40.

[3]蔡建伟，吴嘉源.软弱围岩复杂岩溶段隧道施工技术要点探析[J].四川水泥，2020（2）：287.

作者:祝新建 单位:湖南中核岩土工程有限责任公司