复杂岩溶隧道安全施工技术探讨

复杂岩溶隧道安全施工技术探讨

闫小普

中铁十局集团有限公司山东济南250101

摘要：岩溶问题成为我国南方一些地区隧道施工中的一大难题。在岩溶发育地区,必须在施工前进行有效的超前地质勘察,合理选线。在施工过程中,正确处理突水突泥问题,对不同类别的溶洞选取最为正确有效的处治措施。施工阶段结束后,还需要对渗水量以及隧道围岩变形进行跟踪监测。建立完善的施工方案,是保证施工质量和人员设备安全的重要前提。

关键词：隧道；复杂岩溶；施工；技术

1岩溶地质的形成

所谓“熔岩”就是可溶性的岩石，这种岩石在受到包含CO2流水的腐蚀后加以沉积而形成的熔岩地质。这种地质地貌往往会呈现出奇形怪状的石芽、石林、洞穴以及地下河或是峭壁等等自然的地质景观。

溶洞是石灰岩在地下水长期的溶蚀作用下所形成的自然现象。石灰岩中包含的主要成分为CaCO3。在含有CO2的地下水的作用下会进行化学反应，从而生成Ca（HCO3）2而Ca（HCO3）2是一种具有水溶性的物质，所以石灰岩中的空洞就会渐渐的变大。当年深日久之后，这些岩石就会被溶解和分割成各种各样，形成千姿百态的山峰或溶洞，而我们也将这种地形地貌统称为喀斯特地形。

2.岩溶对隧道施工的影响

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的各种地表或地下溶蚀现象的总称。

在岩溶地区进行隧道工程的建设，阻力很大。溶洞位于底部，因充填物软而松，不利于隧道基底的施工；位于上部，施工时容易出现充填物坍塌，不易开挖；有些地区的溶洞岩质不坚固，破碎物较多，施工时稍有不慎，容易发生坍塌情况；当遇到填满饱含水分的充填物溶囊，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入隧道，难以遏止，甚至地表开裂下沉，山体压力剧增；在施工时，也有可能遇上较大的水囊，导致岩石、泥土随水大量冲向隧道；还有的溶洞，错综复杂、迂回交错，其中的分支分布较广，处理起来具有一定的难度。

3.复杂岩溶隧道处理技术分析

3.1岩溶水的处理技术

岩溶水处理技术的对象，分为处理大面积岩溶水渗漏现象以及处理局部岩溶水渗漏的现象。首先对于大面积的渗漏岩溶水的处理，使用径向注浆的技术，主要是当隧道的周围出现大面积的渗漏岩溶水的时候，需要使用这种技术将其封堵。一般情况下注浆加固的范围需要保持在隧道开挖的轮廓线的0.5—1.0倍的隧道直径的范围之内。第一步需要进行的是钻孔，需要根据岩层的走向以及岩层的节理，其中溶岩缝隙的位置来找到水流的方向进行钻孔，之后安装注浆管。钻孔的位置设置在出水的位置或者周围较近的位置上。使用合理的钻孔机械设施，一般情况下单线隧道使用的钻孔深度为3m-5m之间，需要按照梅花形状进行钻孔的形状布置。一般集中出水的地方钻孔间距是0.5-1.0m，而在一般出水的地方钻孔间距是1.0-1.5m。钻孔的时候需要保证钻孔中的出水点与隧道开挖时候的轮廓线之间的距离的科学性，以更好的进行下一步的注浆工作。下一步进行注浆管的安装并科学的设置浆墙，保证安装好的注浆管能够使水通畅的流出。因此需要科学的选择注浆的材料，根据一定的规则进行配比，注重选择合适的注浆设备。对于局部渗水的注浆管进行封堵，可以选择直接封堵和间接封堵两种方法。需要科学的选择两种方法，综合的考虑排水的方案，以保证工程的实施。

3.2隧道溶洞分部注浆处理技术

3.2.1注浆工艺探讨基于探测所获信息（如地质状况、围岩构造等）安排相应的注浆形式。注浆材料除了有水泥浆以外，还有水泥浆和水泥-水玻璃双浆液等化学浆液，其施工工艺如下：

①双液浆的配置及特性。双液浆的配合比根据试验而定。这种浆液由水泥浆和水玻璃按照1∶0.3～1∶0.7的体积比和0.7∶1～1.5∶1水灰比配置而成，水玻璃掺入量越少，双浆液就凝固越快。如果实际施工中有速凝要求，可在浆体中添加外加剂（食盐、三乙醇胺速凝剂等）。当水泥浆和水玻璃的体积比为1∶0.4～1∶0.6时，浆液使石体抗压强度达到上限。实际施工中采用的双液浆为1∶1水灰比的水泥浆和35°Be的水玻璃，前者与后者的体积比为1∶0.5。水玻璃的比重理论推算为145/（145-35）1.318t/m3，在实际试验中1∶1水泥浆比重是1.512t/m3，该双液浆的初凝、终凝时间分别为6min、90min。

②注浆压力。注浆压力是一种提高岩（土）层裂隙中浆液的流动性的驱动力。施工中，要达到预期的扩散填充效果，使浆体发挥加固堵水的功效，注浆压力还必须克服地层裂隙阻力及岩（土）内天然水头压力。鉴于此，当浆液的黏稠度一定，岩（土）层裂隙的水头压力、粗糙度、宽度以及发育程度都可能成为影响注浆压力的主要因素。岩（土）体被劈裂有可能是过高的压力所致，适宜的注浆压力通常在0.5～1.0MPa。

3.3溶洞段在隧道超欠挖中的技术处理

①对爆破方式的选择：爆破方式包括全断面的一次性爆破、台阶法爆破、导洞先行扩大爆破和预留光面层爆破等方式。对于溶洞段来说，运用预留光面层或导洞先行开挖的控制爆破的方式非常有益。在减少超欠挖，改善开挖成型的同时，在爆破产生的振动和应力波的影响下，可以减少对围岩的破坏作用。

②调整动态爆破参数：在溶洞段施工过程中，要不断的观测描述开挖面，并预测围岩的节理裂隙状态，利用调整爆破参数和施工方法来控制超欠挖的动态施工。

3.4溶洞段隧道出现塌方的处理

一旦出现塌方，溶洞段一般都是大塌方，塌方面积在100m2以上，塌穴的高度在10m以上，冒顶现象一般易发生在洞顶岩层较薄的部位。处理措施是：如果塌方将整个隧洞堵塞，并且不了解塌方规模和规律，可运用锚喷法，管棚法等多种措施进行处理；如果当前的地质条件较为复杂或者塌方段埋藏不深，难以保障对洞内处理的安全，遇到这种情况应采用灌浆法和环行导洞法进行综合处理。

3.5隧道拱部上方遇到溶洞的处理技术

当溶洞具有较为稳固的完整顶板、无明显渗漏水现象，且其厚度在岩洞跨度的1/2以上时，可采用一般的路基及桥梁施工方案直接在溶洞中施工，可不需要衬砌结构；若出现渗漏水现象，应做好衬砌结构，以保护溶洞内通行的车辆安全。在对溶洞内的松石进行清除时，应采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体，防止岩洞或顶板的塌方。

3.6暗河的处理技术

暗河的处理技术主要包括有桥梁跨越和管的跨越。桥梁的跨越主要是如果有大体积的空腔存在隧道的底部，同时这种溶洞的空腔具有较大的高度和宽度的时候，需要使用桥梁跨越措施。其中在施作桥台的时候要科学的了解河底的地质条件，选择适合的基础受力形式，以保证基础具有充分的承载能力。其次对于管的跨越，主要是有溶洞的暗河或者空腔存在隧道的底部，并且这种空腔的深度和宽度都较小，那么需要在隧道的底部设置管跨越。如果溶洞空腔在隧道顶部且有水通过，则需要在隧道顶部设置暗管把水引入底部跨越。

结语

岩溶山区隧道施工地质条件、岩溶发育是复杂多样的，在穿越岩溶不良地质段时应根据实际岩溶揭示情况和岩溶水水压情况，本着“动态施工、动态设计”的原则确定施工方案；但必须坚持综合超前地质预报，超前应对、优化方案；施工中求稳不求快，落实每一个施工环节，认真做好监控量测工作，才能确保岩溶隧道的施工运营安全。

参考文献

[1]周伟.隧道岩溶处理方式及技术研究[J].科技创新导报，2011，10（19）：112-113.

[2]申志军.宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术[J].铁道标准设计，2010，15（8）：88-89.