巖溶地段隧道施工技術(shù)

趙維剛ZHAO Wei-gang

（中國中鐵一局橋梁工程有限公司，重慶401121）

0 引言

溶巖是一種特殊的地質(zhì)情況，它對(duì)于我們的隧道施工有著極大的影響，所以處理起來也十分的困難。就像那些位于隧道底部的溶洞，其填充物不僅深，而且較為松軟，所以常會(huì)使隧道的基底處理十分困難；有些溶洞的巖體較為破碎，從而容易導(dǎo)致塌方；更或是隧道施工的過程中會(huì)遇到地下的暗河。這些也都造成了隧道在熔巖地質(zhì)下施工的困難。下面我們就來對(duì)隧道巖溶地質(zhì)處理與施工技術(shù)進(jìn)行簡單的探討。

1 巖溶地質(zhì)的形成

所謂“熔巖”就是可溶性的巖石，這種巖石在收到包含CO2流水的腐蝕后加以沉積就形成了熔巖地質(zhì)。這種地質(zhì)地貌往往會(huì)呈現(xiàn)出奇形怪狀的石芽、石林、洞穴以及地下河或是峭壁等等自然的地質(zhì)景觀。

溶洞是石灰?guī)r在地下水長期的溶蝕作用下所形成的自然現(xiàn)象。石灰?guī)r中包含的主要成分為CaCO3在含有CO2的地下水的作用下會(huì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而生成Ca（HCO3）2而Ca（HCO3）2是一種具有水溶性的物質(zhì)，所以石灰?guī)r中的空洞就會(huì)漸漸的變大。當(dāng)年深日久之后，這些巖石就會(huì)被溶解和分割成各種各樣，千姿百態(tài)的山峰或溶洞，而我們也將這種地形地貌統(tǒng)稱為喀斯特地形。

2 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

2.1 長距離預(yù)報(bào)與短距離預(yù)報(bào)相結(jié)合 綜合運(yùn)用紅外線探水地質(zhì)雷達(dá)、地震波反射法等多個(gè)途徑長距離探測施工掌子面前方30～100米的巖體的構(gòu)造、軟巖及發(fā)育情況、斷層構(gòu)造、構(gòu)造破碎帶以及前方巖體飽水情況，并且基于探測數(shù)據(jù)展開分析。以掌子面揭示圍巖水文地質(zhì)相似比擬法，作為近距離推測預(yù)報(bào)，來推測前方近距離巖體、巖溶發(fā)育情況和巖性。

2.2 物探和鉆探相結(jié)合 通過物探快速鎖定異常范圍，提高鉆探的預(yù)見性。反之，物探是否異常也可以通過鉆探得到驗(yàn)證，再輔以客觀的對(duì)比分析，物探解譯會(huì)更加客觀、準(zhǔn)確，施工活動(dòng)便更有針對(duì)性。

2.3 洞內(nèi)探測和洞外觀察相結(jié)合 施工中，某些地段可能存在重大地質(zhì)問題，進(jìn)洞實(shí)地探測前觀測地表情況，根據(jù)收集地質(zhì)信息安排洞內(nèi)探測相關(guān)事宜。

3 隧道巖溶地質(zhì)處理與施工技術(shù)

3.1 穿越巖溶不良地質(zhì)段的施工原則 基于巖溶不良地段探測信息確定施工原則：“以堵為主、限量排放、排堵結(jié)合、綜合治理”。具體工法：先將巖體封閉，應(yīng)用超前長管棚、超前小導(dǎo)管，正面長、短孔結(jié)合壓漿把滲水通道堵塞，在隧道開挖輪廓線外形成預(yù)支護(hù)帷幕，結(jié)合管道排水，盡量在圍巖外把地下水堵住，余下量少的水經(jīng)隧道排出；短進(jìn)尺，分多臺(tái)階留核心土開挖，在合適的時(shí)間和部位進(jìn)行支護(hù)；通過徑向小導(dǎo)管注漿，使巖體團(tuán)結(jié)，將水路封堵嚴(yán)密，這樣一來，隧道外圍便形成了止水承壓套拱。實(shí)時(shí)監(jiān)測是不良地質(zhì)段安全施工的重要前提。結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，提前制定應(yīng)急預(yù)案，完善基礎(chǔ)設(shè)施，將事故發(fā)生率降至最低。

3.2 隧道巖溶段地下水的處理技術(shù) 在隧道建設(shè)過程當(dāng)中，其頂部溶洞若無填充，則常會(huì)有水流下來，并沿著溶洞中原來的水流通道自行排出。為了使這些溶洞自行排水的通道，不被隧道建設(shè)所阻，我們一般會(huì)在隧道的底部修建暗溝，從而讓溶洞中的水能夠通過這些暗溝連接原有的溶洞自行排水通道自行排出。

3.3 隧道溶洞分部注漿處理技術(shù)

3.3.1 注漿工藝探討 基于探測所獲信息（如地質(zhì)狀況、圍巖構(gòu)造等）安排相應(yīng)的注漿形式。注漿材料除了有水泥漿以外，還有水泥漿和水泥-水玻璃雙漿液等化學(xué)漿液，其施工工藝如下：

①雙液漿的配置及特性。雙液漿的配合比根據(jù)試驗(yàn)而定。這種漿液由水泥漿和水玻璃按照1∶0.3～1∶0.7的體積比和 0.7∶1～1.5∶1水灰比配置而成，水玻璃摻入量越少，雙漿液會(huì)越快凝固。如果實(shí)際施工中有速凝要求，可在漿體中添加外加劑（食鹽、三乙醇胺速凝劑等）。當(dāng)水泥漿和水玻璃的體積比為1∶0.4～1∶0.6時(shí)，漿液使石體抗壓強(qiáng)度達(dá)到上限。實(shí)際施工中采用的雙液漿為1∶1水灰比的水泥漿和35°Be的水玻璃，前者與后者的體積比為1∶0.5。水玻璃的比重理論推算為145/（145-35）1.318t/m3，在實(shí)際試驗(yàn)中1∶1水泥漿比重是1.512t/m3，該雙液漿的初凝、終凝時(shí)間分別為 6min、90min。

②注漿壓力。注漿壓力是一種提高巖（土）層裂隙中漿液的流動(dòng)性的驅(qū)動(dòng)力。施工中，要達(dá)到預(yù)期的擴(kuò)散填充效果，使?jié){體發(fā)揮加固堵水的功效，注漿壓力還必須克服地層裂隙阻力及巖（土）內(nèi)天然水頭壓力。鑒于此，當(dāng)漿液的黏稠度一定，巖（土）層裂隙的水頭壓力、粗糙度、寬度以及發(fā)育程度都可能成為影響注漿壓力的主要因素。巖（土）體被劈裂有可能是過高的壓力所致，適宜的注漿壓力通常在0.5～1.0MPa。

3.3.2 注漿材料 注漿材料內(nèi)圈孔主要是水泥單液，補(bǔ)充的部分是超細(xì)水泥和CS漿。外圈孔主要是雙漿液和水泥單液漿，補(bǔ)充的部分是超細(xì)水泥漿液。實(shí)際施工中，可用標(biāo)號(hào)不低于42.5R的普通硅酸鹽水泥制備CS漿和水泥單液漿。

3.3.3 施工關(guān)鍵技術(shù)

①預(yù)埋孔口管及施作止?jié){墻。在施作止?jié){墻時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在腳手架的指定位置焊接預(yù)埋孔口管，漿墻混凝士施工時(shí)為避免其漏漿，可用編織袋堵塞孔口管末端。預(yù)埋孔口管后施作為止?jié){墻。

②鉆孔。鉆孔階段要做好現(xiàn)場記錄，盡量一孔多用。打設(shè)注漿孔時(shí)，實(shí)時(shí)觀測水量變化，以便對(duì)前方巖性、裂隙發(fā)育有大致的了解，提高注漿方案的針對(duì)性。對(duì)注漿效果檢查評(píng)定，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化注漿設(shè)計(jì)及方案。因此，做好鉆孔記錄是帷幕注漿施工中最重要的一個(gè)細(xì)節(jié)。

③壓水試驗(yàn)。正式注漿前，用0.8倍的注漿壓力終壓進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓水試驗(yàn)中注水時(shí)加入紅色藥水（該紅色藥水與水泥漿、水玻璃不會(huì)發(fā)生反應(yīng)）。

3.3.4 溶洞段在隧道超欠挖中的技術(shù)處理

①對(duì)爆破方式的選擇：爆破方式包括全斷面的一次性爆破、臺(tái)階法爆破、導(dǎo)洞先行擴(kuò)大爆破和預(yù)留光面層爆破等方式。對(duì)于溶洞段來說，運(yùn)用預(yù)留光面層或?qū)Ф聪刃虚_挖的控制爆破的方式非常有益。在減少超欠挖，改善開挖成型的同時(shí)，在爆破產(chǎn)生的振動(dòng)和應(yīng)力波的影響下，可以減少由于對(duì)圍巖的破壞作用。

②調(diào)整動(dòng)態(tài)爆破參數(shù)：在溶洞段施工過程中，要不斷的觀測描述開挖面，并預(yù)測圍巖的節(jié)理裂隙狀態(tài)，利用調(diào)整爆破參數(shù)和施工方法來控制超欠挖的動(dòng)態(tài)施工。

3.3.5 溶洞段隧道出現(xiàn)塌方的處理 一旦出現(xiàn)塌方，溶洞段一般都是大塌方，塌方面積在100m2以上，塌穴的高度在10m以上，冒頂現(xiàn)象一般易發(fā)生在洞頂巖層較薄的部位。處理措施是：如果塌方將整個(gè)隧洞堵塞，并且不了解塌方規(guī)模和規(guī)律，可運(yùn)用錨噴法，管棚法等多種措施進(jìn)行處理；如果當(dāng)前的地質(zhì)條件較為復(fù)雜或者塌方段埋藏不深，難以保障對(duì)洞內(nèi)處理的安全，遇到這種情況應(yīng)采用灌漿法和環(huán)行導(dǎo)洞法進(jìn)行綜合處理。

4 結(jié)束語

巖溶山區(qū)隧道施工地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育是復(fù)雜多樣的，本著“動(dòng)態(tài)施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)”的原則，在穿越巖溶不良地質(zhì)段時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際巖溶揭示情況和巖溶水水壓情況，確定施工方案；施工中要以安全為前提，認(rèn)真做好監(jiān)控量測工作，確保巖溶隧道的施工及運(yùn)營安全。

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