隧道溶洞處理技術(shù)與實(shí)施要點(diǎn)解析

周柳延

摘要：溶洞等復(fù)雜巖溶地質(zhì)形態(tài)給鐵路隧道工程的施工建設(shè)帶來了較大的難度，一旦處理不當(dāng)極易發(fā)生突泥突水等嚴(yán)重的安全事故。因此，在溶洞發(fā)育地區(qū)開展隧道工程的施工前，施工單位應(yīng)積極采用先進(jìn)的預(yù)報(bào)探測(cè)技術(shù)，準(zhǔn)確了解溶洞的實(shí)際大小、邊界范圍、地下水水位以及充填物狀態(tài)等信息，這樣才能根據(jù)溶洞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來采取針對(duì)性的處理技術(shù)，對(duì)溶洞進(jìn)行充填加固等處理。同時(shí)，在處理施工過程中，施工單位還要嚴(yán)格控制各工序環(huán)節(jié)的技術(shù)要點(diǎn)，以保證隧道施工的安全，為鐵路工程順利實(shí)施奠定良好的基礎(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)促進(jìn)鐵路工程沿線地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的目的。

關(guān)鍵詞：隧道溶洞;處理技術(shù);實(shí)施要點(diǎn)

1巖溶治理原則

如果溶洞較深或較大，實(shí)際處理中不能直接采用封堵法。如果填土地基承載力相對(duì)較低，很難在隧道結(jié)構(gòu)的承載力中發(fā)揮相應(yīng)的作用。在巖溶治理中，可采用橋梁結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行跨度設(shè)計(jì)，在保證巖層穩(wěn)定的基礎(chǔ)上設(shè)置拱座和梁端。如有可能，也可設(shè)置澆注混凝土基礎(chǔ)，完成后可進(jìn)行相應(yīng)的加固處理。當(dāng)公路隧道線路需要穿越一些大型溶洞時(shí)，可采用開放式隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際處理。錨索結(jié)構(gòu)也可用于隧道結(jié)構(gòu)與溶洞內(nèi)壁的合理連接。

干片石、漿砌片石和混凝土可用于堵塞和填充一些已停止發(fā)育或規(guī)模較小的溶洞。公路隧道填方地段如需穿越，應(yīng)結(jié)合實(shí)際地質(zhì)條件，做好勘察及相關(guān)設(shè)計(jì)方案。如果隧道結(jié)構(gòu)底部的填充地基與實(shí)際承載需求不符，可進(jìn)行塊石和混凝土的更換，有效地提高隧道結(jié)構(gòu)的整體承載能力。

2隧道溶洞處理技術(shù)分析

2.1富水溶洞的處理技術(shù)要點(diǎn)

2.1.1溶洞排水鉆孔要點(diǎn)

富水溶洞治理過程中，若充填物中粘土含量少，且主要水源為地表滲透雨水，蓄水量低，則采用地表排水、截水技術(shù)，并結(jié)合洞內(nèi)鉆孔技術(shù)。施工時(shí)，溶洞與開挖面距離控制在5m以上，結(jié)合積水量、排水孔水壓等因素確定開挖技術(shù)方案。如果采用反坡開挖技術(shù)進(jìn)行處理，應(yīng)根據(jù)水量和排水孔容量選擇泵的型號(hào)、功率和數(shù)量，并設(shè)置集水坑。

2.1.2洞室降壓和能量釋放要點(diǎn)

當(dāng)富水溶洞充填體壓力較高時(shí)，應(yīng)選擇準(zhǔn)確的爆破技術(shù)，釋放能量，降低壓力。當(dāng)隧道為單線隧道時(shí)，由于溶洞水將從開挖的隧道中流出，該處理技術(shù)只能在斜坡隧道中使用。隧道工程中如有平導(dǎo)洞或雙線隧道，可將平導(dǎo)洞及隧道一側(cè)作為排水通道，并封閉隧道隔離。爆破施工時(shí)，首先對(duì)溶洞進(jìn)行清理，疏散施工人員及相關(guān)設(shè)備、材料，防止施工用水、用電線路受填料涌出的影響。爆破時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確控制裝藥量，確保爆破一次成功。

2.1.3溶洞減壓引水要點(diǎn)

如果富水溶洞充水量大，受客觀條件限制不能采用爆破能量釋放技術(shù)，也可通過開挖排水洞采用溶洞排水技術(shù)。泄洪洞設(shè)置在隧道工程外，并設(shè)置排水設(shè)施，保證排水暢通，減少對(duì)周圍建筑物和環(huán)境的影響。由于需要開挖專門的排水渠道，該處理技術(shù)需要較長的施工周期，增加了施工成本。因此，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目投資和工期要求進(jìn)行技術(shù)選擇和應(yīng)用。

2.1.4溶洞堵水灌漿要點(diǎn)

如果富水溶洞的充填材料主要為軟塑和流塑材料，施工單位可采用水泥砂漿進(jìn)行注漿堵水處理。采用全斷面帷幕灌漿技術(shù)施工時(shí)，施工單位應(yīng)從四周向中間逐步進(jìn)行灌漿施工。在施工實(shí)踐中，施工單位也可結(jié)合溶洞實(shí)際長度采用分段灌漿等施工方法。分段長度控制在10m以上，搭接長度大于5m。同時(shí)，施工單位還應(yīng)在灌漿處理后，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)出水量等指標(biāo)參數(shù)。一般情況下，灌漿完成后，檢查孔的出水量應(yīng)控制在2L/m左右。同時(shí)采用孔內(nèi)成像等技術(shù)檢查孔的穩(wěn)定性，結(jié)合灌漿量和取心分析結(jié)果綜合判斷灌漿效果，確定灌漿效果是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2.1.5溶洞結(jié)構(gòu)加固要點(diǎn)

隧道富水溶洞處理時(shí)，在溶洞內(nèi)還應(yīng)設(shè)置縱向和環(huán)形排水管，以保證洞內(nèi)積水的順利排出。同時(shí)，施工單位應(yīng)根據(jù)施工要求增加二次襯砌厚度，加密二次襯砌鋼筋，以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的承載性能，確保施工安全。

2.2拱部溶洞的處理技術(shù)要點(diǎn)

2.2.1小型拱部溶洞的處理技術(shù)要點(diǎn)

在處理隧道拱部小溶洞時(shí)，施工單位應(yīng)采用先進(jìn)的支護(hù)技術(shù)，提高支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。當(dāng)拱形溶洞較小且僅存在少量充填物時(shí)，施工單位應(yīng)首先探測(cè)溶洞圍巖的結(jié)構(gòu)特征、邊界和充填物含量，然后直接揭示促進(jìn)充填物釋放的途徑，從而降低施工成本，提高施工效率。施工單位揭露溶洞時(shí)，嚴(yán)禁一次揭露所有開挖面，防止填料涌出，威脅施工安全。同時(shí)，在揭示施工前，應(yīng)在仰拱前方設(shè)置儲(chǔ)漿罐，為填料的流出和儲(chǔ)存提供空間，然后使用罐車和自卸汽車運(yùn)輸至洞外。釋放填料后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初始支護(hù)作業(yè)。施工過程中，施工單位可根據(jù)溶洞圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性確定施工方式，并可采用超前小導(dǎo)管、錨桿、鋼架進(jìn)行混凝土噴射施工，盡快形成閉環(huán)支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2.2.2大拱形溶洞治理技術(shù)要點(diǎn)

在處理隧道拱頂大型溶洞時(shí)，施工單位一般應(yīng)采用小導(dǎo)管與溫室管相結(jié)合的超前支護(hù)技術(shù)。溫室超前管設(shè)置時(shí)，若采用分段設(shè)置方法，分段長度應(yīng)控制在20m～30m之間，搭接長度應(yīng)控制在5m以內(nèi)。溫室管道的規(guī)格應(yīng)根據(jù)溶洞中填料的實(shí)際穩(wěn)定性選擇。同時(shí)，施工單位也可在相鄰兩溫室管道之間設(shè)置一根4.5m長的大外角小管，形成雙層超前支護(hù)結(jié)構(gòu)。灌漿加固施工時(shí)，應(yīng)先澆筑純水泥漿，通過控制灌漿壓力使水泥漿大范圍擴(kuò)散。然后，當(dāng)灌漿壓力升至0.8MPa時(shí)，施工單位將加入適量的水玻璃形成雙漿，以提高漿液的凝結(jié)速度，實(shí)現(xiàn)溶洞充填體的固結(jié)處理。采用帷幕灌漿技術(shù)施工時(shí)，施工單位應(yīng)將灌漿管的截面長度控制在10m以上，灌漿管之間的水平和垂直間距應(yīng)保持在1m。

2.3充填式邊墻溶洞處理技術(shù)要點(diǎn)

施工單位在處理隧道邊墻溶洞時(shí)，可根據(jù)填筑的實(shí)際情況，采用設(shè)置超前小導(dǎo)管結(jié)合注漿加固的技術(shù)方法。開挖前，施工單位應(yīng)在相鄰鋼架之間設(shè)置超前小導(dǎo)管，角度控制在45°以內(nèi)。小導(dǎo)管在隧道軸線方向的投影長度應(yīng)控制在2個(gè)鋼架長度以上。根據(jù)溶洞充填穩(wěn)定性的不同，小導(dǎo)管間距控制在10cm～40cm之間。灌漿施工時(shí)，各施工單位可在水泥漿中加入適量的水玻璃，以提高加固效果。若初期支護(hù)拱腳處有溶洞邊界，應(yīng)選擇較硬巖層設(shè)置鋼架拱腳，并調(diào)整臺(tái)階高度，以保證初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.4底部溶洞治理技術(shù)要點(diǎn)

在處理隧道底部溶洞時(shí)，施工單位可采用置換回填的方法?？λ固囟瓷?、難有效填筑時(shí)，應(yīng)采取設(shè)置樁基礎(chǔ)和梁板穿越等技術(shù)措施，保證隧道施工順利進(jìn)行。

2.5輔助坑道

輔助隧道在隧道安全和溶洞治理中起著非常重要的作用。在公路隧道施工中，必須合理設(shè)計(jì)輔助隧道，以充分體現(xiàn)輔助隧道的功能。輔助隧道不僅可以提高隧道施工進(jìn)度，而且對(duì)后期隧道巖溶排水起到良好的作用，具有重要的地質(zhì)防治意義。與隧道工作面的實(shí)際工況和通風(fēng)問題相比，輔助隧道可以起到通風(fēng)的作用。如果隧道施工中出現(xiàn)相應(yīng)的安全事故，輔助隧道還可以起到人員救援和人員逃生的作用。在設(shè)計(jì)輔助隧道時(shí)，需要注意安全問題，提高公路隧道施工的安全性。

結(jié)論

由于隧道巖溶本身具有不規(guī)則性和隨機(jī)性，在巖溶區(qū)穿越難度大、費(fèi)用高，在隧道選址時(shí)應(yīng)盡量避免。對(duì)于可能存在溶洞的區(qū)域，應(yīng)采取相應(yīng)措施進(jìn)行合理勘探。對(duì)于施工過程中出現(xiàn)的一些不規(guī)則大型溶洞，需要結(jié)合具體問題，采取科學(xué)合理的對(duì)策進(jìn)行分析，以確保措施的安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性。

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