淺析鐵路隧道工程隧底巖溶處理技術(shù)

摘要 為了確保鐵路隧道建設(shè)及運(yùn)營(yíng)階段的安全，本文分析了鐵路隧道建設(shè)中遇到的不同形態(tài)的巖溶發(fā)育類型，研究了從設(shè)計(jì)到施工階段不同的巖溶處理原則，提出了各階段針對(duì)不同類型的巖溶處理措施，結(jié)合參建項(xiàng)目案例，總結(jié)闡述了鐵路隧道建設(shè)過(guò)程中對(duì)隧底溶洞的處理方法，對(duì)后續(xù)的鐵路設(shè)計(jì)及施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 鐵路隧道；巖溶；隧底；筏板；施工技術(shù)

中圖分類號(hào) U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）02-0093-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，交通建設(shè)也得到了迅速發(fā)展，高速公路、鐵路建設(shè)必然要穿越我國(guó)廣泛的巖溶分布區(qū)。受線形及坡度限制，在巖溶發(fā)育區(qū)必然出現(xiàn)大量的巖溶隧道，而巖溶隧道修建面臨的最大問(wèn)題就是施工風(fēng)險(xiǎn)高。為保障巖溶區(qū)隧道施工及運(yùn)營(yíng)期鐵路的安全，對(duì)巖溶隧道的技術(shù)處理進(jìn)行研究非常必要，巖溶處理應(yīng)根據(jù)其形態(tài)、位置、充填情況等因素，采取注漿、回填、梁板跨越等措施。該文結(jié)合參建項(xiàng)目中對(duì)隧底巖溶的處理方法進(jìn)行總結(jié)闡述，以期對(duì)以后的設(shè)計(jì)與施工提供一定的借鑒意義。

1 鐵路隧道巖溶處理技術(shù)

1.1 隧道設(shè)計(jì)中的巖溶處理原則

（1）巖溶處理措施應(yīng)根據(jù)巖溶發(fā)育部位、巖溶類型、巖溶規(guī)模、巖溶水發(fā)育程度、巖體完整性等，結(jié)合隧道設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境保護(hù)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等因素進(jìn)行確定。

（2）巖溶處理設(shè)計(jì)和施工方案，應(yīng)根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和施工期間的巖溶勘察成果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（3）隱伏巖溶設(shè)計(jì)方案，應(yīng)根據(jù)其形態(tài)、位置、充填情況、對(duì)隧道工程的影響等因素進(jìn)行確定，可采取注漿、回填、梁板跨越等措施[1]。

1.2 隧道施工中的巖溶處理原則

在隧道施工中對(duì)巖溶的一切處理措施，均應(yīng)以施工及運(yùn)營(yíng)期的安全為根本。巖溶可按埋藏條件、發(fā)育程度、地下水發(fā)育程度、填充狀態(tài)等分類，按發(fā)育形態(tài)可分為裂隙型、溶洞型、管道型、暗河型[2]。

1.2.1 裂隙型或管道型溶洞

對(duì)于干燥無(wú)水管道型溶洞，可以直接采用隧道棄渣回填溶洞，然后用水泥砂漿灌注片石之間的孔隙。對(duì)于季節(jié)性過(guò)水溶洞，若此溶洞處隧道埋深大于50 m，宜采取疏導(dǎo)為主的處理措施。對(duì)于可能存在高水壓的富水巖溶裂隙，宜采用鉆孔排水減壓、超前注漿等措施。

1.2.2 溶洞型溶洞

對(duì)于無(wú)充填的洞穴型干溶洞，首先應(yīng)對(duì)巖溶洞壁的穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，采取清除洞壁危巖、噴錨網(wǎng)、護(hù)墻、護(hù)拱、立柱支頂、錨索等措施對(duì)巖溶洞壁進(jìn)行防護(hù)。對(duì)于已經(jīng)充填的貧水洞穴型溶洞，基礎(chǔ)形式可采用鋼花管注漿、換填、復(fù)合地基等形式進(jìn)行防護(hù)。

1.2.3 洞廳型溶洞

溶洞規(guī)模大于500 m3時(shí)則稱為洞廳型溶洞。對(duì)于無(wú)充填無(wú)水的洞廳型溶洞，很難在短時(shí)間內(nèi)探明其形態(tài)特征及地下水特征，為不耽誤隧道施工工期，宜在隧道無(wú)溶洞的一側(cè)開挖一條繞洞到隧道前方繼續(xù)對(duì)隧道正洞進(jìn)行施工。如果充填溶洞富水且具有較高水壓力，剩余巖墻安全性不足，則需要鉆孔排放溶腔內(nèi)積水，然后采用帷幕注漿加固溶洞內(nèi)的填充體。當(dāng)隧道臨近暗河通過(guò)時(shí)，應(yīng)綜合評(píng)價(jià)隧道與暗河間剩余巖盤的穩(wěn)定性，當(dāng)巖盤安全厚度不滿足要求時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固處理，基底宜采取樁、板、梁等工程措施，確保穩(wěn)固可靠。

趙偉剛[3]論述了九萬(wàn)大山二號(hào)隧道溶洞段的施工處理技術(shù)，主要包括回填+換填法、梁板跨越法等；沈登科[4]論述了西鐵車2號(hào)隧道拱腰、邊墻和底部的小溶洞處理方式；黃君文[5]論述了鐵路隧道在建設(shè)期洞廳型溶洞的處理措施。該文將結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)某高速鐵路隧道的一些典型溶洞進(jìn)行歸納總結(jié)。

2 工程案例

2.1 隧道概況

某鐵路隧道進(jìn)口位于安徽省淮北市杜集區(qū)，出口位于宿州市蕭縣，隧道全長(zhǎng)1 304 m，設(shè)計(jì)行車時(shí)速為250 km，為單洞雙線隧道。隧區(qū)地貌為剝蝕低丘，山體呈北東向分布，區(qū)內(nèi)地形稍有起伏，相對(duì)高差30～144 m。

山體主要由碳酸鹽巖夾碎屑巖組成，多為單斜地形。坡麓地帶的小型溶洞、溶溝（槽）、石芽等巖溶地貌發(fā)育。隧道洞身最大埋深約136 m。

2.2 工程地質(zhì)

根據(jù)鉆探揭露，隧址區(qū)內(nèi)地層較復(fù)雜，表層為第四系全新統(tǒng)人工填土層及上更新統(tǒng)沖洪積形成的含碎石粉質(zhì)黏土；下伏基巖巖性分布復(fù)雜，主要為寒武系巖層。沿線路方向自上而下分別如下：白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀灰?guī)r、泥質(zhì)石英粉砂巖、含礫灰?guī)r、砂質(zhì)頁(yè)巖等。隧區(qū)巖溶段整體較發(fā)育，局部地段強(qiáng)烈發(fā)育，隧道揭示溶洞呈空洞或半充填狀態(tài)，洞內(nèi)堆積有大量黏性土、粉土、粉砂夾含灰?guī)r碎石。

2.3 隧底巖溶探測(cè)

隧底隱伏巖溶探測(cè)方法以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)為先導(dǎo)，在灰?guī)r地段采用綜合物探方法進(jìn)行基底探測(cè)。綜合物探方法主要采用“電磁類+地震類”方法，物探方法為瞬變電磁法+地震映像法。

隧道內(nèi)探測(cè)測(cè)線沿線路方向按照4條進(jìn)行布置。為減少鋼架對(duì)探測(cè)精度的影響，最外側(cè)測(cè)線應(yīng)距離鋼架1.0 m，每條測(cè)線間距約3.0 m，測(cè)線布置如圖1～2所示。對(duì)巖溶強(qiáng)烈發(fā)育影響隧道穩(wěn)定的異常處，應(yīng)采用巖芯鉆孔確定隧底隱伏巖溶的位置、規(guī)模、頂板厚度等，分析評(píng)價(jià)隧底的穩(wěn)定性并提出相應(yīng)的處理措施。

2.4 溶洞開挖揭示情況

開挖揭示隧底巖性為寒武系下統(tǒng)饅頭組灰?guī)r、泥灰?guī)r頁(yè)巖互層，局部風(fēng)化嚴(yán)重，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)、層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

溶洞為無(wú)充填型溶洞，與線路豎向傾角約0°～35°，與線路呈40°～50°，夾角向右后方延伸，向左超出開挖輪廓線約1～3 m、向右延伸約4～6 m，開挖揭示溶洞口約2.4 m×1.1 m，兩側(cè)端部均發(fā)育向下延伸的空洞，最大處寬約4.4 m，長(zhǎng)約5.2 m，物探測(cè)得溶洞的影響深度為14～16 m，溶洞內(nèi)發(fā)育有鐘乳石，推測(cè)該溶洞為過(guò)水溶洞。溶洞分布的平、縱斷面圖見圖3～4所示：

2.5 溶洞處理方案

（1）根據(jù)巖溶發(fā)育形態(tài)與隧道的關(guān)系，采用回填+筏板的方案跨越溶洞，隧底空腔部分采用級(jí)配透水石塊逐層回填，從下向上依次回填：粒徑30～40 cm塊石（回填厚度約9 m）、粒徑10～30 cm塊石（回填厚度1.5 m）、碎石（回填厚度1.0 m）。

（2）回填頂面鋪設(shè)30 cm厚的C20混凝土找平層，找平層上部設(shè)置C35鋼筋混凝土筏板，筏板寬14～16 m，高1～1.8 m，筏板縱向支座考慮按地質(zhì)專業(yè)推測(cè)的溶洞壁岸坡穩(wěn)定線外不小于3 m；橫向根據(jù)揭示的巖溶形態(tài)，嵌入的基巖不小于50 cm[6]。

（3）筏板放樣過(guò)程中應(yīng)對(duì)斷面形狀及筏板擺放位置進(jìn)行核實(shí)，若發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況與設(shè)計(jì)差異較大時(shí)，應(yīng)及時(shí)提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位調(diào)整，必須保證筏板嵌入基巖的深度不小于要求的穩(wěn)定性。溶洞處理縱、橫斷面圖分別見圖5～6所示：

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上措施，施工順利通過(guò)了此處溶洞，后期對(duì)初期支護(hù)及二次襯砌的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，初支及二襯變形均符合規(guī)范要求。此次巖溶處理對(duì)后期揭示的溶洞處理提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)，但由于隧道工程中圍巖地質(zhì)情況的復(fù)雜性和預(yù)測(cè)模糊性等特點(diǎn)，隧道工程局部段落的施工風(fēng)險(xiǎn)仍然很高，這就要求在隧道開挖前做好隧道地質(zhì)情況的超前預(yù)報(bào)，采取針對(duì)性的技術(shù)措施，保證隧道施工過(guò)程中的安全及建成后的運(yùn)營(yíng)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵路巖溶隧道勘察設(shè)計(jì)規(guī)范： Q/CR 9251—2020[S].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2021.

[2]鄧勇，孫星亮，吳應(yīng)明，等.巖溶區(qū)高速鐵路隧道修建技術(shù)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2019.

[3]趙偉剛.淺析鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020（1）：177-179.

[4]沈登科.鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)研究[J].工程技術(shù)研究， 2021（7）：120-121.

[5]黃君文.鐵路隧道溶洞處理施工技術(shù)研究[J].石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020（4）：25-29.

[6]鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范：TB 10003—2016[S].北京：中國(guó)鐵道出版社， 2017.