岩溶强烈发育区隧道施工技术的研究探讨

李春光

摘要：岩溶隧道施工因其工程地质和水文地质的复杂性和特殊性而异常困难，探索岩溶尤其是填充型溶蚀结构的处理途径和施工技术，成为岩溶隧道施工技术所需要解决的关键问题。

关键词：岩溶发育区；隧道施工；技术

新建贵开铁路兹姑田三号隧道全长440m，按160km/h旅客列车双线隧道设计。隧道为可溶岩隧道，地表溶洞溶槽发育，周围边大型岩溶形态如漏斗、落水洞、溶洞等发育，

据勘探统计：全隧道6个钻孔有4个钻孔见溶洞共计10个，见溶洞率为66.7%，为空溶洞及半充填溶洞，充填物多为褐黄色软塑状黏土。溶洞大小不一，一般为0.6～1.0m，最大溶洞高可达7。5m，综合分析：已有串珠状空溶洞发育，隧道施工时该段极可能遇较大型的岩溶溶腔，隧道区为岩溶强烈发育区，对隧道的影响较严重。

一、地层岩性

隧区上覆第四系全新统坡残积（Q4dl+el）红黏土。下伏基岩为寒武系下统清虚洞组（∈1q）白云岩、灰岩夹泥灰岩。

二、岩溶隧道超前地质预报技术

（一）巖溶隧道有别于其他隧道主要有以下三个特点：

1、岩溶地质的不确定性和复杂性；

2、地质勘探现有的技术水平（人类的认知水平）未达到完全认识岩溶地质条件；

3、岩溶地质灾害的危险性特别巨大，特别是突水、突泥问题，只要发生地质灾害事故，一般都是特大安全事故。

因此在溶岩隧道施工时，为保证隧道施工安全、优化设计、实现信息化施工，有必要尽可能弄清楚岩溶的发育规律、形态等多方面的影响因素，现在一般是通过超前地质预报的手段。

（二）预报的重点段落及其内容

重点段落为：全隧暗洞段。

重点内容为：

1、岩溶发育程度、岩溶水赋存情况；

2、隧道影响范围内溶洞、溶腔、岩溶管道的性质及状态；

3、隧道内围岩级别变化趋势。

（三）预报的方法

岩溶强烈发育段采用C类超前地质预报：地质调查法+物探法（地质雷达）+超前钻探法（超前钻孔1孔+加深炮眼）；其他段落采用B类超前地质预报：地质调查法+物探法（TSP203+红外探水+地质雷达）+超前钻探法（超前钻孔3孔+加深炮眼）。以地质调查法为基础，综合物探及超前钻孔为主进行综合超前地质预报。

三、岩溶注浆治理施工技术对于隧道岩溶治理方案

（一）对隧道岩溶段地下水的处理原则是宜疏不宜堵。为防岩溶水的突水涌泥，施工中采取超前孔探测，对于隧道在复杂情况下应采取截、堵、排、综合治水的措施，堵水时，只能改变水流方向。对于溶腔位于隧道拱腰，采用主动初期支护的型式，初期支护面预留两节不小于2m的泵送混凝土管，待初期支护达到一定强度（3～4天）后，利用混凝土输送泵泵送混凝土，拱腰空腔采用片石混凝土回填密实。对于溶腔位于隧道下方，首先调查溶腔内有无水。

（二）其次利用精密测量仪器详细勘测隧底下方溶腔与隧道主体的位置关系。在岩溶地区隧道建设中遇到大量岩溶突水涌泥现象，将给施工和生产生活带来许多危害，对环境带来不利影响时，对此采取注浆堵水。注浆堵水是一项由软弱地层预加固技术发展而来的防治涌水灾害新技术，在松散软弱结构围岩、裂隙围岩隧道防水方面取得了显著效果。

（三）在岩溶地区隧道水害处理中，亦可采用了注浆堵水这一新技术。封堵岩溶水、固结岩溶流泥，洞内注浆优于地表注浆，预注浆优于地表注浆。因岩溶相互串通，与地表直接沟通，地表注浆往往造成浆液突破表土，漫铺地面，浪费极大；后注浆是在岩溶已被施工开挖揭露，特别是当发生涌水突泥之后所耗费注浆量极大。注浆堵水加固围岩的施工方法一般分洞内和地表。洞内包括断裂岩溶富水带施工注浆和岩溶软塑状充填淤泥高压劈裂注浆，地表一般为深孔充填注浆。对隧道断裂岩溶富水带施工注浆，浆液扩散半径根据堵水加固范围确定，遇大裂隙时适当调整。注浆压力由公式初算得出所需的压力值，然后按照注浆时的实际情况调整。注浆材料常用水泥、水玻璃双液浆，配合比根据现场试验选定。注浆浆液的配制对于水泥浆液水灰比适宜控制在0。6：1～1：1范围。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆。按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌合水泥浆液。在浓水玻璃中加水稀释，边加水边搅拌，并用玻美计测试其浓度。施工中采用的水玻璃波美度为35°～40°。将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆桶内备用。注浆方式采取前进式多次钻注法，即逐段反复加深钻孔注浆，直至设计长度。对于一个区段由多孔组成，则注浆结束标准不以单孔控制，而是采取由设计的区段控制。当最后一个孔的一次注浆压力达到设计值，并且该区段注浆总量接近设计量时，即可采取结束注浆。对于单孔注浆，则以注浆压力的终值控制，当注浆压力达到设计的最终压力时，立即递减泵量，同时应能保持设计最终压力时，即结束注浆。以止水为目的的注浆，注浆后的涌水量减少到20m3/h时，结束注浆。

（四）同时为了有效地避免注浆孔孔壁坍塌和浆液注入时在地层中上串流失，在注浆层顶面以上每个钻孔用钢套管护壁，采取注浆孔孔口封闭止浆，当洞内出现串浆时，主要采取逐渐加大双液浆玻璃波美度。注浆结束后应对采取质量检查，通过工程实践表明，在正常情况下，注浆压力由小逐渐增大，注浆量由大到小，当注浆压力达设计终压时，稳定20min～30min即可结束注浆。遇到大裂隙时，压力上不去，进浆量很大的情况下，经过浆液浓度的变换，仍达不到终压与注浆量的标准时，采取间歇注浆办法，待养护24小时后复注，以控制设计的注浆量和达到设计终压。注浆后的质量检测主要是通过钻孔并取岩芯，观察浆液充填裂隙的饱满程度，调节注浆参数。为了有效地通过注浆治理隧道岩溶不良地质现象，结合工程实践，通过现场注浆施工控制技术出发。①注浆量控制：设计单位通过对超前地质预测预报成果研究分析及地勘资料，结合现场实际确定注浆方案和注浆段落（范围），施工单位应对确定的注浆段落（范围），按制定的注浆方案进行钻孔注浆施工，现场监理对注浆施工实施全程旁站监督。②现场注浆施工控制：施工单位应严格按注浆设计要求进行注浆量控制，当现场出现个别注浆孔长时间注浆压力不上升时，应通过调整注浆材料和浆液配比参数，以及通过采取复注浆措施，达到可控域注浆，并满足加固圈厚度要求。

（五）注浆工艺要求

1、注浆前，在类似地质条件下的岩层中进行注浆试验，初步掌握浆液充填率、注浆量、浆液配合比、凝胶时间、浆液扩散半径、注浆终压等指标；

2、孔口位置应准确定位，与设计位置的允许偏差为5cm，偏角应符合设计要求，每钻进一段，检查一段，及时纠偏，孔底位置偏差应小于30cm；

3、注浆孔开孔直径不小于108mm，终孔直径不小于90mm；

4、钻孔和注浆顺序应由外向内，同一圈孔间隔施工；

5、岩层破碎容易造成坍孔时，应采用前进式注浆，否则采用后退式注浆；

6、孔口设3mΦ108注浆管，埋设牢固，并有良好的止浆设施；

7、一个孔段的注浆作业一般应连续进行到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实行间歇注浆，制止串浆冒浆等而有意中断，应先将钻孔清理至原深度以后再行复注。

四、岩溶隧道施工的解决手段

1、建立完善的項目管理体制（预报管理体制、监控管理体制、反馈施工管理体制）。

2、工人员管理：地质预报人员（地质工程专业和物探专业），岩溶处理加固人员（地质工程专业、隧道专业、桥梁专业），监控人员（测量、隧道专业），反馈施工人员（地质工程专业、隧道专业、工程力学专业）。

3、料、机管理：（地质预报仪器（物探、钻机等），岩溶处置机器，反馈施工（反分析软件等），岩溶处治机具。

4、严格按照既定方案，规范规定施工，保证施工质量。

5、应配置专职安全员，并加强施工组织协调，各作业区信息应贯通，并与洞外生产组织调度中心保证联络畅通。

6、洞内应设置应急照明设施以及紧急疏散标识；并配置必要的救援车辆，救援梯等救援设施。

7、应制定发生紧急事故的抢险预案，并将其紧急措施纳入实施性施工组织，加强职工安全培训，增强职工安全意识，组织参建人员进行突发性事件处置演练。

五、结语

岩溶发育及分布的未知性与地形地貌的不规则性造成岩溶隧道围岩条件十分复杂，岩溶隧道的设计理论与施工技术一直是隧道工程界的研究热点和难点。结合隧道工程的特点，阐述岩溶发育区基岩类型，总结溶沟、落水洞、岩溶洼地、盲谷等典型岩溶地貌的基本特征及对隧道工程安全性的影响，概括隧道工程中常见的岩溶区地下水系统，形成岩溶隧道勘察设计原则，指出初步设计勘察阶段、详勘阶段与施工图设计阶段的设计要点和注意事项，并依托贵州省内多座典型岩溶隧道，结合设计、咨询及施工配合中发现的问题，从勘察设计角度进行总结，以期为岩溶地区的隧道设计与施工对策提供参考。

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]。2011

[2]张衡，周俊。岩溶地质隧道重难点技术[J]。2002

[3]林治安。隧道岩溶处理技术[J]。2011

[4]朱克炎，马会军。隧道岩溶涌水处治施工技术研究[J]。2009