隧道穿越溶洞施工技术

原正峰

摘要：隧道穿越溶洞施工，风险大、不确定因素多，溶洞类型复杂多样，给施工带来极大的困难。施工中采用溶洞回填技术加上超前支护和初期支护措施的不同组合，选择合适的开挖方法，利用信息技术指导施工，可以安全顺利的穿越溶洞。

关键词：溶洞 回填

中图分类号：U45文献标识码： A

1. 引言

当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，隧道基底难于处理；有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌；有时遇到大的水囊或暗河；岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道；有时遇到填满饱含水分的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，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；有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。本文介绍了含水填充型溶洞涌水涌泥的处理。

2. 工程概况

杉木墩隧道位于铜陵县钟鸣镇境内，隧道全长982.49m，隧道进出口里程分别为：DK151+778.51、DK152+761；隧道最大埋深约136m，其中DK152+350～DK152+761段为灰岩区，局部地段岩溶发育，岩石破碎。

3. 工况

2011年6月26日掌子面开挖至DK152+550，揭示围岩为灰岩，强风化～弱风化，节理裂隙发育，沿裂隙面充填软弱夹层，DK152+546～+550段拱部左侧2m至右侧拱腰发育有一小型溶腔，溶腔内充填软塑状粘土，局部夹块石，2011年6月29日掌子面开挖至DK152+548处，拱部突然发生涌泥、掉块，且伴有水流涌出，内有较大孤石，涌泥后在DK152+548～+540段拱部以上形成空腔，高度约10m，宽度约6m。涌泥将开挖台车向后推出8m远，并严重损毁，掌子面前已支护好的一榀工字钢变形侵限，在掌子面前方形成涌泥堆积物，堆积物最上方漏出一溶洞口。如下图：

涌水涌泥位置隧道埋深约70米，开挖采用三台阶法开挖，衬砌结构采用Ⅴb型衬砌结构，超前支护采用φ50超前双层小导管，钢架采用Ι22a型工字钢，间距0.6m，钢筋网采用φ6.5圆钢，网格间距25cm×25cm，喷射混凝土采用C30喷射混凝土。

通过观测，溶洞形态推测如下图:

4．总体施工方案

涌泥发生后，溶洞内填充物由于掌子面堆积物达到暂时平衡，溶洞内仍然有泥水混合物未流出，如果轻易将涌泥堆积物挖除，溶洞内填充物将继续向外涌泥，对机械和人员将非常不安全。经过反复研究，对溶洞先采用回灌混凝土和注浆回填并超前预加固后，再挖除涌泥堆积物继续向前开挖，这个方法基本上可以确保安全。

5. 施工方法及工艺

涌水涌泥发生后，禁止人员和机械设备停留掌子面前，对掌子面进行观察，待涌水涌泥基本稳定后，在涌水涌泥堆积物后方开挖积水井，利用抽水泵将溶洞内水流泵送至临时排水设施，防止水浸泡隧道基底。然后采取以下措施进行处理。

5.1 反压封闭

利用尼龙袋装沙土，在掌子面前方堆积物从坡脚堆码至坡顶，堆码两层，对掌子面进行反压，反压将掌子面全部封闭，靠拱部位置预留0.5m2灌浆孔。沙袋外采用C25喷射混凝土封闭，封闭厚度30cm，并设置Φ8钢筋网，网格间距20cm×20cm。

5.2 初支监控

掌子面后方10m范围钢架加密设置拱顶下沉与周边收敛监控测点，每隔2m设置一组监测点，每隔4小时对拱顶和收敛监测一次，并及时整理数据得出结论反馈施工，以便进一步采取措施。

5.3 初支加强

反压封闭，掌子面稳定后，对掌子面前纵向6m范围内初支加强支护，沿钢拱架环向方向打设砂浆锚杆，砂浆锚杆长度3m，环向间距3m，加固范围上台阶140度范围内，锚杆头焊接在钢拱架上，焊缝长度不小于5cm。并将变形钢架拆除，重新安装钢架，拆除一榀，安装一榀，除按照设计要求施做外，按照上述方法进行加强。

5.4 溶腔回填

待掌子面前方空腔稳定后，在预留孔向溶洞顶送入φ133泵送混凝土管，要尽可能接近顶部，并对预留孔口进行封闭，封闭完成后，溶腔采用泵送C35混凝土回填，回填高度至少达到3m，在拱部形成加固圈，混凝土塌落度要适当大些，使混凝土尽可能流到溶洞的每一个位置，回填完成后，利用泵送管孔对回填背后进行吹沙，吹沙厚度不小于50cm。

5.5 埋设引水管

利用泵送混凝土管或利用凿岩机钻孔埋设引水管，引水管直径不小于φ50，纵向每2m设置一处，将溶洞内流水引至洞内。在后面做初期支护和二次衬砌施工时，将水引至隧道内永久排水沟，保证溶腔内水不会聚集形成压力水，影响运营安全。引水管埋设如下图：

5.6 超前支护

待回填混凝土强度达到70%后，拆除掌子面前方部分堆码沙袋，在拱部140度范围内施做洞身φ89管棚，管棚壁厚5mm，管棚内注水灰比1:1水泥浆。开挖时采用φ42超前单层小导管配合施工。

5.7 仰拱、二衬紧跟

掌子面后方仰拱紧跟至距掌子面35m范围内，同时二衬紧跟。

5.8 开挖支护施工

待泵送砼强度达到100%后，方可进行拱部开挖，开挖采用三台阶临时仰拱法施工。拆除掌子面堆砌沙袋，开始进行爆破开挖施工，爆破采用弱爆破，尽量做到多打眼、打浅眼，并控制药量。开挖进迟0.6m（一榀钢架间距），掌子面打开后，拱顶由于回填混凝土形成混凝土外壳，外壳混凝土比较稳定，对拱顶以下作业人员形成有效的保护。支护采用强支护，措施有：钢架采用HW175型钢，间距0.6m，喷射混凝土采用C30混凝土，厚度28cm，钢筋网采用φ6.5圆钢，网格间距25cm×25cm，钢架之间采用W钢带连接。

5.9 衬砌加强

衬砌施工时将该溶洞地段衬砌厚度增加10cm，变更为60cm，对以后隧道的运营安全要确保100%。

6. 施工注意事项

隧道在溶洞地段施工时，应根据设计文件有关资料及现场实际，查明溶洞分布范围、类型情况（大小、有无水，填充物）、岩层的稳定程度和地下水流情况，然后根据以上情况采取必要的施工措施。

6.1 施工前应对地表水进行详细勘查，注意研究岩溶状态，估计可能遇到溶洞的地段，以提前预警。了解地表水、出水地点的情况，并对地表进行必要的处理，以防止地表水下渗。

6.2 当施工到达溶洞边缘，各工序应紧密衔接。同时要设法尽量探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案及安全措施。

6.3 隧道溶洞地段要备好足够数量的抽水设备和其他应急物资。

6.4 涌水涌泥发生后，加强洞内溶腔及地表的动态观察，观察地表有无塌陷，观察溶洞内状态，并能及时反馈，以便指导溶洞处理；

6.5 涌水涌泥发生后，溶腔未稳定之前严禁进行开挖支护等人员作业；

6.6 泵送C30砼时应严格预留排水孔及吹沙孔，并严禁随意堵塞；

6.7 严格按照设计工法施工，弱爆破，及时支护，每循环开挖进尺不大于0.6m；

6.8 严格按设计要求加强隧道拱墙周边5m范围、随地一下15m范围岩溶的探查工作，并及时将探查结果上报相关单位核备；

6.9 仰拱紧跟、二衬及时施作；

6.10 若地质情况发生变化应及时研究对策，以便下一步处理。

7. 结束语

隧道穿越溶洞施工是隧道施工中的重点和难点，溶洞内一般有填充物，遇到溶洞一般会发生塌方、涌水涌泥，对隧道施工人员和机械安全非常不利。溶洞大小形状不一，内部充填情况也不尽相同，危害风险程度也不完全一样。穿越溶洞时，采用溶洞回填技术加上超前支护和初期支护措施的不同组合，选择合适的开挖方法，利用信息技术指导施工，必将能安全可靠的穿过溶洞。同时要加强一次衬砌和二次衬砌结构，做好地下水引排工作，对隧道运营安全也至关重要。