浅析毕都高速公路岩溶区隧道溶洞处理技术

2018-08-15唐发明

西部探矿工程 2018年8期

唐发明

（广东核力工程勘察院，广东广州510800）

岩溶溶洞主要是因为有可溶性岩石受到溶蚀地表水以及地下水甚至是机械作用下，形成地下溶蚀，出现溶洞结构主要是沟槽和裂缝以及暗河。在施工路段，岩体溶蚀裂缝发育较为频繁，同时很容易出现断层和破碎带，甚至是出现溶蚀空洞。对施工会造成严重危害的有洞害、水害、溶腔、坍塌等等。现在主要分析针对这些问题的处理措施。

1 工程概况

杭州至瑞丽公路贵州境毕节至都格（黔滇界）段第1合同段，位于贵州省西北部山区，总体走向为南北向，起点为毕节市鸭池镇龙潭边杉树弯一带，路线由鸭池、朱昌、花厂进入纳雍县境内，经东关、维新、董地、化作至该工程终点纳雍县龙场镇。全长47.123km（右线贯通）。设计标准为四车道高速公路，路面宽度24.50m，设计车速80km/h。

2 溶洞处理不适会造成的灾害

对溶洞处理过程中，处置不合理经常会造成施工和运营灾害，在施工中主要会出现的危害是：第一，隧道内支护、围岩出现断裂和变形一直到失稳，坍塌。第二，影响工程进度，这种会危害施工人员或者机械设备安全，出现工程要持续增加投资的问题。同时因为施工不当也会造成水文地质中地下径流改变，古岩溶被激活。出现新的出水点，各种在发育中的岩溶会加速成长。整个场区内的水文条件受到恶化，由于环境恶化和水位下降，植被减少地表砂土有流失问题。在某隧道施工中，在运行后期因为长期涌水，使得隧道顶部有48处泉水干枯，甚至出现塌陷，居民和牲畜饮水都受到恶化，严重影响社会效益。

3 隧道熔岩治理措施

在隧道工程中的溶岩治理上主要使用加固洞穴以及跨越、引排截堵、清除填充物等多种技术对熔岩水进行综合治理。针对各种溶洞形态，结合会出现的危害，主要分析下列危害。

（1）为了适应隧道内保护环境的要求，对于溶岩水可以使用堵为主的施工方式，同时依据水量和衬砌条件，使用超前帷幕堵水和抗水压衬砌等多种方式。要处理的重要问题是保证溶洞稳定，从而使得支护结构更加安全，在施工和运行时不会因为溶洞坍塌危害整个工程的安全。

（2）处理好岩溶水，隧道在修筑过程中会切断原有的水道，改变地下径流。假如此部分岩溶水施工不当，在修筑过程中会因为涌水造成施工条件恶化，危害人员以及设备安全、破坏初期衬砌，出现工程延期的问题。在运行中出现漏水问题也会造成附近区域水井干涸，植被枯萎，从而影响群众的生存。熔岩水处理在隧道运行安全、生态良好这些方面都有重要作用。

（3）岩溶塌陷处理。隧道在施工中，会有穿越岩溶塌陷地段的状况，塌陷物中有碎石和软塑粘土，这些堆积物通常为松散状，容易造成塌陷，稳定性极差。这些问题不仅增加了隧道支护开挖难度，同时也为以后整体下沉造成隐患。

3.1 小型溶洞处理方式

此种主要是断面发育不大，在掘进过程中较为常见。隧道和溶洞之间的关系和处置方式以及范围有重要关系。

拱腰之上的小溶洞。这种溶洞在隧道开挖前较为常见，经常会发育在拱腰之上，发育深度在2m之下，洞内没有积水，或者水量极小。溶腔小，同时对隧道稳定性影响不大。此类溶洞主要使用回填的方式进行处理，可以使用混凝土回填。为了消除混凝土和洞壁间的粘连而产生的压力，在回填之前使用高压水冲洗洞壁中的残留，这种方式减少出现洞壁和混凝土分离的问题。依据溶洞自身大小，在洞壁四周使用锚杆固定，每个锚杆之间的距离为1～1.5m，形状为梅花型，长度可以依据实际情况使用2.5m的，同时要保证深入围岩在1m之上，初期支护可以注入浆管，等到完全填满之后依据要求进行衬砌。

边墙溶洞。此种溶洞，对于隧道整体稳定性影响小，可以依照溶洞大小使用回填处理。此种溶洞可以使用片石回填，深度在2m之上的要回填满；发育中的溶洞，回填厚度要在2m之下。要想排除溶洞内的地下水，通过侧水沟和透水管相互连接，同时直径依据确定好的水量进行分析。

底部发育溶洞。底部出现的小型溶洞处理较为简单，原则上要全部回填。有软弱填充物时一定要全部清除，这种方式防止出现整体下沉。发育长度比隧道宽同时会出现水流的，在基地设置好透水管，管径依据水量确定。

3.2 大型溶洞处理

大型溶洞主要是面积大，发育深的溶洞，在回填中工程量大，此种都不使用回填。溶洞壁中经常会因为产生坍塌，因此有较多危岩石，也有溶洞被软陷物填充。一般使用加固和填筑浆这些进行处理。

拱腰之上的大溶洞。在拱腰之上的溶洞，一般深度在2m之上，同时溶洞宽度也会小于开挖面，溶洞内部没有填充物或者只有小部分填充物的要及时处理。距离衬砌较近的可以使用混凝土浇筑，最薄也要大于50cm，两侧可以嵌入岩石，深度要在50cm；对于重要部位可以使用钢筋，同时要在两头做锚杆，锚杆在岩石内的深入一定要在1.5m之上，在施工中我们可以使用模板进行浇筑，之后对原设计支护喷射混凝土以及钢筋网，同时也可以在施工之前先进行衬砌。为了防止洞壁出现塌陷，对初期支护造成严重冲击，在混凝土板上可以堆填沙袋。施工前对会产生影响的危岩全部清除，同时可以对洞壁的锚杆以及喷射混凝土实施支护。溶洞内部有水时，施作中预埋好排水管，隧道边墙引入沟中。见图1。

在发育中在拱腰之上的溶洞，因为施工中有松散的垮塌物，所以要在开挖之前超前支护。在施工前先使用超前小导管，长度可以依据溶洞确定。在开挖中可以使用预裂爆破，在施工初期进行加强，也可以使用工字钢架拱，同时要保证密度适合，通常会在50cm，在钢架基脚位置可以扩挖，使用这种方式保证基础牢固，同时使用锁脚锚杆，铺好钢筋网。对于二次衬砌可以依据发育实际状况，使用钢筋混凝土结构。要想排出溶洞内的积水，要埋入透水管。

基础和路面之下的溶洞，和隧道相交同时规模较大的溶洞，在溶洞内部有大量填充物同时有不稳定坍塌物时，因为填充物强度低，稳定性差，在开挖过程中经常会发生突水和突泥等危险，危害施工安全。要想保证施工顺利进行，可以使用超前长管棚对内部填充物进行高压注浆，使用这种方式保证结构稳定，隧道安全。隧道填充物也可以依据实际状况，使用换填进行处理。对于软层深的，使用桩基托梁处理。在桩基处理中设置在二次衬墙脚下，端部嵌入稳定岩体，主要是承受衬砌以及围岩中的垂直载荷，避免因为隧道不均匀出现沉降。要想保证施工安全，要在长管棚保护中进行基桩软弱位置的施工，一直到支护施工完成之后，重新进行人工挖孔桩和横梁。纵梁、横梁等都要达到预期强度才可以进行全面施工，进行仰拱铺设和二次衬砌。纵横梁要同时浇筑，在横梁中要预留出仰拱钢筋。要想抱枕施工安全，在开挖后的基础部分使用贫砼整平。见图2。

图2 溶洞充填物换填处理图

洞内没有出现填充物，依据实际使用钢筋混凝土梁跨绕。溶洞某个方向上的宽度变窄时，使用钢筋跨越，梁体高度在50～100cm，下部使用浆体片石回填，同时在施工中预留出透水管。溶洞内发育较宽，使用扩大桩基，同时设置混凝土梁进行跨越。

隧道下发育中有大规模溶洞，溶蚀溶洞顶部到隧道岩层厚度对隧道安全出现威胁时，可以对溶洞进行加固，根据现场施工情况，使用浆砌片石作为挡墙，同时要做好过水涵洞，堵好原有的过水通道。

4 强化施工勘探和安全监控

岩溶有隐蔽性的特征，工程勘探过程中，要对岩溶的发育和特征以及规模这些都要有深刻认识。在设计中，地质勘查一定要深入细致施工的重要前提，同时也是不可缺失安全保证。在施工开挖后，岩溶发育特征以及规模等都会更加清晰，这时一定要依据岩溶地质动态追踪进行设计。在切方路，一定要挖到设计要求之后才可以进行物探、钻探以及验槽等这些工作。在对桥梁基础使用岩溶岩体，为以后的开挖扩大基础或者选桩基作为端承柱时，首先要保证桥梁基础可以到标高，同时依据变化中的地质进行物探、验槽和钻探。在隧道施工中主要使用TSP和TGP等这些物探技术，以及超前钻孔，探明前方熔岩的发育状况，特别是要使用超前钻孔查清有没有会发生突涌。