瓮马铁路隧道岩溶处理综合施工技术

崔文镇

（中铁二十局集团第六工程有限公司，陕西西安 710032）

1 工程概况

瓮马铁路杨柳井隧道全长1 780 m，起讫里程DK86+665～DK88+445，为单线铁路隧道，位于云贵高原侵蚀构造中低山区。隧道经过地段地形多样、地质复杂，穿越地层主要为灰岩、页岩、砂岩、泥页岩夹煤层、白云岩、可溶岩与非可溶岩接触带、地下古暗河等。隧址区地下水的主要补给来源为大气降水、地表水的直接入渗，隧道正常涌水量为63 200 m3/d，雨洪期最大涌水量126 000 m3/d。施工中遭遇可溶岩、断层、溶腔、煤系地层概率极高，可能存在突泥、塌方、突水和有害气体等风险。

2 隧道岩溶区地质综合预报技术

2.1 预报原则

（1）综合预报。

前期勘察难以完全查明存在的地质问题，为避免施工中因盲目掘进带来安全事故，必须做到先探后掘。超前地质预报要遵循以地质分析为主线、物探方法为手段、多种方法相互印证补充，注重预报成果与开挖实际对比分析。

（2）方法选择。

选择合理、可靠、经济的超前地质预报方法，及时、准确判断，最大限度规避隧道施工风险，通常采用地表和洞内、长短距离和地质法、物探法、钻探法相结合的原则。

（3）工序管理。

隧道施工中，强化以人为本的理念，做到“有疑必探、先探后挖、不探不挖、探后慎挖”的探挖原则，建立未进行超前预测预报不许工人进洞和工人有权拒绝进洞的施工安全体制。

2.2 预报方法分类

杨柳井隧道施工中所采用的物探法如表1所示。

表1 杨柳井隧道地质预报组合

（1）地质调查法。

勘察位于隧道地表的地层与岩性之间出露、接触关系，尤其是要熟知并确认标志层；了解地表岩溶发育位置、分布规律及规模，并在此基础上探究其与隧道的空间关系。

洞内地质素描针对对象主要为掌子面和洞身地质，通过对地层岩性、特殊地层等进行气象与水文观测后，以此为基础来科学专业地判断处洞内涌水与降雨、地表径流关系。

（2）物探法。

本工程主要利用了弹性波反射法，在不均匀地质体中，利用人工所激发的声波与地震波进行探测，并根据产生的反射波不同特性实现预报，以更好地把控隧道开挖工作前方状态，通常用以查找地质构造、划分地层界线、探测不良地质体厚度及范围等工作。

（3）电磁波反射法。

电磁波反射法需要使用地质雷达探测，利用地质雷达探测后所产生的电磁波，对隧道开挖工作面前方岩体中进行传播与反射，根据反射脉冲波走时和传播的速度实现超前地质预报。

（4）红外探测法。

鉴于物质都会向外辐射红外电磁波原理，红外探测法以接收和分析红外辐射信号为基础来进行超前地质预报。该方法通常都被用以判断探测点前方有无水体存在，若水体存在则可明确出其所在方位，但其无法探测出水体相关参数（如水量大小等）。

（5）高分辨直流电法。

不同于红外探测法仅可以探测出水体方位，高分辨直流电法以岩石电阻率差异为基础，可探测出地层所蕴含地下水体位置及含水量大小等参数，一般适用于断层破碎带、溶隙、溶洞、暗河等地质的地下水探测工作。

在实际工作中，为了保证探测结果的准确性，应根据具体地质情况，结合不同风险等级组合使用物探方法。

2.3 超前钻探法

（1）超前地质钻孔。

在超前地质钻孔施工过程中，使用单孔水平取岩芯钻探法，根据不同地质实际情况决定是否需要钻孔取芯。为了及时发现中近距离物探超前探测异常地段，超前探测20～30 m后，实行每25 m一循环钻孔施工工作，每个孔长30 m。

（2）加深炮眼。

实现对前方围岩地质情况的探查，可加深隧道在开挖工作面上炮眼钻孔。每一循环钻设炮眼时，需要布设3～5个钻孔，还需要加深3 m以上，以此作为探测孔。

杨柳井隧道施工中采用的钻探方法如表2所示。

表2 杨柳井隧道地质预报超前钻探法选取

2.4 隧道内岩溶预报最有效的方法

经过杨柳井隧道岩溶长期的超前地质预报资料的分析与评判，结合掌子面揭示的地质信息，发现每一种超前探测方法都具有局限性，综合超前探测才相互验证与补充。超前地质钻探和加深炮眼对溶腔探测起到决定性作用，直观明了；TSP法有局限性，仅限于掌子面正前方规模大的不良地质体，对开挖线外或小范围不良地质难以探测；其余地质预报方法效果较差。

3 岩溶处理施工技术

3.1 岩溶形态及类型

通过对杨柳井隧道施工中遇到的岩溶分析发现，决定运营安全的首要条件是岩溶与隧道的位置关系，其次是岩溶形态大小、充填物性质及特征、涌水量大小和地质构造等。岩溶按照形态大小可分为洞穴型、裂隙型、管道型和大型溶洞型，按照填充物可分为充填型、半充填型、无充填型溶腔，充填物大部分为淤泥或泥土。

3.2 岩溶处理原则

杨柳井隧道岩溶发育、复杂多变，无规律，处理困难，施工中岩溶处理应遵循“预测在先，处理在后；排堵结合，宁强勿弱”的原则。

3.3 岩溶处理关键点

（1）岩溶水通道在拱顶部位，如通过隧道排水系统无法满足要求，必须恢复原通道并加强二衬。

（2）在边墙或拱腰部位时，如充填溶腔较大且溶腔对二衬无结构影响时，为避免回填浪费太大一般采用二衬后加支挡结构预留空腔。

（3）在仰拱底部时，满足岩盘≥5 m则底部溶腔可不予处理。需要处理时，维修或清淤有隐患，且极端雨季无法保障安全运营，一般不建议采用桥梁或倒虹吸方式过渡，通常改移通道或增加泄水洞进行处理。若为充填溶腔且非水系通道，则可采用桥梁、路基、托梁板等措施进行处理。

（4）岩溶水处理应遵循“先排后堵、堵排结合、动态调整”的原则，围绕着不影响隧道结构安全展开处理方案。

4 岩溶通道处理技术实例

4.1 杨柳井隧道暗河通道处理

2012年2月29日杨柳井隧道进口上台阶施工至DK87+574时，在掌子面左侧揭示暗河，走向与线路走向一致，隧道左边墙位于暗河通道内，DK87+592.5处暗河拐弯，在弯道处线路与暗河正交，相交处暗河宽10.5 m，在拱墙上2.5～3 m高处有水浸泡过的痕迹，表面有暗河带来的填充物色泽，暗河底部覆盖砂和卵石，部分地段有积水，暗河高4～8 m，宽1～11 m，中间局部有小的弯道，河道平缓，洞壁较稳定，水力坡度小。施工后，DK87+574～920暗河通道均与正洞有交叉，沿着正洞开挖方向左侧、右侧和拱顶交替布置。

4.2 处理方案

（1）对DK87+574开挖护墙基础施作3m厚的C30耐腐蚀性混凝土，基础两边采用C20混凝土回填密实。

（2）为了确保隧道掌子面开挖掘进安全，在隧道最大开挖线外暗河处修筑一道底宽3.0 m、胸坡1∶0.2的C30混凝土护墙，护墙两端应嵌入基岩不小于1.0 m，护墙两侧各设置一排Ⅰ18型钢，间距0.5 m，保护层厚0.1 m，横向每隔0.5 m采用Ф22 mm钢筋焊接在型钢上。

（3）左侧护墙支顶完成后，对护墙顶部与围岩接触裂缝露空部分用喷射混凝土及锚杆进行封闭处理。

（4）待正洞开挖完成后，根据岩溶及暗河揭示情况，在暗河与正洞交叉干扰400 m处向洞外施作长度为1 000 m的泄水洞，施工时不得影响村民正常饮水。

5 结语

杨柳井隧道在施工过程中，将隐伏岩溶探测作为一道工序，结合地质素描及超前地质预报，根据开挖结果分析总结出适合喀斯特地貌的超前地质预报。针对不同位置岩溶的技术处理是否满足隧道结构的要求总结通用技术，即采用岩溶与隧道的相对位置来进行归类处理。杨柳井隧道在岩溶的准确预报及和合理的处理方法下，加快了施工进度，降低了安全风险，值得岩溶地区铁路隧道的设计和施工借鉴。