1、岩溶隧道施工技术探讨【内容提要】溶洞为岩溶洞穴，又称喀斯特，主要是指地表水和地下水对溶性岩层经过长期化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，降低隧道使用的可靠度。岩溶作为一种不良地质病害，给隧道的施工和运营造成了严重的威胁。因此制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段极为重要。论文介绍了常见几种溶洞的处理方法，长期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。 【关 键 词】隧道溶洞施工探讨 中图分类号： U45 文献标识码： A 1.前言 高速公路设计标准较高，受线路纵坡、曲线半径限制，不可避免地出现长大、深埋型岩溶隧道。由于隧道
2、工程深埋于地下，工程地质条件和水文地质条件千差万别，加上人们的认识水平和勘察技术手段、勘察周期的限制，设计单位要在勘察阶段详细查明隧道的工程地质条件是不可能的，在隧道建设过程中遭遇不同形态体量、不同危害的岩溶概率极高，从而给隧道施工和运营造成了严重的威胁，带来了一定的困难和工程风险。因此岩溶隧道施工如何规避施工风险，保证施工及运营安全极为重要。 2.岩溶治理 隧道施工中遇到溶洞地段时，应依据设计文件结合现场情况核查溶洞的分布范围、类型、规模、充填物和地下水情况等，分别采取截、引、堵、越、绕等措施进行综合治理和施工。 2.1 拦截地表水 地表为自然沟床、汇水洼地有溶穴、落水洞、漏斗、竖井等为隧道
3、地下水补给来源，补给量随季节变化。则采用截水沟、泄水暗管拦截地表水，如为自然沟槽，采用在溶穴、落水洞、漏斗、地表陷穴四周施作浆砌片石排水沟。如地表为一溶蚀封闭洼地，则可采用截水沟和泄水暗管，泄水暗管将水引到隧道渗泄区以外。 2.2 引排地下水 （1）掘进遇到溶洞有流水时，宜排不宜堵，查明水源、涌水量、流向及与隧道位置的关系，采取截引结合，以排为主的措施。 （2）常年流量大的岩溶地下水，即隧道排水沟无法正常完全排走的水，采取开凿落水洞或增设平行导坑，将地下水排出隧道洞身范围。 （3）一般涌水即利用隧道排水沟能正常排走的水，以排为主。治理方法：在隧道涌水处预埋环向排水管，将水引入隧道排水沟排出洞外
4、。 2.3 根据溶洞揭露在隧道洞身不同部位进行分类治理 2.3.1 溶洞位于隧道拱腰以上 （1）溶洞在拱腰以上发育规模较小，无水(少水)的空腔，原则上采用回填法处理： 加强该段衬砌支护，初期支护外采用泵送 C20 混凝土全部回填封堵。为避免回填混凝土对复合衬砌局部产生过大压力，根据溶洞大小，要求在其四周施作长 2.0 米，纵横间距约 1.2*1.2 米间距的 22 砂浆锚杆，锚杆深入围岩不小于 1.0 米。回填施工完后再施作喷射混凝土和钢筋网初期支护等。在集中出水点处预埋 11cmHDPE 双壁波纹排水管，数量根据现场岩溶水量大小确定，排水系统与岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。本处理方案
5、主要针对隧道开挖面外(拱腰以上)的溶洞发育深度小于 2.0 米的地段。如图 1 所示： 图 1 拱腰以上小溶洞（一） （2）溶洞在拱腰以上发育规模较小或溶洞尽管向上发育较高但宽度很窄，采用护拱法处理： 加强该段衬砌支护，初期支护外采用泵送 2.0 米厚模筑 C25 混凝土，形成护拱，为避免回填混凝土对复合衬砌局部产生过大压力，根据溶洞大小，要求在其四周施作长 2.0 米，纵横间距约 1.2*1.2 米间距的 22砂浆锚杆，锚杆深入围岩不小于 1.0 米。回填施工完后再施作喷射混凝土和钢筋网初期支护等。在集中出水点处预埋 11cmHDPE 双壁波纹排水管，数量根据现场岩溶水量大小确定，排水系统与
6、岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。本处理方案主要针对隧道开挖面外(拱腰以上)的溶洞发育深度小于 2.0 米的地段。如图 2 所示： 图 2 拱腰以上小溶洞（二） （3）溶洞在拱腰以上纵、横向发育范围均较小，溶洞顶板稳定性较好，原则上采用挂网锚喷防护。 （4）溶洞在拱腰以上且溶洞内无填充物有水，纵、横向发育范围均较广，溶洞顶板发育在隧道拱顶 10 米以上，顶板整体稳定性较好，仅存在小块落石的可能，且清除危石难度较大，原则上采用拱罩防护： 加强该段衬砌支护，初期支护外采用泵送 C25 钢筋混凝土浇筑，保证最薄厚度不小于 80cm , 要求两侧嵌入岩石内不小于 50cm，双层 22钢筋网，网格间
7、距为 20*20cm，形成护拱，并在其四周施作长 2.5 米，纵横间距约 1.2*1.2 米间距的 22 砂浆锚杆，锚杆深入围岩不小于 1.5 米。如果溶洞拱顶以上发育较高，在 C25 混凝土护拱顶部施作 50cm 厚 M10 砂浆或细砂缓冲层，以防溶腔塌落，砸坏砌衬。以上施工完后再施作喷射混凝土和钢筋网等加强的初期支护（增加工字钢、工字钢间距、二衬钢筋，增设仰拱等方面加强） 。如果岩溶水比较发育，需对此处隧道进行扩挖，埋设 30cmHDPE 双壁波纹管连通原溶洞水路，间距 2.0 米一处；如果岩溶水不发育，埋设 11cmHDPE 双壁波纹管连通原溶洞水路，间距 2米一处；排水系统与岩溶原过水
8、通道相连或者引入隧道排水沟。本处理方案主要针对拱腰以上隧道开挖面外溶洞发育深度大于 2.0 米，溶洞宽度小于隧道开挖面的溶洞处理方案。如图 3、图 4 所示： 图 3 拱腰以上大溶洞（无填充物有水） 图 4 拱腰以上大溶洞（无填充物） （5）溶洞在拱腰以上且溶洞内有填充物，纵、横向发育范围均较广，整体稳定性较好，原则上采用超前支护法： 先施作超前小导管，超前小导管采用外径 42mm、壁厚 3.5mm 热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊上 6 加劲箍，管壁四周钻 6mm 压浆孔，但尾部有 1m 不设压浆孔。超前小导管施工时，钢管与衬砌中线平行以 610仰角打入拱部围岩。钢管环向间距 30cm
9、。每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架，初期支护完成后，隔 2.0 米再打另一排钢管，超前小导管保持 1.0 米以上的搭接长度。超前小导管注浆采用水泥浆液（添加水泥重量 5%的水玻璃） ，注浆参数如下：（1）水泥浆水灰比：1：1， （2）水玻璃浓度：35 波美度； 模数：2.4， （3）注浆压力 ：0.51.0 Mpa，超前小导管可从型钢钢拱架腹部穿过。开挖采用预裂爆破，施作 18 工字钢，间距 50cm，注意钢架基脚处适当扩挖，保证基础牢靠。施作锁脚锚杆，铺钢筋网，26cm 厚 C20 喷射混凝土，二次衬砌可根据溶洞发育情况，考虑采用钢筋混凝土结构。施工时注意预埋 11
10、cmHDPE 透水管连通原溶洞水路并加密此地段环向排水管。11cmHDPE 透水管间距 2 米一处，排水系统与岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。本处理方案主要针对拱腰以上隧道开挖面外溶洞发育深度大于 2.0 米，溶洞宽度小于隧道开挖面的溶洞处理方案。如图5 所示： 图 5 拱腰以上大溶洞（有填充物） 2.3.2 溶洞位于隧道边墙处 （1）溶洞在边墙处发育，采用护墙防护法：加强该段衬砌支护，初期支护外采用模筑 C20 混凝土回填，厚度不小于 1.5 米，1.5 米以外可采用干砌片石回填。每隔 2m 设置一处 11cmHDPE 双壁波纹管与主洞侧水沟相连，回填外侧纵向设一道 1.0*1.0 集
11、水井，排水系统与岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。该处喷射混凝土和钢筋网初期支护可取消。本处理方案主要针对在边墙处发育的小溶洞，溶洞宽度小于隧道开挖面的溶洞处理方案。如图 6 所示： 图 6 边墙处小溶洞 （2）边墙溶洞发育范围较宽广，溶洞侵入边墙隧底范围较大，采用护墙支顶法：加强该段衬砌支护，初期支护外采用 2.0 米厚模筑 C20 混凝土回填，2.0 米以外采片干砌片石回填。在隧底边墙悬空部位设工字钢托梁或钢筋混凝土盖板。做竖向暗沟、盲沟和预埋排水管，排水系统与岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。 2.3.3 溶洞位于隧道基础及路面以下 （1）溶洞在基础及路面下发育的小溶洞，原则上采
12、用回填法：浆砌片石或 C20 混凝土回填，如有充填物，必须挖除。每隔 2.0 米预埋一处11cmHDPE 双壁波纹管与主洞侧水沟相连。排水系统与岩溶原过水通道相连或者引入隧道排水沟。本处理方案主要针对隧道开挖面外（基础及路面下）的溶洞发育深度小于 2.0 米的地段。如图 7 所示： 图 7 基础及路面下小溶洞 （2）基底以下大溶洞：采用架设 C25 钢筋混凝土桥板通过，厚度不小于 80cm,应保证桥板两端架设与稳固基础上，基地承载力大于1200kPa，否则应进行处治。施工前可先对梁端基底地质进行物探或钻孔探测。本处理方案主要针对基地溶洞发育深度大于 5.0 米，溶洞宽度小于隧道开挖面的溶洞处理
13、方案。如图 8 所示： 图 8 基础以下大溶洞 （3）基础及路面下大型溶洞，溶洞在某一方向宽度较窄，采用跨越处理方案：采用钢筋混凝土梁跨越，梁高 50100cm，要求两侧嵌入岩石内不小于 50cm，基础及路面下采用 M7.5 号浆砌片石回填。每隔 2.0 米预埋一处 30cmHDPE 双壁波纹管与岩溶原过水通道相连。施工时注意30cmHDPE 双壁波纹管外裹一层无纺布，防止双壁波纹管孔眼被堵。本处理方案主要针对基础及路面下大型溶洞。如图 9 所示： 图 9 基础及路面下大型溶洞（一） （4）基础及路面下大型溶洞，溶洞发育相对较宽，采用跨越处理方案：采用设扩大基础或桩基，桩径 1.0 米，要求桩
14、基嵌岩深度不小于50cm。并设 80cm 厚 C25 钢筋混凝土梁跨越。施工前必须采用潜孔钻或地质钻机等设备进行溶洞加深钻探，探明溶洞底板以下范围内地质情况，并提供相应勘察资料，方可进行下道工序。施工时注意预埋 11cmHDPE双壁波纹管。本处理方案主要针对基础及路面下大型溶洞。如图 10 所示：图 10 基础及路面下大型溶洞（二） 3.结语 岩溶隧道加固工法有很多种，不论是采用哪一种施工方法，都应加强监控量测的信息反馈，及时修正支护参数。为确定施工方案，需要加强现场情况的掌握，不断进行方案对比，同时现场施工管理要严格，采用合理、安全的施工技术方案，才能确保施工安全。 【参考文献】 1 陈豪雄，殷杰，隧道工程M，北京：中国铁道出版社，1995. 2 JTG D70-2004,公路隧道设计规范，北京：人民交通出版社，2004. 3 JTG/TF60-2009,公路隧道施工技术细则，北京：人民交通出版社，2009. 4 关宝树，隧道力学概论M，成都：西南交通大学出版社，1993. 5 关宝树，隧道工程施工要点集(第 2 版)，人民交通出版社，2011. 6 李晓红，隧道新奥法及其量测技术M，北京：科学出版社，2002. 7 吕康成，隧道与地下工程防排水指南，人民交通出版社，2012.
