1、1兴隆隧道岩溶地段的预测及处治摘要岩溶隧道施工因其工程地质和水文地质的复杂和特殊而异常困难，本文通过对湘桂铁路兴隆隧道的施工实例阐述了岩溶隧道施工的关键技术及处治方法，为今后类似工程提供参考。 关键词岩溶隧道工程施工 中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号： 1 工程简介 新建铁路柳州至南宁客运专线兴隆隧道位于广西省来宾市境内，隧道全长 408m （DK626+672-DK627+080） 。本地区位于南华准地台上的广西“山”字型构造区，历经加里东、印支、燕山、喜玛拉雅等多次构造运动，形成多种构造体系，其沉积建造复杂，褶皱、断裂非常发育。属南北向构造，伴有北东向的次生构造。 根据
2、现场调查：岩体表面溶蚀呈小峰丛状，溶沟、溶槽发育。根据勘探揭示：多处见溶洞，洞高 1.03.20m，内充填粉质黏土，DK627+015 DK627+055 为竖井状溶洞塌陷堆积的粉质黏土，弱风化，属级次坚石。 2 工程特点及难点 隧区范围内属低山溶蚀峰丛地貌，为石炭系大塘组燧石灰岩、灰岩，溶蚀强烈，地表灰岩溶沟、溶槽、溶隙发育呈峰丛、峰林状，根据勘探2表示：多处见溶洞，内充填粉质黏土。隧道洞身位于垂直渗流带，溶洞内充填硬塑状粉质黏土，无积水或滞流水，但雨季下暴雨时地表水下渗形成管道水。故隧道施工过程中下暴雨时可能出现短时的岩溶轨道涌水及溶洞充填形成的突泥现象，对隧道影响较大。岩溶地段的施工是本
3、隧道施工的难点。 本隧道施工的主要技术问题： （1）岩溶发育情况的准确预报； （2）岩溶地段的施工。 3 施工中主要的技术手段 3.1 超前地质预报 为保证隧道施工安全，优化设计，兴隆隧道采用地质调查法为主，并结合钻孔及综合物探手段进行综合超前地质预报。结合本隧道工程特点以及工程地质、水文地质条件，超前地质预报工作主要预报以下内容：（1）不同岩性接触带的位置，接触带岩体破碎程度，地下水赋存情况； （2）岩体破碎程度，地下水赋存情况； （3）隧道受岩溶地下水影响程度及岩溶形态的类型，位置，大小等；（4）隧道内围岩级别变化趋势。 隧道掘进前首先采用地震波反射法对掌子面前方 100 米范围内的不良地
4、质性质、位置、宽度和影响隧道施工的长度进行预报，并结合地质3调查法揭示的地质条件及加深炮孔的探测情况，为开挖指明工作面前方概略的地质轮廓，揭示前方不良地质和围岩级别的变化。 施工中对围岩异常处，增设 75 超前探孔进行探测、地质雷达、红外探测等短距离预报方法，更准确地预报工作面前方 15-30 米范围内可能出现的地层、岩性情况，预报掌子面及其附近围岩中实见的各种不良地质体向掌子面前方延伸的情况，较准确的预报工作面前方 15-30 米范围内可能的地下水涌出情况。 施工中将超前地质预报工作纳入正常施工工序进行管理，通过超前地质预报工作，核实和预测掌子面前方的地质条件，及时调整工程措施，确保施工及结
5、构安全。以下是本隧道超前地质预报的主要技术手段及其特点。 1）地质素描法 利用地质理论和作图法，将隧道所揭露的石灰岩地层岩性、地质构造、结构面产状、地下水出露点位置及出水状态、出水量、溶洞发育情况等准确记录下来并结合己有勘测资料，对隧道开挖面前方地质条件进行预报。 该方法不占用施工时间、设备简单、不干扰施工、出结果快、预报的效果好、费用低、而且为整个隧道提供了完整的地质资料，但对操作人员地质知识水平要求较高，一般准确性难以保证。 2）超前水平钻孔 用钻探设备向掌子面前方钻探，直接揭示隧道掌子面前方几十米地层的岩性、岩体结构、构造、地下水、岩溶洞穴充填物及其性质、岩体4完整程度等资料，比较直观，
6、还可通过岩芯试验获得岩石强度等定量指标，适用于已经基本认定的主要不良地质区段。但在复杂地质条件下预报效果较差，很难预测到正洞掌子面前方的小断层和贯穿性大节理，与隧道轴线平行的结构面以及钻孔与钻孔之间的地质情况也反映不出来。优点是可以直观、准确地预报地质情况，也可以起到其它辅助施工的作用；缺点是费用比较昂贵，占用隧道施工时间长。 3）加深炮孔 加深炮孔是在掌子面钻眼的时候，为了确定下一循环的围岩情况而打的探测炮眼，深度为当前循环进尺的 2-3 倍长度，与超前地质钻孔相比，它具有设备简单、操作方便、费用低等优点，可以探测出溶洞、泥槽等，也可以提前探测地下涌水，流沙等。对岩溶地区隧道施工安全非常重要
7、。 4）红外探水 红外线探水法是利用地下水的活动会引起岩体红外辐射场强的变化，红外探水仪通过接收岩体红外辐射场强，根据围岩红外辐射场强的变化幅值来确定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隐伏的含水体。优点是仪器小巧轻便，操作简单，可实现全空间全方位探测，能预测隧道外围空间及掘进面前方 30 m 范围内是否存在隐伏水体或含水构造，资料分析简洁、快速、直观。缺点是只能探测出探测点前方 30 m 范围内有没有水，至于水量大小、水体宽度及具体位置等则难以说清，也就是说目前红外探测只限于定性阶段。 5）地震波反射法 5地震波反射法适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。能预报掌子面前方 100350m 范围内的地
8、质状况，围岩越硬越完整预报长度就越大。对隧道施工干扰小。它可在隧道施工间隙进行，即使专门安排此项工作，也只需 30min 左右。提交资料及时，在现场采集数据的第 2 天即可提交正式成果报告。预报准确性：其预报地质体距离掌子面的位置是根据 24个爆破孔与接收器之间的弹性波速度的平均值和地质体反射波到达接收器的时间来确定的，由于弹性波速度的差异而导致地质体预报位置与实际情况有所差异。预报精度：它所能反映出的地质体的宽度是根据采样间隔和岩体弹性波速度来确定的，如采样间隔取 80s，弹性波速度为5000 m/s，则能预报出的地质体的宽度为 0.4m。预报断层、弱硬岩接触面等面状结构反射信号较为明显，而
9、预报溶洞等点状地质体则不尽如人意，因其预报原理和计算模型是以平面为计算依据，对宽度小于 0.4m 的小型溶洞反映不明显。 6）地质雷达 在地表探测 530m 范围内的地下地层或地质异常体(溶洞、断裂、空隙等)反射信号比较明显；灰岩地区隧道铺底前采用中低频率的天线可作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段。采用高频率的天线进行隧道混凝土衬砌质量无损检测比较理想。仪器密封性差，易造成仪器损坏，操作起来费时费力，探测距离短，效果不好。隧道内的环境条件与地质雷达的理论基础半无限空间不吻合，加之洞内钢拱架、钢筋网、锚杆、钢轨等金属构件的影响，探测结果一般不太理想。 3.2 岩溶段的施工 63.2.1 隧道出口端竖
10、井状溶洞 （1）岩溶揭示情况 隧道出口段基岩零星出露，地表灰岩溶槽、溶隙发育呈峰丛、峰林状，经钻探隧道 DK627+015DK627+055 段为一竖井状溶洞塌陷，内填充物均为硬塑状粉质粘土，下伏基岩为石灰岩与硅质岩互层，弱风化 V 级次硬岩。 （2）施工处治方法 根据地质预报揭示的地质情况， DK627+020DK627+052 明洞段两侧开挖采用基底外 1m 放坡开挖。 DK627+030DK627+050 段溶洞发育至隧底 20 米下以的范围内，基底采有 60 旋喷桩进行地基加固，桩间距 1 米，交错布置，旋喷桩加固至基岩面以下 1m，注浆材料采用普通硅酸盐水泥外加 2%-3%氯化钙做为
11、速凝剂，水灰比采用 1:11.1:1 ；DK627+016DK627+030 段溶洞发育在隧道仰拱范围内，采用同级混凝土进行基底换填和回填。在塌陷体范围隧道两侧采用 50 公分的粘土隔水层，顺地表排水。 3.2.2 充填型溶洞 （1）岩溶揭示情况 1）中距离预报结果 使用地震波反射法对掌子面前方 50m(DK626+836DK626+786)进行超前地质预报，从地质波记录上分析推测在掌子面前方 5-15m 7(DK626+831DK626+821)范围内可能存在不良地质体，推测为半充填型溶洞或破碎带，结合地质调查综合判断，上述区域范围内岩溶水较为发育。 2）现场揭示情况 上台阶掌子面掘进至 D
12、K626+834 时，左右侧拱腰处发生溶洞充填物涌泥、涌水现象，涌出物物质成分为软塑状、流塑状粉质粘土含角砾，涌出掌子约 43m 长，方量约 500m3。 现场揭示，隧道右侧拱腰处发育一直径约 56m 的溶洞，洞高约30m，呈不规则状向隧道掌子面内及大里程方向延伸，溶洞充填物已基本排空；隧道左侧拱腰处发育一直径约 2m 的溶洞，洞高约 10m，大致沿线路小里程方向及拱顶延伸，涌出部分溶洞充填物。 3）短距离预报结果 采用地质雷达法对掌子面前方 20m 范围内进行地质预报检测，(DK626+834DK626+814)预报结果为： 掌子面前方 0-4m（对应里程 DK626+834DK626+83
13、0）范围内反射信号强烈，同相轴连续性差，推断该区域内岩体极破碎，节理裂隙极发育，有发育充型溶洞或破碎带的可能性。 掌子面前方 4-7m（对应里程 DK626+830DK626+827）范围内，反射信号较为微弱，推测该区域范围内岩质变化不明显， ，未见明显的孤立异常和大规模的不良地质体。 8掌子面前方 7-16m（对应里程 DK626+827DK626+818）范围内呈现明显弧形同相轴且反射波振幅强烈，推测该区域沿线路方向的中部区域内发育半充填或全充填溶洞，内充填物主要为粉质黏土，沿线路方向发育长达 6m 左右；该区域沿线路的右侧呈现两组明显的反射波组，推测此区域内发育溶洞规模较大，半充填，沿线
14、路方向发育长达 8m 左右。该里程段水文地质条件和工程地质条件极差，施工中应以引起高度关注。 掌子面前方 16-20m（对应里程 DK626+818DK626+814）范围内未出现较为明显的异常特征图像，推测该范围内岩体较为破碎，节理裂隙较为发育，未出现较为明显的孤立异常和不良地质体。 4）加深炮孔检证 根据地质雷达检测预报 DK626+827DK626+818 段中部和右侧有不良地质，施工中每一个断面施作 7 个加深炮孔，孔深 5m（每循环进尺1.8m） ，对地质雷达预报结果进行验证。施工至 DK626+831 时，加深炮孔揭示掌子面前方 3m 处，右侧发育有贫水充填型溶洞。 （2）DK62
15、6+834 左侧溶洞施工处治方法 该溶洞位于左侧拱腰处，属于贫水充填淤泥型溶洞，掌子面基岩稳定，溶腔内填充物己基本排空，根据其特点施工中采取以下处治措施 1）在确保安全情况下，对涌出的填充物进行清理。 2）对溶洞区范围内施作 75 超前导管，导管外设 5 的单向阀溢浆孔，管棚布设间距 30cm，外插角 1.50，长度以钻入基岩 1.5m 为原则。施作完毕后注入普通水泥单浆，注浆终压 1.5-2.0MPa。 3）DK626+835DK626+815 段全环 I20b 钢拱架间距由 60cm 调整为950cm，拱腰及拱脚刚架接头处锁脚锚管每处调整为 4 根，采用双层 10钢筋网，网格间距 10cm
16、10cm。 4）在初期支护施作过程中预埋混凝土泵管，泵管预埋高度 7m，初支施作完成后进行泵送 C30 混凝土及吹沙回填。泵送混凝土护拱厚度不小于 1m，吹砂回填厚度不小于 4m。溶洞位置两侧边墙脚各增设 2 根100PVC 盲管，直接引入洞内侧沟，50 环向盲管予以加密，防止衬砌背后积水。 （3）DK626+828 右侧溶洞施工处治方法 爆破开挖后，实际揭示在隧道右侧拱腰处有一大型岩溶管道，直径6.5m，管道内充填大量软塑状粉质粘土含角砾，储量无法估计，掌子面和左侧围岩稳定，为确保安全施工，不留后患，对该溶洞采取注浆加固进行处治。 1）在确保安全的情况下先左侧进行锚网喷防护，初喷后施作左侧钢
17、架支撑，右侧采用临时竖撑，对掌子面及溶洞区喷锚全部封闭。 2）超前预注浆。对溶洞区范围内施作 42 小导管，管长 6m，间距40cm，外插角插角 150，施作完毕后注入普通水泥水玻璃双液浆，水泥浆水灰比为 1:11.25:1，水泥、水玻璃体积比为 1:0.31:0.6，注浆终压 1.5-2.0MPa。 3）对溶洞区进行开挖，溶洞区注浆效果较好，浆液充填饱满，满足了安全开挖要求。 104 结论 （1）在兴隆隧道施工过程中采取的多种地质预报方法，但是每种方法都有各自的局限性，施工中单一的方法预报结果都不理想，例如：根据地质雷达检测预报 DK626+827DK626+818 段可能存在不良地质，而实
18、际施工中采用加深炮孔揭示 DK626+828 右侧发育有贫水型充填型溶洞，与地质雷达预报结果存在一定误差。溶洞探测采用单一手段还比较困难，各种预报手段都有其各自的预报范围和精度，由于岩溶地质的复杂多变性，为提高地质预报的精度，应综合利用多种地质预报手段，互相补充和验证预测结果，对可能发生的岩溶地质灾害及时发出预警警报，实现地质预报的目的。在兴隆隧道施工过程中始终把地质预报工作纳入正常施工工序进行管理，采用多种地质预报手段，在区域地质分析的基础上首选地震波反射法进行长距离探测，地质异常时施做地质雷达和超前钻孔并辅以加深炮孔，对各种预报手段探测到的信息进行综合对比分析，较准确地预报出掌子面前方岩溶发育情况，施工中及时调整施工方案，避免了不良地质灾害的发生，保证了施工安全。 2）在岩溶地区隧道施工中，通过采取超前地质探测预报表明隧道前方遇到岩溶时，首先应确定所遇岩溶的工程地质及水文地质特征，然后根据其特点，制定有针对性的超前预处治方案或开挖后处治的施工对策。兴隆隧道施工中针对不同的岩溶情况采取了“先揭示，后处治”和“先处治，再通过”的施工方案，均取得良好效果。
