1、1岩溶地段隧道处理措施摘 要：在岩溶地质隧道施工中,经常遇到涌水以及大小不同的溶洞影响工程施工问题,本文结合江西省万载至宜春高速公路 XX 隧道施工过程中的岩溶地质情况，重点探讨了隧道岩溶段断层破碎带、浅埋软弱围岩、隧道偏压、突泥涌水等常见问题采取的处理措施，简单介绍了规模较大溶洞及跨越溶洞区采取的处理措施。关键词：岩溶地质、隧道、处理措施岩溶是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用形成的地下溶蚀现象，不同的岩溶发育成不同的溶洞、裂隙等。岩溶地段隧道不良地质要素有断层地段、软弱围岩、突泥涌水、冲沟、溶洞及采空区等几个方面。当隧道穿过可溶性岩层时，有的围岩破碎，容易发生坍塌。有的溶洞
2、位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，形成“天窗” ，隧道的初期支护压力剧增。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。正确处理岩溶地质对隧道的施工具有重要意义。1.超前地质预报当地质纵断面图上标明前方有断裂破碎带时，采用 TGP 或 TSP 地质超前预报系统，用地震反射波法度前方 150m 范围内围岩情况进行预测。通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整
3、性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。所以隧道地质超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等意义重大，具有重大的社会效益和经济效益。若围岩相当破碎时，采用超前探孔探明前面是否存在溶洞、冲沟等；然后结合超前地质预报资料，进行详细分析，制定相应的施工方案。案例：XX 隧道XX 隧道出口左洞开挖至 ZK10+833 处，掌子面拱腰左侧有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞有含泥流水，水流量较大，该处围岩埋深约
4、 31 米。经对 ZK10+833 掌子面进行超前探孔，发现掌子面右侧23#孔-9#孔范围内溶腔纵向宽度最大为 6.3 米，其它探孔暂时未发现溶洞，根据超前探孔的结果，作如下处理：加密初期支护参数，在 ZK10+833 掌子面右侧拱脚至拱顶处采用 2仰角打入长 9 米 89*6mm长管棚进行超前支护，确保隧道施工质量与安全。2.断层破碎带处理措施对于洞身断层破碎带的处治应遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的原则，根据超前地质预报探明的断层特征采取有效措施。在有地下水的情况下，采取全断面预注浆对地下水进行封堵，并加强隧道衬砌防排水设计，视断层软弱、破碎情况采用双排或单
5、排注浆小导管进行超前支护，对衬砌结构进行加强，并通过基础设置注浆小导管提高衬砌结构承载力。将通过断层地段的各施工工序之间的距离缩短，尽快将断层地段进行全断面衬砌封闭，以减少岩层暴露、松动和地压增大；爆破掘进通过断层时，严格掌握炮眼数量、深度和装药量，尽量减小爆破对围岩的震动；采用上下导坑掘进、先拱后墙衬砌法施工时，其下导坑不宜超前过多，开挖后立即进行初期支护；支护宁强勿弱，并应经常检查加固。案例：XX 隧道XX 隧道进口左洞开挖至 ZK8+910.8 处，掌子面围岩为松散土，自稳能力极差，拱部出现塌方，地表塌陷，并在 ZK8+894-ZK8+910.8 段出现多处环向裂缝。处理措施：（1）对已
6、经完成初期支护的 ZK8+892.5-ZK8+910.8 段紧贴钢支撑内壁采用间距 80cm 的 I18 工字钢作为临时支撑加强初期支护，在新增环向工字钢两侧纵向各增加一排 I18 工字钢与环向 I18 工字钢焊接牢固，在每根纵向工字钢底部增加长 5 米间距 80cm 的 89*6mm 的锁脚管棚，在水平方向按 1.6米间距增加 I18 工字钢作为横撑；（2）由于塌方对 ZK8+892.5-ZK8+910.8 段已经完成的初期支护破坏较严重，环向采用长 5 米环向间距 2 米的 50*5mm 注浆小导管进行加固，每榀工字钢 11 根，并与工字钢焊接牢固；（3）为了下一步的继续安全施工，对 ZK
7、8+910.8 掌子面进行挂网、C25 喷射混凝土进行封闭后，并补打长 5 米的超前小导管进行超前支护；（4）从 ZK8+910.8-ZK8+925.8 段开始 I18 工字钢间距按 40cm 进行施工，初期支护按照 FS5c 变更间距支护形式进行施工；拱部超前支护为长 3.5 米环向间距 50cm 的 50*5mm 注浆小导管进行施工，注浆小导管施工 1.6 米为 1 个循环，加强超前支护，以保证隧道的施工安全；初期支护为 3.5 米的322mm 的砂浆锚杆和锁脚锚杆改为长 3.5 米 50*5mm 的注浆小导管，环向间距不变；隧道中线右侧拱部上每榀工字钢增加一根长 9 米 89*6mm 的
8、锁脚管棚，防止偏压影响。（5）从 ZK8+905-ZK8+920 段在地表线横向斜向下 3角打一排间距 1 米的 108*6mm 长管棚，长度至隧道右侧边开挖线。3.浅埋软弱围岩段处理措施对于隧道浅埋段，视具体覆盖层厚度、地质情况采用大管棚、注浆小导管、地表小导管、地表砂浆锚杆、地表注浆等辅助施工措施，洞内通过初期支护设置工字钢拱架，二衬采用钢筋混凝土对衬砌结构进行加强，同时隧道软弱围岩地段，采用短台阶法进行开挖，施工中加强监控量测，充分利用反馈信息来指导施工；合理组织分部开挖与支护台阶长度，开挖后及时进行初期支护。对困难施工地段增设环向中空注浆锚杆，加速围岩固结，增强围岩的自稳能力；严格按“
9、先排管、后注浆、再开挖、注浆一段、开挖一段、支护一段、封闭一段”的作业程序进行施工。案例：XX 隧道XX 隧道进口左洞开挖至 ZK8+857 处，掌子面围岩为中风化碳质灰岩，节理裂隙较发育，左侧拱顶有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土并连续坍塌，围岩稳定性较差。该处围岩埋深约 12米。处理措施：（1） ZK8+857-ZK8+861 段由原设计支护类型 FS5c，其中 I18 工字钢间距为 0.6m 变更为 I18 工字钢间距为 0.4m，初期支护按照 FS5c 变更间距支护形式进行施工。（2）对 ZK8+857 溶洞空腔处腔壁采用 22 砂浆锚杆、I18 工字钢和钢筋网进行喷射砼回填，
10、并在孔内预埋一根 108 钢管进行注 C25 砼，两根 108 钢管用于排气及排水。（3）通过超前钻孔探测围岩情况，前方 1.5 米处有泥土层，存在大型溶洞隐患，初步探明溶洞走向，在溶洞区域仅管棚无法满足超前辅助施工的作用，增加单层环向间距 50cm，长 5m 超前注浆小导管，加强围岩超前支护，避免坍塌，保证隧道施工安全。4.隧道偏压段处理隧道进口端覆盖层埋深较浅，并且岩体空隙裂隙水发育，下雨时容易形成洞内拱部淋雨状，极易产生冒顶坍塌现象，隧道出口端山坡自然坡度较陡，洞身段围岩级别低，易产生滑坡或崩塌现象。整个隧道全长范围勘察分析，山体坡度向线路右侧倾斜，左侧偏压。4对于存在偏压问题的隧道,在
11、特定的地质条件下,如对于隧道仰坡岩层表现为顺层,倾角较大的岩层来讲,对于长度为 4m 的砂浆锚杆,由于其形成的孔径较小 ,握裹体质量比较差,提供抗拔力有限。所以往往难满足保证仰坡的稳定,仰坡的岩层易沿着这些弱结构面滑动,仰坡不加处理或措施不够,隧道开挖时,边仰坡易发生开裂滑坡现象,给仰坡的稳定和隧道的施工带来不利影响。根据隧道仰坡所处的地质情况,应相应的延长锚杆的长度或改变支护方式。施工时应注意施工过程中的不稳定因素,采取相应的加固来减小其不利影响。案例：XX 隧道XX 隧道进口左洞开挖至 ZK8+857 处，掌子面围岩为中风化碳质灰岩，拱顶左侧有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土连续坍
12、塌，由于连续大雨的影响，现溶洞顶山体已塌陷，塌陷区域呈椭圆形范围；前方 ZK8+861-ZK8+890 段为偏压溶洞区。处理措施:(1)ZK8+861-ZK8+890 段由原设计支护类型 FS5c，其中 I18 工字钢间距为 0.6m 变更为 I18 工字钢间距为 0.4m，初期支护按照 FS5c 变更间距支护形式进行施工；(2)洞口长管棚已被塌方破坏，从 ZK8+857 处开始超前钻孔探明前面围岩情况，并根据探明的情况在溶洞区的拱部采取 89*6mm 短管棚进行超前支护；(3)将初期支护原设计长为 3.5 米的 22mm 的砂浆锚杆和锁脚锚杆改为长 3.5 米 50*5mm 的注浆小导管，环
13、向间距不变；(4)在 ZK8+857-ZK8+890 偏压浅埋段开挖线拱顶上部 2 米处地表线横向斜向下 3角打一排间距 2米的 108*6mm 长管棚，如果遇到薄弱地层再对长管棚进行加排加密处理，长度至隧道右侧边开挖线；(5)在 ZK8+857-ZK8+890 偏压浅埋段，隧道中线右侧拱部上每榀工字钢增加两根长 9 米 89*6mm的锁脚管棚，防止偏压影响。（6）地表塌陷区设置沉降观测点，定期观测地表的沉降情况。5.突泥涌水处理措施5.1 处理原则对隧道岩溶段地下水的处理原则是宜疏不宜堵为防岩溶水的突泥涌水，施工中采取超前探孔，预备足够的抽水设备，顺坡施工隧道作业面设置两侧排水沟进行施工排水
14、，确保施工安全。复杂情况5下应采取截、堵、排、综合治水的措施，堵水时，只能改变水流方向。案例：XX 隧道XX 隧道进口左洞开挖至 ZK8+925.8 处，掌子面围岩为中风化灰岩夹碳质，岩体破碎，自稳能力较差，拱部出现石块塌落，岩缝夹杂泥土；在掌子面左侧拱脚和中部轴线、右侧拱部出现大股涌水，水流很急。 处理措施：ZK8+925.8ZK8+930 段由原设计 FS5b 变更为 FS5c，按照 FS5c 复合式衬砌形式进行施工；掌子面拱脚处增加 5 个纵向排水孔，增加 2 道 110mm 环向透水管，确保排水通畅，保证隧道施工安全。设计图纸前方为溶岩发育地带，施工过程中采取短进尺、增加超前探孔，出现
15、围岩变化，及时到现场确定方案后再进行施工。5.2 暗沟排水隧道穿过无填充的空溶洞，如图 4-2 所示顶部常有水流下，沿溶洞水流通道由消水洞自排出。为不致因修建隧道后阻塞水流道路，在隧底修建石砌暗沟使溶洞水通过暗沟仍沿原有通路由消水洞自行排出。 5.3 涵洞、泄水洞排水当溶洞自行排水通道不畅，地下水又很发育，不足以排除溶洞涌水时；为不使溶洞地下水危及隧道安全，在溶洞底设置涵洞和泄水洞系统排水为引水汇排，对岩层进行了钻孔引水，隧道边墙及泄水洞相应地段预留泄水孔洞，以利引水，集中汇水后由泄水洞排除。图 5-2 暗沟排水示意图65.4 渗沟、铺砌排水为保障水流畅通，隧底溶洞水流通道采用渗沟排水，明洞顶
16、铺砌排水，将水引入溶洞另一侧，由溶洞自行排走，参见图 5-4。5.5 注浆堵水，并加固围岩在岩溶地区隧道施工中曾遇到大量岩溶突水涌泥现象，并诱发地表塌陷和水源枯竭。给施工和生产生活带来许多危害,对环境带来不利影响时，应采取注浆堵水。注浆堵水是一项由软弱地层预加固技术发展而来的防治涌水灾害新技术，在松散软弱结构围岩、裂隙围岩隧道防水方面取得了显著效果。封堵岩溶水、固结岩溶流泥，洞内注浆优于地表注浆，预注浆优于地表注浆。因岩溶相互串通，与地表直接沟通，地表注浆往往造成浆液突破表土，漫铺地面，浪费极大；后注浆是在岩溶已被施工开挖揭露，特别是当发生涌水突泥之后所耗费注浆量极大。案例：XX 隧道XX 隧
17、道右线进口掘进时出现涌水，导致距隧道距离约 300 米处的一座水库断水，影响了当地村民的饮用水及灌溉水等问题。处理措施：（1）对隧道内 YK9+652-YK9+700 段采用长 5m50*6mm 注浆小导管注浆堵水，间距 2m*2m 梅花形I- I- 75 10 0.5 40x2(cm)7 图 5-4 渗沟、铺砌排水示意图7布置，采用双浆液注浆（水泥+水玻璃） 。涌水量较大浅部注浆困难时，为了保证注浆质量，采用长10m108mm 钢管引流泄压，全部注浆完成后，再对该孔注浆。 （2）考虑到注浆完成后水头压力过大，保留适量的排水量，在涌水点处采用 108mm 钢管用于排气及排水。6.小溶洞的处理措
18、施对地下水不发育的小溶洞，采用浆砌片石或干砌片石回填处理，必要时压浆填充。6.1 浆砌封闭，回填压实对隧道侧墙通过溶洞，施工中采用回填封闭处理。隧道底部用片石混凝土回填，靠边墙 1m 范围内用浆砌片石或喷射砼回填，其余回填石碴，参见图 6-1。案例：XX 隧道XX 隧道出口右洞开挖至 YK10+811.3 处，掌子面围岩为中风化灰岩，节理裂隙较发育，左侧拱顶和右侧拱脚至拱顶两处有溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土，洞内泥土连续坍塌，围岩稳定性较差。处理措施：（1）YK10+811.3-YK10+808.3（计 3 米)段由原设计支护类型 FS4b 变更为 FS5a 进行支护，其中I16 工字
19、钢变更为 I18 工字钢，初期支护、超前支护及二衬按照 FS5a 支护形式进行施工。（2）对 YK10+811.3-YK10+808.3（计 3 米）段溶洞空腔进行工字钢挂钢筋网支护加固，并用喷射混凝土进行回填，对封闭空腔直接回填完整，对未封闭发育溶腔回填深度 1.5 米。工字钢一端与钢支撑相连，另一端横向焊接一根与溶洞等宽的工字钢，与两侧溶壁支撑。86.2 隧道回填，上部护拱防护当隧道穿过垂直发育之溶洞，无填充物、干燥、溶洞高大，洞壁有裂隙，但已停止发育。处理措施：在隧底以下部分用块石、碎石回填密实，距隧底 1m 处用浆砌片石回填，拱顶浆砌片石护拱厚1m，其上回填一定厚度干砌片石，以防溶洞有
20、落石掉块时，起到缓冲作用，参见图 6-2。140 75 图 6-1 封闭（回填）处理图 溶 洞I隧 道 中 线- I- 隧道中线 1 图 6-2 护拱防护处理图96.3 换填片石，加强衬砌在处理规模较小，沿裂隙发育的槽状溶洞时，溶洞有填充物。其处理措施为：拱部及边墙部位上的溶洞在衬砌外缘设 1.0m 厚浆砌片石，对隧道底部溶洞(如无充填物用洞碴回填)，向溶洞方向扩挖l.5m，回填浆砌片石，其上再作 50cm 厚混凝土，混凝土内设工字钢。 6.4 隧底底板梁处理对隧道底部为填充或有不需其它措施处理的小型空洞可采用底板梁加强衬砌通过。如图 6-4 所示，将隧道铺底或仰拱设计为平板型，在底板及边墙下
21、部加设钢筋，灌注钢筋混凝土，共同形成钢筋混凝土梁。7.规模较大溶洞的处理措施7.1 支顶加固支顶加固，通常采用的措施有：支承墙、柱、拱以及嵌补等。7.1.1 支承墙加固处理措施：清除填充物，用浆砌片石墙支顶加固溶洞项板；底部水流通路处设置涵洞，排泄溶洞水；隧道边墙留检查孔道，加防护链或栅栏等防护设施，以保安全，参见图 7-1-1。图 6-4 底板梁处理图107.1.2 支承柱加固处理措施:根据溶洞形态的不同，采用支承柱，嵌外加固溶洞顶板，回填空隙并压浆加固溶洞基底，如图 7-1-2。支承柱采用圬工支承柱间隔加强顶板，以减少顶板悬空跨度，柱的间距根据顶板厚度和节理、溶缝发育情况，考虑稳定及受力条件确定。对空洞采取混凝土基础的浆砌片石柱子以支顶加固后，进行隧道正常施工。10:5:# 3 #2 30c 1 图 7-1-1 支承墙加固图
