淺談公路隧道施工溶洞及涌水突泥處理

摘要：溶洞是地表水和地下水對溶性巖層經過化學作用和機械破壞作用而形成的地下溶蝕現象。巖溶對隧道的影響主要表現為是結構物部分及全部懸空，降低隧道使用的可靠度;季節性的巖溶洞穴涌水，給隧道施工和體系帶來不安全和不穩定因素;塌方冒頂是指隧道施工中，山體上部巖層自然塌落的現象。是隧道開挖施工后，原先平衡的山體壓力遭到破壞而造成的。因此，制定合理、科學、有效的溶洞、塌方處理方案對隧道順利穿越巖溶地段非常重要。本文根據廣甘高速公路G14合同段花場隧道溶洞施工、涌水、突泥處理情況，介紹相關處理方法。

關鍵詞：公路隧道施工 溶洞 涌水 突泥處理

一、工程簡介

1、廣甘高速公路起于甘肅省境內將軍石隧道進口外30m處，終于綿廣高速公路的交叉點。G14標段起訖里程為K46+540～K50+235，全長3.695km；線路位于四川盆地北部邊緣與秦嶺西部山區的交界部位，地勢西北高，東南低，區內山勢陡峻，溝谷縱橫，山嶺走向為北東南。地貌形態為溶蝕侵蝕山地與侵蝕溶蝕臺地，其形態是以遍布全區且為數眾多的漏斗、落水洞、溶洞（包括巖溶管道）及溶蝕溝槽為主，兼有少數規模不大的洼地構造侵蝕低中山。

2、水文地質條件

隧道施工沿線地下水十分發育，且隧址區巖溶發育，有老龍洞暗河，水平出水溶洞的仙女洞、富水洞及響水溝；隧址區地下水正常涌水量16352m3/d，最大涌水量為32704m3/d。

隧道出口端為松散小塊（塊）石質土，黃灰～灰色薄～中層狀灰巖、白云巖夾泥灰巖，巖層傾向與隧道斜交，角度為30～40°，節理裂隙較發育，層間結合較差，為相對隔水層，巖溶較發育，一般呈潮濕～滴水狀，在裂隙發育及溶隙溶孔發育段帶有裂隙水及巖溶水涌出，在泥質灰巖與灰巖接觸帶附近可能產生股狀涌水。隧道洞身為暗紫紅色薄～中厚層狀粉砂質泥巖，灰黃、灰白色中厚層狀灰巖，節理裂隙較發育，層間結合一般。隧道洞身局部地區溶隙溶孔發育。

3、特殊地質和不良地質

隧址區巖溶發育，有老龍洞暗河，水平出水溶洞的仙女洞、富水洞及響水溝，易發生涌水突泥現象。

二、溶洞概況

原設計情況：ZK47+778～ZK47+768段，原設計圍巖情況為：灰黃、灰白色中厚層狀灰巖、泥灰巖及暗紫紅色鈣質泥巖，屬較軟巖～較硬巖段，巖層傾向與隧道斜交，傾角一般30～40°，節理裂隙較發育，層間結合一般。故原設計圍巖級別為Ⅳ級圍巖，襯砌類型采用Ⅳ型襯砌。

現場實際情況：花場隧道左線開挖至ZK47+778時，掌子面巖性以灰巖、泥灰巖為主、夾鈣質泥巖，巖體較破碎，塊碎狀結構為主，裂隙中有軟塑粘泥充填，滲水～淋水，圍巖處于較濕或飽和狀態，整體穩定性較差，易產生掉塊或坍方，影響施工安全。施工超前探孔時掌子面左側出現股狀流水，涌水量約為40 ～50m3/h，掌子面在出碴時發涌水、突泥，突泥量約300 m3 。經現場勘查，掌子面溶洞寬約20m，超出右側邊墻輪廓線以外15m，高度超出拱頂輪廓線以外10m，溶洞左右側發育方向與主洞成60度夾角，溶腔內的積水、淤泥從周邊管道、溶隙及裂隙得到補給，因此造成該溶洞涌水、突泥，突泥量較大，對施工安全造成嚴重的隱患。

三、處理方案

A、處理方案選擇原則。:

1、安全性。確保施工安全與運營安全，圍巖累計變形量不大于10cm，襯砌完工后隧道不滲不漏。

2、可操作性強。要充分考慮現場機械裝備狀況和操作人員的技能水平，并盡可能降低施工難度。

3、靈活性好。根據斷面形狀和尺寸，因地制宜地選擇施工方案，而不局限于一種固定的模式，一旦一種方案不能實時或實時效果差時，能較好地轉換為替代方案。

4、具有可連續性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進行施工工藝、工序的轉換。

5、經濟性強。即在保證安全、質量并不破壞環境的條件下的投入最節約。

6、處理施工方案科學。首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，然后施做好安全處理設施，保證正洞開挖施工安全，進入隧道正常開挖、支護工序，并對隧道基底進行注漿加固處理;溶洞段通過后，進行拱部坍腔回填處理。

B、加強原設計支護參數

1、考慮到隧道ZK47+780～ZK47+760段由于地下水和巖溶發育，溶洞淤泥對施工安全和后期營運安全影響較大，故決定將該段圍巖Ⅳ級別調整為Ⅴ級偏弱。 具體支護參數為：二次襯砌拱墻采用60cm厚C30鋼筋砼，仰拱采用60cm厚C30防腐蝕鋼筋砼（主筋采用φ22@20cm）；初期支護鋼架采用I18工字鋼，鋼架連接鋼筋加密為50cm間距，噴砼采用24cm厚C20防腐蝕噴砼，鋼筋網采用φ8@20cm，錨桿布置于沒有溶洞的一側環向間距為100cm，縱向間距為50cm；預留變形量為10cm。

2、超前支護類型由原設計每延米32.14m每環25根環向間距40cmφ22超前錨桿調整為每延米43.71m每環34根環向間距40cmφ22超前錨桿。

3、并在ZK47+770處增設一處中央排水溝檢查井以該處的排水量。

4、拱墻環向鋪設Ф50HDPE單壁打孔波紋管3根/環，每環間距5米，邊墻底部橫向每隔5米設置2道Ф100HDPE單壁無孔波紋管。

C、針對該巖溶涌水管道和溶洞的處治按以下方案處理：

1、清理溶洞內的積水、淤泥及其它充填物，并找到巖溶管道出水點。

2、針對巖溶管道必須采用直接、集中引排措施。具體措施為：在巖溶管道處進行適當的擴挖以埋入排水管，根據管道的大小可采用多根φ100~200排水管直接插入管道內，然后將管道口利用C20噴砼進行封閉。排水管鑿槽暗埋于護拱外側。排水管應將地下水直接引排至檢查井或中央排水溝內。

3、巖溶管道處治完畢后，再對溶洞進行施工處治，首先應對溶洞發育情況包括溶洞的大小、與隧道的空間位置關系進行精確測量，在溶洞發育位置設置C20砼護拱，護拱應根據經測量的溶洞發育情況設置，護拱厚度為200cm厚，內設I18工字鋼，鋼架間距50cm，鋼架連接筋采用φ22螺紋鋼筋，間距100cm，工字鋼及護拱必須嵌入兩側基巖50cm。護拱施工前期施工50cm厚并設置鋼架同時預留混凝土泵送管，在初期支護封閉成環后再泵送150cm厚的C20砼。預留管道應做好防排水工作。

4、護拱施工完成后，將排水管沿護拱壁外側鋪設、固定，并攤鋪50cm厚的片碎石濾水層，外用10cm×10cm的φ8鋼筋網片加以固定。

5、在片（碎）石攤鋪完成后在其周邊砌筑100cm厚的M7.5漿砌片石濾砂層，同時防止日后涌泥及掉塊破壞片碎石濾水層。

D、在施工過程中需對該段的地下水涌水量加強統計并記錄，在二次襯砌施工之前根據水量大小和變化情況，再決定是否進行隧道周邊徑向注漿。

E、該段施工必須控制每循環進尺不大于1m，開挖后及時支護，并加強監控量測工作，確保施工安全。

四、結束語

通過以上處理措施的實施，安全通過了溶洞，經量測表明，該段下沉、收斂情況穩定，支護結構表面無明顯滲漏水現象。運用上述方法，對花場隧道開挖過程中所遇到的溶洞進行了處理，處理效果好、施工進度快、工程成本低、安全性高。在今后的巖溶隧道施工中，應加強地質超前預探、預報工作，對隧道前方巖溶進行準確預測，并提前做好穿越巖溶溶洞的應急預案，防止大面積塌方和涌水的發生。

參考文獻：

[1]公路隧道施工技術規范JTJ041-2000[M].北京:人民交通出版社，2000

[2]公路工程質量檢驗評定標準JTJ071-94[M].北京:人民交通出版社，1994