回填法在巖溶區鐵路隧道施工中的應用

黃建明

（九景衢鐵路江西有限責任公司 江西南昌 330000）

1 工程概況

九景衢鐵路梅山一號隧道位于江西省上饒市婺源縣賦春鎮梅山村境內，穿越灰巖丘陵區。隧道起訖里程DK165+883～DK166+223，全長340m。進口地面高程143.287m，出口地面高程149.397m，最大埋深107.90m。

2 水文地質

隧道為可溶巖隧道，洞身表層基巖裸露，溶溝溶槽發育，賦存于裂隙、溶隙及溶洞中，基巖為石灰系C2灰巖，弱風化，巖溶節理裂隙發育及溶洞弱發育，表層局部灰巖含碳質。根據隧道進出口段物探資料和超前地質預報揭示，隧道基巖相對完整，石灰系灰巖巖溶發育，巖溶水整體水量不大，裂隙巖溶裂隙連通性稍差，下大雨時，地表水滲于裂隙、溶隙及溶洞中，存在巖溶涌水、涌泥等危害。

3 溶洞描述

2014年11月30日晚上在對線路右側中臺階爆破開挖時，在DK166+208中臺階右側拱腳處及DK166+210距離右邊墻約3m處出現兩個溶洞，后經查實，兩處溶洞在地下貫通，實際為一個大溶洞。溶洞里程DK166+189～DK166+210，位于隧道線路右側，總體呈豎向分部，溶洞總高約20m，軸向長度約30m，寬度4～10m不等，總體積約1500～2000m3，溶腔侵入隧道約7m，高出拱頂約3m，溶腔內基本無充填，為空溶腔。工程地質及水文地質條件：該段為灰巖，弱風化，節理裂隙較發育，溶洞巖壁較完整，溶洞內鐘乳石分布廣泛，洞內鐘乳石還在生長。有滴水現象，滴水中含碳酸鈣，巖溶水主要來源為大氣降雨。

4 溶洞的危害

溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種，當隧道穿過可溶性巖層時，溶洞巖質破碎，容易發生坍塌；溶洞內填滿飽含水份的充填物，會不斷涌入坑道；遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水會大量涌入隧道，嚴重危害鐵路施工中人員設備安全，影響工期，造成后期運營安全隱患。梅山一號隧道溶洞屬于死、干、小的溶洞。

5 處理方案

（1）溶洞采用C20混凝土回填，回填時可根據施工步驟分部回填。

（2）溶洞遠離隧道一側為主排水渠道，在溶洞的頂部及底部，均發現了流水通道。為了確保回填后溶洞穩定，維持原排水通道功能，在遠離隧道一側的溶洞壁上豎向布設透水盲管，盲管上端伸入溶洞頂部，下端匯集至溶洞底部排水通道內。盲管采用土工布包裹兩道，防止混凝土進入堵塞。盲管采用φ150透水軟管，橫向間距0.5～1m。

（3）DK166+214～DK166+180段支護加強，支護形式由Ⅴb調整為Ⅴc。

（4）隧道襯砌施工前，應對隧道周邊進行巖溶探查，探查范圍：拱墻為5m，隧底為15m，發現異常，及時研究處理，確保結構安全。

（5）施工中注意檢查溶洞頂部，及時處理危石。若發現溶洞壁破碎開裂時，應先噴射混凝土加固，再在靠近溶洞頂部附近打錨桿，并應設置施工防護架或鋼筋防護網。待錨網噴加固完畢確保安全，再進行溶洞回填施工。

6 回填法的應用研究

6.1 應用原理

天然形成的溶洞，一般比較穩定，不會無故坍塌。當隧道開挖穿越溶洞區時，溶洞內的水體被排出，溶洞壁應力出現二次分布，溶洞原本的力學平衡狀態被破壞，加之爆破施工擾動，溶洞很容易發生坍塌，危害隧道施工。

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回填法是采用混凝土、片石、注水泥漿等材料，對處于不穩定狀態的溶洞進行填充，使溶洞壁受力恢復到平衡狀態。通過溶洞回填消除溶洞不穩定因素對隧道施工及后期運營的安全威脅。

6.2 應用范圍

溶洞一般有死、活、干、濕、大、小幾種。死、干、小的溶洞比較容易處理，而活、濕、大的溶洞，處理方法則較為復雜。當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞巖質破碎，容易發生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時遇到填滿飽含水份的充填物溶槽，當坑道掘進至其邊緣時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，山體壓力劇增。有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯、分支錯綜復雜、范圍寬廣，處理十分困難。

回填法主要應用于死、干、小的溶洞以及溶槽溶溝。對于活、濕、大溶洞回填法不適用，多采用增加護拱回填或架設橋涵方式通過。

6.3 工藝方法

（1）干、死、小溶洞回填工藝流程：

排水、清理溶洞內危石→探明溶洞規模范圍→對溶洞壁進行加固→布設排水通道→回填片石或混凝土。

（2）溶溝溶槽回填工藝流程：

探明溶溝溶槽規模范圍→施工注漿孔及注漿管→確定注漿材料→確定注漿參數→地質雷達或鉆心驗證回填效果。

（3）溶洞回填宜采用抗酸性耐腐蝕混凝土，標號為C15～C25。注漿回填材料多采用水凝漿或水泥砂漿，若地下水豐富，可在水泥漿液中添加水玻璃。

（4）注漿加固或回填加固范圍：隧道低以下15m范圍，隧道拱墻外5m范圍內溶洞溶溝溶槽需要回填加固處理。

6.4 注意事項

（1）進入溶洞作業前，應將溶洞內危石清理干凈，確認安全后，方可進洞。施工中注意檢查溶洞頂部，當溶洞較大較高且頂部破碎時，應先噴射混凝土加固，再在靠近溶洞頂部附近打人錨桿，并應設置施工防護架或鋼筋防護網。

（2）溶洞內排水通道對溶洞的長期穩定和隧道的運營安全影響長遠，枯水期可能沒有水，但在雨季會出現大量暗流，施工時務必高度重視，確保排水通道暢通。

（3）隧道穿越溶洞段地表及洞內設置監控量測點，對地表和隧道初支變形進行監測，變形速率出現異常應及時處理。

（4）溶洞內回填時，應設置專職安全員和測量員在現場值守，禁止無關人員圍觀。隧道內每班作業人員不超過3人。

（5）進出溶洞的爬梯要安全可靠，便于人員上下逃生，溶洞內照明光線要充足，便于觀察溶洞壁變化。現場臨時用電要規范，禁止亂拉亂接電線。現場應備有簡易的醫藥箱和急救措施。

（6）巖溶隧道施工應加強超前地質預報工作，防止出現突水、突泥事故危機施工安全。

（7）在溶蝕地段的爆破作業應盡量做到多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量減少對圍巖的擾動。防止在一次爆破后溶洞內的填充物突然大量涌入隧道，或溶洞水突然襲擊隧道，造成嚴重損失。

（8）溶洞未做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。因棄渣覆蓋了溶洞，不但不能了解其真實情況，反而會造成更多困難。

7 結語

（1）隧道穿越巖溶地區，對干、死、小溶洞及溶溝溶槽，采用回填法處理通過，是一種行之有效的方法。

（2）只要材料選擇合理，參數選用得當，施工方法規范，溶洞處理速度快，安全可靠，對隧道施工影響小，是一種經濟合理的處理方法，還可以提高經濟性。梅山一號隧道溶洞采用回填法處理方案成功完成隧道溶洞段開挖，使隧道在保證安全的情況下，按時完成貫通任務，創造了良好的經濟效益。

（3）隧道穿越巖溶地段施工時，加強監控量測和超前地質預報，可以有效的保證隧道開挖安全性，規避突泥、突水、涌水風險。梅山一號隧道溶洞采用回填法處理的成功方法經驗，值得同類隧道參考借鑒。