淺談公路巖溶隧道施工及質量控制

孫永坤

摘要：本文結合梁忠高速公路“五毒俱全”的禮讓隧道實際情況闡述施工過程中容易出現的巖溶泄水消能、注漿補水等技術問題及一些常見的質量問題，并根據工程可能出現的技術質量情況，提出相應的質量控制原則及方法。

關鍵詞：巖溶；隧道；施工；質量控制

1 工程概況

根據詳勘，禮讓隧道穿越巖溶槽谷部位，巖溶發育，左、右線隧道可能產生突水、突泥段落主要位于：左線ZK14+340～ZK14+390、ZK15+232～ZK15+410、ZK15+960～ZK16+040；右線K14+344～K14+420、K15+245～K15+420、K15+957～K16+040。施工中應特別注意兩種不同巖性的交界部位巖溶的發育情況，極可能產生的突水、突泥。此外，隧道穿越煤層采空區時應預防老窯采空區積水在開挖后出現的突水。禮讓隧道枯水期涌水量為50045m3/d；豐水期涌水量為117219m3/d，若左、右洞同時進行施工，則為涌水量為以上值的一半。

2 巖溶隧道防排水施工

1.1 巖溶及巖溶水處治

1.1.1 排水施工

在歷次潰水災害發生前后，根據以往多個隧道施工的工程經驗，要解除隧道富水溶腔的潰水風險，必須要通過一定的工程措施，消除潰水的風險源——高壓溶腔水，排出溶腔內對隧道有威脅的巖溶水，降低巖溶水在隧道內的水壓。這種針對復雜的高壓富水充填溶腔，所采取的有計劃、有目的的釋放溶腔所存儲的能量，降低施工及運營過程中水土壓力對隧道形成影響的隧道巖溶處治措施定義為“泄水消能”技術。

需要指出的是，對于實際工程而言，沉積層厚度在溶腔底部大小不一，在考慮能否進行腔底開洞揭示過程中，一定要先準確探明泥水分界面的確切位置，以及通過實驗準確測試沉積層的物理參數及力學參數指標，只有通過嚴謹細致的超前探測與測試才能充分認識沉積物的具體特性，進而通過數值模擬得到一個可行性分析結果，才能獲得基本合理的結論。

1.1.2 堵水施工

（1）當可溶巖段超前探水孔中總出水量小于10m3/h但個別探孔出水量大于2m3/h的情況時采取局部注漿堵水。根據探水鉆孔探明出水點位置、水量和預注漿段巖層節理、裂隙發育情況，布置注漿孔個數和位置，注漿孔孔徑為108mm，開孔孔徑為150mm。注漿后，總出水量小于2m3/h且一處出水量小于0.62m3/h即可結束注漿。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿液，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6-1.1，水玻璃波美度30-40Be，雙液體積比C/S=0.7-1.4。

（2）當巖溶發育段超前探水孔中4孔出水且總量大于10m3/h的情況時采取全斷面注漿堵水。注漿范圍為開挖輪廓線外5m，注漿掌子面沿開挖方向，以隧道中軸為中心呈傘狀布置。漿液擴散半徑為2m，孔底間距不大于3m，開孔直徑底間距不大于3m，開孔直徑為Φ150。根據探水鉆孔探明的出水點位置，可調整注漿長度，保留注漿止水巖盤5m，分三段實施，第一環長10m，第二環長20m，其余環長均為30m。注漿材料與局部注漿材料相同。單孔注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿10min以上，進漿量在10-20L/min以下時可結束本孔注漿。

（3）當隧道開挖后地層裂隙水較大，周邊存在大面積淋水或嚴重滲水，對地表生態環境影響較嚴重，但圍巖穩定性較好，不影響掘進的情況開挖后周邊注漿堵水（徑向注漿）。注漿范圍為隧道開挖輪廓線外4m，注漿采用Φ42小導管，孔口環向間距1.2m，縱向間距1.2m，梅花形布置，在集中出水點注漿孔加倍，注漿小導管布置范圍根據開挖后滲漏水位置合理確定，不一定要全斷面布置，局部點出水可采用局部注漿堵水方法處理。注漿材料同局部注漿。總出水量小于2m3/h且一處出水量小于0.62m3/h即可結束注漿。

2巖溶隧道施工常見質量通病及控制措施

2.1 開挖不當或支護強度不足導致隧道塌方

開挖對圍巖的擾動打破了巖體原有的應力平衡，隨著因圍巖的開挖卸荷而產生應力重分布形成新的應力場；在巖溶水環境條件下，巖體強度變低，開挖時支護不及時或是支護強度不夠，以致圍巖適應不了回彈應力和重分布應力而發生失穩現象，從而導致隧道塌方[1]。

然而合理的控制開挖方法和支護形式也就成了巖溶塌方治理的關鍵因素，建議按照先預防，當預防未達到效果時再采取治理的形式，具體措施如下：

（1）提前做好水文監測，地質分析及變形監測等工作（預防）；

（2）按照減小單次進尺，分臺階或減小斷面開挖，加強及貼近支護（預防）；

（3）采取反壓回填塌方掌子面，并配合使用重型機械進行型鋼拱架支護，噴錨完成后，注漿回填塌方空腔保證巖溶地段的穩定性（塌方后處理）。

2.2 地下水結晶堵塞隧道排水系統

在巖溶地帶隧道排水系統往往會被鈣化的結晶體及圍巖碎片與泥沙等共同作用而堵塞，使整個隧道排水系統幾近癱瘓，導致隧道邊墻外側水位上升，原來未滲水裂縫處開始滲水 [2]。

如何保障隧道排水通暢避免后期無法正常運營時當前巖溶隧道施工控制的一項重點內容，針對這項內容禮讓隧道巖溶水治理主要按照“排為主，堵為輔；保通為主，疏通為輔”的原則進行，具體措施如下：

（1）加密富水地段排水管、溝的布置，進行洞分流保證排水通暢，加大富水段排水管排水縱坡，增強排水能力（排）；

（2）利用加壓設備清除隧道排水管內的堵塞物以及在隧道排水關內預先放置高效阻垢劑來發現和解決隧道排水系統堵塞問題[2]（疏通）；

3結論

在填充型富水溶腔，采用單純采用管道排水的放水不能滿足解除潰水風險的要求，必須要尋求更為有效的、安全的泄水消能方法。泄水消能技術是一套治理特大體量高壓富水充填型隱伏溶腔的技術體系，該技術適用于處治存在深部巖溶潰水風險的溶腔，是一項針對存在深部巖溶潰水風險的溶腔處治的創新技術。針對該方案存在的一些弊端，分析提出了更具合理性的“高位排泥排水，低位排水固結”的泄水消能新技術，為今后工程運用中的進一步改進提供了參考依據。

參考文獻

[1]趙先科，張運亮.巖溶隧道工程典型施工塌方病害防治措施[J].2017，43（8）：48-67

[2]周卓.巖溶地區地下水滲流結晶堵塞隧道排水管機理研究及處治建議[D].長安大學，2015：

（作者單位：中國水利水電第十四工程局有限公司）