地鐵隧道施工中遇含水溶洞的處理措施

公曉偉GONG Xiao-wei

（中鐵十四局集團，濟南250000）

1 工程概況

1.1 設計概況 貴陽軌道交通一號線蠻坡站～安云車站區間線路出暗挖車站后，先后下穿尖坡山、市北路、黔靈半山，進入暗挖車站—安云路站。本區間隧道整體埋深較大，隧道拱頂埋深38～159m，設計起訖里程為YDK19+415.3～YDK21+263.57，長度1848.27m。全隧結構為雙洞單線形式，均采用礦山法施工。本隧道施工通過市北路斜井向兩端車站施工。

市北路斜井進洞口位置設在區間隧道DK20+195 左側約150m 洗車場內，斜井設計為雙車道無軌運輸斜井，起訖里程為：XDK+349～XDK+000，全長349m，坡度9.9%，與正洞正交里程為ZDK19+900。承擔的施工任務：從交叉口向小里程方向經蠻坡站到雅關隧道YDK18+000 分界點掘進1900m，向大里程方向經中間風井到安云路站區間分界點需掘進1363.57m。該施工區間長度長（3263.57m）、坡度大（2.7%），尤其是大里程的反坡排水的工作難度極大。

1.2 斜井溶洞概況 2014年3月5日，在開挖到市北路斜井XDK0+267 時，右側拱墻處顯現出一處直徑約3m的空洞，向右前方發育，底部水量較大。經詳細勘測：溶洞向右前方發育8m 后，沿斜井走向繼續發育；水深大約有1.5m，水質較清無雜質；底部存在大量淤泥深度不詳；溶洞壁及頂度都有水流沖刷的痕跡，部分邊墻上存在黃色粘土；經過抽水探測，溶洞中的水連通到較遠的地方，特別是在雨后，水量較大，有活水補充，可淹沒整條隧道，對下游施工帶來重大安全隱患。（其溶洞情況見圖1）

由于當時為旱季，洞內水位低再加上水流向及來源不明，沒有立即對溶洞進行封堵處理，只是進行觀察。但在5月份貴陽進入雨季，分別在5月9日及5月25日溶洞發生涌水事件，由于當時還沒進入正線施工，溶洞的涌水淹沒了斜井下游的整個掌子面，隨著正線的施工尤其是大里程方向的反坡施工，一旦出現涌水倒灌掌子面現象，安全隱患大大增加，后果不堪設想。因此如何正確的處理XDK0+267 溶洞成為影響整個隧道的安全和進度的重中之重。（溶洞位置斷面圖如圖2，涌水倒灌掌子面情況見圖3）

圖1 溶洞照片

圖3 溶洞涌水倒灌掌子面情況

2 處理方案的選擇

結合以往隧道溶洞處理經驗及現場施工情況，我們提出了多種處理方案（見表1）。

由于整個車站區間隧道多穿行于中風化巖層內，地下水主要為巖溶裂隙水，順巖溶管道或巖溶裂隙帶向場區巖溶洼地排泄，地下水位在軌面以上，將對隧道圍巖穩定性造成一定影響。通過與設計單位的溝通，多次會議商討，經過現場幾次的大雨發生倒灌掌子面的風險，選擇采用方案三的溶洞處理措施。

表1 封堵方案對比

3 溶洞處理方案

3.1 處理方案的選擇原則 ①安全性，確保施工安全和運營安全。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，因地制宜選擇施工方案，而不局限于固定的模式，一旦一種方案不能實施或實施效果差時，能較好地轉換為替代方案。④具有可連續性，能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、質量及不破壞環境的條件下的投入最節約。

3.2 溶洞施工技術 根據斜井巖溶發育特點，結合隧道工程的結構特點和受力特征，XDK0+267 溶洞采取了“封堵”和“排水”相結合的處理方式，即用混凝土對含水較大的溶洞進行封堵的同時預留管道和水泵及時排放。具體施工步驟如下：①在溶洞水位最深處放置2 臺潛水泵排水，清理溶洞底部碎石及淤泥，對溶洞底部人工能到達的部分施工混凝土墊層，為下一步封堵提供基礎工作面；②人工清理溶洞壁上的軟弱巖層后施做砂漿錨桿，L=3m（外露50cm），間距0.75*0.75m，梅花型布置，對溶洞壁加固穩定，同時起到溶洞原有圍巖和混凝土的連接作用；③溶洞內側預埋安裝2 個7.5kW 的水泵，裝配好自動抽水裝置，同時用2 根φ100mm、壁厚8mm 的鋼管連接至洞外；④溶洞底部預埋安裝1 根φ200mm、壁厚8mm 的鋼管，在未封堵的底部鋼管在管壁鉆鑿間距為15cm 的直徑φ3cm 的進水孔，梅花型布置，用鋼絲網包裹防止淤泥堵塞，鋼管連接至洞外。外部管壁上設置壓力閥及壓力表，實時掌握溶洞內水位狀況及水的壓力情況；⑤溶洞口采用C25 混凝土封堵，封堵厚度為從溶洞口至溶洞底部1～1.5m 位置。（結構圖如圖4）

圖4 現場含水溶洞簡易處理情況示意圖

圖5 溶洞封堵混凝土施工圖

3.3 溶洞處理效果分析 ①當溶洞水位上漲且水量較小時，預留在洞里的水泵自動開啟抽水，將溶洞水排出洞外；②當溶洞水位上升過快，預留水泵不能及時排水時，開啟200mm 水管上的壓力閥，將溶洞水通過自身壓力排出洞外；③當排水管內水流速過快壓力值過大時，啟用大功率離心泵將水排出洞外。

通過以上處理方案的實施，目前基本沒有出現因此溶洞涌水來不及排放發生隧道掌子面倒灌現象。

4 結束語

隧道內出現溶洞的處理措施是靈活多變的，不同的部位、不同的地質情況、不同的地下水情況，處理措施是不一樣的。在處理溶洞時，必須因地制宜，不斷完善處理辦法。本案例通過對斜井出現的含水溶洞處理措施的正確選擇，解決了下游掌子面因溶洞涌水較大出現倒灌現象造成危及掌子面施工人員的安全問題。溶洞處理時，切不可追求進度，單方面的對溶洞進行封堵。通過以上方案的實施，解決了后續施工帶來的安全風險，也為今后遇到類似溶洞處理提供了經驗借鑒。同時在確保施工按處理方案進行施工的同時，還要注意處理方案與實際情況不符時，采取補充探測或進一步制定方案，以免出現較大的安全隱患。