基于超前地質預報的隧道巖溶處理方案研究

沈英柱

摘要：在隧道施工中，需要對施工范圍內的巖溶問題進行超前預報及處理，本文結合陳家壟隧洞開挖實例，通過采用超前地質預報對可能存在于施工區域附近，對正常施工造成不利影響的巖溶問題進行預報，準確獲悉了隧底、掌子面及拱墻等巖溶分布信息;針對不同的溶溝尺寸、含水情況等地質信息，選用不同等級的施工處理方案，合理組織作業，順利完成巖溶處理項目，為隧道工程后期安全順利施工提供可靠保障。

Abstract： During tunnel construction， it is necessary to predict and deal with karst problems in the construction area in advance. This article combines the Chenjialong tunnel excavation example and adopts advanced geological forecasting to predict the karst problems that may exist near the construction area and adversely affect normal construction. The karst distribution information such as the tunnel bottom， face and arch wall is accurately learned; according to different geological information such as the size of the karst ditch， the water content and so on， different levels of construction treatment plans are selected， and the operation is rationally organized and the karst treatment project is successfully completed， which provides a reliable guarantee for the safe and smooth construction of the tunnel project in the later stage.

關鍵詞：隧道施工;巖溶;超前地質預報;施工處理方案

Key words： tunnel construction;karst;advanced geological forecast;construction treatment plan

中圖分類號：P642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）25-0155-02

0 ?引言

在一些地區，地下水的運動會對其周圍可溶性巖石造成溶蝕，形成可以容納暗河或暗湖的地下管道和洞穴[1-3]，復雜多樣的溶蝕形式會對地下隧道的正常施工造成不利影響，容易引起隧洞施工中的局部塌陷或突涌問題，增加施工難度，若忽視巖溶的處理，長期以往對隧道的正常服役年限有非常大的折損[4-7]。本文以陳家壟隧道工程施工中遇到的巖溶問題為例，采用超前地質預報方法，對施工過程中可能存在巖溶的區域進行超前探測，準確探明巖溶分布情況，針對溶溝尺寸大小及巖液發育程度，采用不同等級的巖溶處理措施，嚴格按設計要求組織施工，高質量完成巖溶處理工作，為隧道后期安全、順利施工提供堅實的保障。

1 ?工程概況

陳家壟隧道屬于張吉懷鐵路項目10標，工程總施工距離780.3m，隧道施工中最大埋深為83.3m。根據地層結構勘探，陳家壟隧道施工范圍內的地質構造以剝蝕構造丘陵地貌為主，地勢不均起伏度大，在隧道掌子面以石灰巖為主要構成，巖體存在裂隙，巖石多呈碎塊狀，隱伏巖溶，且局部存在溶溝發育，具有一定的施工風險。

針對陳家壟隧道復雜的工程地質情況，根據實際巖溶分布情況，隧底巖溶的橫向平均深度主要位于3-15m，局部較深;掌子面巖溶部分深度大于50cm;部分邊墻背后存在溶洞。將工程中巖溶處理分為隧底巖溶處理、掌子面巖溶處理、拱墻巖溶處理，并分別采取不同施工處理方案。

2 ?巖溶處理

目前對于巖溶的處理方法一般為：①嚴格進行超前地質預報工作，仔細對巖溶等不良地質進行勘探與分析，結合短期預探（水平鉆孔超前物探、地質雷達探測法）、中長期預探（長距離超前物探）與宏觀預探進行綜合超前預探方法，詳細獲悉附近區域內對施工造成影響的巖溶地質分布信息;②當施工區域內存在溶溝且含水較少時，對水體的來源與發展情況進行調查后排出。③當施工區域內存在無水溶溝，可直接采用混凝土進行填充，并適當進行錨桿加固;④當隧底部分區域存在溶溝偏大且含水量多時，在隧洞底部修筑橋涵結構進行跨越;⑤加強施工過程中的監測力度，及時根據監測結果調整施工技術與措施;⑥在對巖液地段進行施工時，需要及時對隧道進行支護或超前支護，巖體過于脆弱時，可提前對隧道全斷面進行襯砌。

2.1 隧底巖溶處理

2.1.1 預報工作

陳家壟隧洞地質情況復雜，通過超前地質預報，及時了解不良地質具體構造及巖溶分布情況，為準確施工處理方案提供依據。

地質雷達探測可對隧洞不良地質段巖液的位置、規模及圍巖完整性進行準確探測。通過地質雷達對隧底巖溶情況進行初步預報，掃描疑似隧底巖溶區域;根據預報結果;每排布置5個探孔，沿隧道施工前進方向每5m的間距向前推進;依據鉆孔探測結果，隧底巖溶包含充填物為飽和粉質黏土（3至30m厚）且局部伴有孤石，繪制隧底的巖溶分布信息圖，并與監理、設計等單位進行地質情況確認。

2.1.2 巖溶處理措施

由于隧底巖溶處理范圍較大且周期較長，為保證隧底巖溶處理期間初期支護結構穩定及隧道結構的安全，隧底鋼管樁注漿加固處理在該段仰拱初期支護封閉成環后進行，注漿量通過工藝性試驗確定，鋼管樁注漿加固由小里程開始逐段向大里程方向施作，為加快施工進度，也可根據現場情況跳段施作。

根據巖溶橫向的平均深度不同，對隧底巖溶發育情況采取不同等級的處理措施。當隧底巖溶橫向平均深度在3m以內時，直接采用混凝土進行充填。當隧底巖溶的深度全部超過3m或者在局部隧底區域較深，采用鋼管樁（直徑108mm，厚9mm，間距50cm×50cm）進行巖體加固。由于隧底巖溶地質情況復雜，為確保鋼管樁的施工質量，采用隔樁施工工藝，以減少鉆孔完成后塌孔問題;在對隧道底部結構的仰拱進行開挖時，擴充0.5m，用來設置混凝土墊層，墊層兩側各設有鋼筋網片用于加固;及時對仰拱進行初期支護，并盡量提前初期支護的生效時間;鋼管樁加固，內設鋼筋籠澆筑水泥砂漿（水灰比為1∶1）;灌注水泥砂漿時，將混凝土泵管伸入管底，并勻速上提，盡量保證鋼管樁的施工質量;邊墻處鋼管樁需加密設置，兩側分別設置兩根斜向鋼管樁（外插角為10°與20°）;進行鋼管樁施工時，豎直鋼管樁保持1%范圍以內的垂直度誤差，及10%設計樁間距范圍內的誤差;鋼管樁混凝土在養護下達到齡期后，對處理地段隧底的復合地基承載力進行試驗檢測，根據現場施工情況，按每個施工循環，即每個臺車長度范圍檢測一次。

當隧底巖溶的深度全部超過15m，增加加固鋼管樁的直徑與壁厚（直徑203mm，厚11mm）;澆筑水泥砂漿時，待注漿壓力為2MPa時采用細石混凝土灌注，充填成樁;鋼筋籠的主筋應高于初期支護上表面30cm以上，向外偏約60°角度成喇叭口狀，并與仰拱二次襯砌的主筋牢固焊接，保證鋼管樁對仰拱的支撐作用;基底鋼管樁注漿加固施工過程中，加強洞內及洞外監控量測，及時分析數據，監測是否存在異常情況發生。

2.2 掌子面巖溶處理

2.2.1 預報工作

嚴格執行超前地質預報工作，采用水平鉆孔超前探測，精準地探測出斷層內的構成情況，根據地質復雜情況、掌子面前方巖溶地質分布信息，分析判斷對掌子面巖溶的處理措施。

當地質雷達探測到掌子面疑似溶溝時，先通過超前水平鉆確認，在監理、設計單位對巖溶情況確認后揭開。

2.2.2 巖液處理措施

根據溶溝尺寸大小與巖溶平均深度的不同，對掌子面巖溶發育情況采取不同等級的處理措施。

當掌子面溶溝平均深度在50cm以下且不包含水體時，直接采用混凝土進行填充封閉。填充混凝土時，分層澆筑，每次澆筑混凝土后鋪設鋼筋網片;在局部深度相對較大的地方設置砂漿錨桿進行固定。

當掌子面巖溶平均深度在50cm以上時，用混凝土封閉掌子面與溶溝壁;溶溝內預埋雙壁打孔波紋管并外裹無紡布，沿拱架底延伸至側溝;采用復合式襯砌施工方法進行初期支護，外空腔采用混凝土分層填充至整體密實;待初期支護施工完成后，在支護外側設置一層防水板。

當掌子面巖溶揭示深度在5m以上或者含水量較大，屬于非正常情況，需停止施工進程，及時上報，根據巖溶問題嚴重程度，重新設計施工方法。

2.3 拱墻巖溶處理

2.3.1 準備工作

對于邊墻的溶溝分布情況需盡早組織探測預報，防止初期支護后方溶溝較多，影響工程施工進度。每排5個探孔，包括拱頂、起拱線、拱墻，每間隔5m向前推進，在疑似存在巖溶情況的部位適當增加孔位。依據鉆探情況詳細繪制巖溶分布情況圖紙，經監理、設計及建設相關部門對拱墻巖溶情況進行確認后開始處理巖溶問題。

2.3.2 巖液處理措施

根據巖溶分布情況圖，設置相應的鉆孔注漿布置圖，每處溶溝均有注漿系統（至少包含一根注漿管與一個排氣管）進行注漿;注漿管梅花形布置（直徑50cm，間距1.2m）;注漿壓力控制不變，分批次灌注水泥砂漿至溶溝填充完畢。

3 ?結束語

本文以陳家壟隧道工程施工中遇到的巖溶問題為例，對實際工程中針對巖溶處理措施進行了詳細描述。通過在陳家壟隧道工程施工中采用超前地質預報，對陳家壟隧道施工場地周圍巖溶分布信息進行了全方位探測，詳細探明了巖溶分布信息;按照隧底巖溶、掌子面巖溶、拱墻巖溶等不同區域的進行了巖溶種類劃分，并采取了不同的施工處理方案;針對每種區域的巖溶不同發育程度，合理選擇了巖溶施工處理參數;嚴格按設計要求組織施工，加強對工程施工過程中的監測力度，及時根據監測反饋信息，調整或采取相應的施工措施，順利完成了巖溶處理工作，降低了巖溶問題引起的隧道施工質量問題，保證了整體工程安全順利開展。

參考文獻：

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