巖溶對隧洞工程的危害及處治技術

向孟君

摘要：隨著科學技術不斷發展，我國在一些領域上已經走在了世界前沿，但目前我國在建造技術上依舊處于較為落后的地位，尤其是對巖溶地區勘探方面的技術還不夠完善，導致巖溶地區對隧洞工程施工造成極大的危害和重大影響。只有運用科學的技術手段，結合地區實際情況，正確分析巖溶結構特征，才能滿足隧洞工程的需要。本文將結合云南省滇中引水工程-紅河段施工，針對隧洞施工過程中遇到的巖溶問題提出一定解決方案。在此施工過程中，并未改變水利形態，或引起水頭增高，保證項目正常施工的基礎上，有效的保護生態平衡。同時施工過程中累計了一些工程治理經驗，希望此工程報告可以為相關人員提供一定參考經驗，進而促進我國工程建設進一步發展。

關鍵詞：巖溶地區;隧洞工程;危害及處治技術

一、工程概況

根據前期勘察結果，地田坡隧洞檢修支洞下游工作面穿越畔山-大田山巖溶水系統之磨依河巖溶水系統，隧洞穿越段伏流上游徑流面積約10km2。地田坡伏流系統位于磨依河左岸，明流流入溶洞后變為伏流，推測延伸方向北東50～65°，長約0.45km，最終匯入磨依河。伏流入口高程1493m，推測伏流出口為磨依河河床，高程1410m，暗河平均比降18.4%，隧洞底板高程1435m，伏流進口至隧洞軸線直線距離150m，推測與隧洞交叉位置高程1465m，高于隧洞底板59m，伏流進口枯季流量2.5l/s，雨季大于2m3/s，推測伏流系統與地田坡隧洞以20°～50°角度相交于里程HH79+564附近。

地田坡隧洞施工支洞下游工作面開挖至里程HH79+627處，在順流左側邊墻底部揭露一巖溶管道（溶洞），為地田坡伏流系統。經對溶洞勘察及測繪，隧洞軸線與溶洞走向交角約42°～47°，溶洞底板高程約1419m，低于隧洞底板約16m，溶洞最大高度約27m，隧洞位于溶洞空腔中部，溶洞底部最大寬度約10m，巖溶規模由交叉處向伏流上、下游逐漸變小，可見段最小洞徑約0.5～1.0m、溶洞長約60m。目前暗河流量約3～5L/s，正常過水痕跡高約3～5m，伏流河床比降約5%，溶洞底部砂礫石、淤泥厚約0.5～2.0m，兩側零星發育一級階地，高于河床約3m，階地物質為砂礫石，礫徑一般3～5cm，密實狀態，階地頂部普遍覆蓋一層厚約5～10cm的鈣華堆積層。洞頂鐘乳石非常發育，溶洞內見長約3m、直徑約30cm的樹木。溶洞兩壁為巨厚層狀灰巖、白云巖，河床底部巖體完整，中部巖體完整性差，上部巖體較破碎，局部受溶蝕切割，形成不穩定鍥形體。地田坡隧洞檢修支洞下游工作面巖溶發育，隧洞軸線與伏流交角約42°～47°，伏流底板高程約1419m，低于隧洞底板約16m。伏流系統水力比降不均一，在隧洞穿越段平均比降約5%，兩側變陡;伏流系統的發育方向及規模受結構面控制;伏流前段的水力坡降比初設階段推測的18.4%的要陡，伏流穿越隧洞在高程上發生變化，使得隧洞從巖溶空腔中部穿越。

二、巖溶隧洞勘探階段特點和難點

勘探條件差，環境較為復雜，勘探設備使用困難，地田坡隧洞工程技術人員難以開展勘探工作。常規勘探技術手段難以適應工程需要，對于巖溶地區特殊情況缺乏適宜的勘探設備和科學的評估手段，巖溶地區地質問題較為復雜，由于我國巖溶地區較多，工程施工中可借鑒的工程實例較多，但因工程具體情況存在一定差異，實踐較為困難，技術手段有待完善。且一般的巖溶勘探經費都較為緊張，勘探工作量和勘探方法選擇上都會受到一定影響，勘探報告對于隧洞施工作用有限。鑒于上述原因，穿越巖溶地區的隧洞，參數勘探較為困難，對于施工的設計難以起到良好的作用[1]。

三、巖溶對地田坡隧洞工程的危害

巖溶對地田坡隧洞工程的施工和使用都會造成一定影響，從地田坡隧洞工程施工的角度來看，溶洞的一個危害就是會使得圍巖應力分布不均勻且無規則。這會導致隧洞支護結構發生開裂，甚至會導致隧洞塌方。而巖溶的發生與水存在一定聯系，因此涌水、涌泥現象常會伴隨塌方發生，大量的泥沙與水涌入隧洞，將會造成嚴重后果，甚至可能會對施工人員產生安全上的影響。而對于整個地田坡隧洞工程來說，涌入物也會造成隧洞周邊位移擴大，并且導致地表開裂下沉，引發山體活動，使得整個地田坡隧洞工程毀于一旦。

即使在施工中一切平穩，巖溶也會在隧洞投入使用時造成一定影響，隧洞上方或下方巖溶洞穴極易在受外部環境的變化或有震動的影響下，發生塌方。

在巖溶地區進行地田坡隧洞工程，由于巖溶地段的溶洞管道比較多，再加上工程施工也會造成一系列影響，可能導致對地下水流域發生改變，使巖溶水流更加順暢，大量地下水涌入隧洞，這會引起水滲透補排關系發生變化，造成河流斷流、泉水干枯，土地肥力受損，影響農業生產。如果造成巖溶隧洞施工過程中大量涌水，地下水和地表水流通會利于氧化作用進行，使地下水具有較強腐蝕性，從而腐蝕隧洞建設工程，對施工人員也會造成一定損害。

四、處治方法

對于地田坡隧洞工程建設來說，超前預測預報極為重要，我們可以根據超前預測預報提前預知地質狀況，并采取具有針對性的解決方案降低巖溶給隧洞施工帶來的風險，其中掌子面前方地質預報較為準確，可靠度較高，在實際工程應用中也最為廣泛。由于巖溶勘探較為困難，需借助高端探測設備進行探測，并結合設計時的勘探資料從而做出最科學的分析，從而得出最科學合理的處治方案。巖溶處治可以根據其形態、規模大小、填充物特征及涌水量等進行分類，見表1。

在地田坡隧洞工程施工過程中，如果將巖溶狀況掌握清楚，并采取超前加固處理，能夠對施工起到極大幫助，而現在超前預報技術以及支護技術的發展為巖溶地區施工提供了一定保障。目前常見的預加固措施主要有錨桿、導管超前支護法以及注漿加固法，在實際工程施工過程中交錯綜合使用[3]。本工程初期支護圖如圖1：

為了施工的穩定性和安全性，還需要在地田坡隧洞工程施工過程中對巖溶進行全方面的處治。為應對遇溶洞及巖溶管道的處理，本工程在初設及招標階段，根據巖溶發育程度計列了溶洞回填C20混凝土工程量4820m3。由于隧洞與溶洞斜交且位于溶洞空腔中部，需對交叉段的溶洞空腔進行混凝土回填處理，同時預埋管道作為伏流泄水通道。對交叉段隧洞底板以下溶洞空腔采用C20混凝土回填形成隧洞底板基礎，并在溶洞底部回填區內預埋4根直徑1.2m的排水管作為伏流過水通道，回填結構設計詳見圖2。

回填混凝土施工前，應清除溶洞內的爆破洞渣，爆破后對回填區溶洞底部的原狀松散堆積層進行清除，如堆積層厚度小于1m應清除至基巖，如厚度大于1m可按清除1m控制。同時將溶洞內長度大于0.5m的樹枝清除，清除的棄渣及樹枝不得堆積在溶洞內以免堵塞暗河通道。回填區溶洞壁應采用高壓水沖洗以保證混凝土與溶洞的結合強度?；A清理完畢后應經四方現場驗收后方可澆筑回填混凝土。

埋管前應先澆筑底部混凝土，下層埋管底部回填混凝土厚度不得小于0.5m，管底高程應高于原河床高程0.5m，每層管道的管壁間距不得小于1m，具體結合清理后的基礎情況適當調整埋管軸線位置及高程，管道縱向坡度應滿足設計要求[4]。

回填混凝土施工應注意做好管道的固定及接頭的包裹處理，防止管道浮動、徑向變形及接頭漏漿，必須保證管道的過水斷面尺寸。

分層回填混凝土厚度不大于3m，應采用摻粉煤灰、設冷卻水管、控制分層澆筑時間等措施做好混凝土溫控，防止產生溫度裂縫。冷卻水管采用Φ50的HDPE管，間排距1.0m，水平距離混凝土邊緣為1.0m。冷卻水管布設時需進行限位固定，當混凝土澆筑高度超過冷卻管并振搗密實后，即可進行通水，通水流量不小于1.0m3/h，，通水持續時間不小于72h，每隔12h需方向通水[5]。隧洞軸線剖面圖見圖3，工程量見表2。

承包人施工前需報溶洞處理施工專項方案和應急預案。嚴格按照監理審批的方案和預案內容及要求進行施工。需加強對溶洞附近的變形觀測，人員在溶洞內作業時須全程配置安全警戒人員;每次地田坡隧洞上游開挖爆破后必須對觀測點進行復核，防止溶洞內巖體失穩，同時需對溶洞暗河內的進行安全排查，防止鐘乳石失穩掉落;汛期溶洞施工安全風險增加，施工方需制定溶洞內水位暴漲的防汛安全應急預案[6]。

進行專項超前地質預報，查明隧洞周圍的巖溶發育情況（不小于洞周徑向10m范圍）[7]。對隧洞跨伏流段河床底部進行勘探，采用物探手段（地質雷達、高密度電法）查明覆蓋層厚度及深部巖溶發育情況。

結語：

巖溶給地田坡隧洞工程施工帶來了極大難度，如果處理不當，會對工程施工安全及工程穩定帶來一定隱患。因此在施工過程中，需對巖溶有一個全方面的認識，該工程已經嚴格按照上述技術處理方案進行施工，目前安全質量及進度均達到了預期效果，為相關工作人員提供了一定技術借鑒，促進我國工程技術水平日益提升，為我國經濟建設奠定基礎。

參考文獻

[1]鮑宏偉. 淺談巖溶地層隧洞施工中典型溶洞的處理技術與措施[J]. 2021（2011-13）：155-156.

[2]趙偉剛. 淺析鐵路隧洞工程巖溶段施工處理技術[J]. 太原城市職業技術學院學報， 2020， 000（001）：177-179.

[3]付崇民. 干作業法成孔灌注樁施工過程中對巖溶處理的技術分析[J]. 現代物業：中旬刊， 2019（11）：2.

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