鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術研究

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巖溶是一種由地表水和地下水，化學侵蝕、機械侵蝕和可溶性巖層沉積引起的地質現象。修建鐵路隧道時經常發生巖溶斷面，在部分或全部結構的施工中，對隧道施工的影響尤為明顯，不但會降低圍巖的使用可靠性，而且會對施工產生負面影響，帶來更大的困難和隱藏的安全風險。確保巖溶斷面施工的安全性和可靠性是處理巖溶斷面時急需解決的問題。如果巖溶位于鐵路隧道的上方或側面，處理難度較低；如果巖溶位于隧道的底部，則處理難度較大，需進行適當的處理以滿足隧道基礎的承載能力要求，并確保列車運行的安全性。可見，對鐵路隧道巖溶段的施工處理技術進行研究至關重要。

1 工程概述

山西中南部鐵路通道（瓦日鐵路）項目西鐵車2號隧道起訖里程為DK1076+119～DK1083+970，全長7851m，隧道最大埋深約234m，最小埋深約27m。該隧道穿越花崗巖、灰巖和灰巖夾頁巖，部分地段斷裂構造較發育，且規模大、延伸遠，斷裂構造帶水文地質條件復雜。部分隧道洞身沿斷裂帶巖溶發育，對工程的影響程度較大，施工中存在巖溶水突水、圍巖坍塌等風險。

該隧道縱向從魯村巖溶盆地西側區域通過。魯村巖溶盆地南北及西邊界被太古界泰山群所圈圍，東部則以北東向延展的斷裂為邊界，形成一個相對獨立的巖溶水文地質單元。隧道DK1077+900～DK1078+000段、DK1080+900～DK1081+000段、DK1082+250～DK1082+350段經過灰巖區巖溶發育段，風險較大，必須采取有效的處理措施。

2 隧道巖溶處理原理

在該項目的巖溶處理中，為盡量減少處理困難，確保處理質量，避免不必要的安全隱患，必須嚴格遵循“認清形勢、因地制宜、消除水患、綜合治理”的原則，需提前了解巖溶區域的規模、巖溶等級、地質和水文條件等情況。在巖溶相對嚴重的區域，應盡可能保留巖溶和地下河道，嚴禁任意封堵。另外，為了防止水和泥漿進入巖溶區，必須事先清楚地識別出孔洞，并準備足夠的抽水設備以確保施工安全。總體而言，隧道巖溶應采用廣泛的截流、堵塞和排水處理方法。

3 鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術

3.1 巖溶洞穴治理技術

隧道洞穴中的巖溶剖面位置不同，則使用的處理方法也不同，西鐵車2號隧道中的巖溶洞穴主要體現在拱腰部、邊墻部和底部的小溶洞，其加固處理方法如圖1所示。

圖1 西鐵車2號隧道巖溶加固處理圖（單位：mm）

（1）巖溶位于隧道的拱腰部。當巖溶位于隧道的拱腰部時有很多處理技術可運用，例如回填法、拱形防護+緩沖層法、拱形防護+緩沖層+噴錨網防護法、柱支撐法等，這些方法均可以有效解決隧道拱形巖溶問題。其中，回填法適用于在拱頂上方發育的規模較小的溶洞，如無水腔或半充填的小溶洞；拱形防護+緩沖層法適用于巖溶洞穴，如在拱頂上方有一個小型巖溶洞穴或寬度較窄的巖溶洞穴的情況；拱形防護+緩沖層+噴射錨網防護法適用于各種巖溶洞穴，但需巖溶洞穴的頂部在巖溶處理方面具有更好的穩定性；柱支撐法適用于巖溶洞穴的較大垂直發育區域，要求巖溶洞穴的頂部在隧道拱頂上方10m。西鐵車2號隧道中處理拱腰部小溶洞經常采用的方法是回填C10混凝土。

（2）巖溶位于隧道的邊墻部。當巖溶位于隧道的邊墻部時，可以采用漿砌片石支護法、擋土墻支頂法進行處理。其中，漿砌片石支護法適用于無水腔或半充填的小溶洞；擋土墻支頂法適用于處理范圍有限的水下巖溶的洞穴或相對較大巖溶發育的洞穴。西鐵車2號隧道中處理邊墻部小溶洞經常采用的方法是M7.5漿砌片石支護法。

（3）巖溶位于隧道的底部。當巖溶位于隧道的底部時，可以使用回填置換法、鋼管群樁法、板梁交叉法等。其中，回填置換法適用于隧道底部小溶洞或半填滿的巖溶洞穴；鋼管群樁法適用于隧道底部尺寸為10m×15m的巖溶洞穴；板梁交叉法適合在隧道底部建造大型填充洞室，其復合基礎具有足夠的承重能力，可以滿足鐵路建設對基礎承重的要求。西鐵車2號隧道中處理底部小溶洞經常采用的方法是回填M7.5漿砌片石。

3.2 隧道巖溶段地下水處理

（1）超前預測。為了避免在巖溶段的處理過程中發生水災和淤積，可將地質分析、鉆探、高級試驗坑等方法結合使用，因為只使用一種預測方法可能具有局限性，無法保證預測精度。通過組合幾種預測方法，可以彼此互補、相輔相成，并為以后的巖溶處理提供數據支持和指導。

（2）設置暗溝。該隧道工程穿過許多空洞而沒有填滿，并且水全年都在底部流動，為了避免鐵路建成后水流路徑的阻塞，可在隧道底部修建中央排水溝，以便巖溶洞穴中的水可以通過該溝排出。

（3）設置側溝。為了確保水流的暢通，該隧道工程的巖溶處理中也采用了滲濾排水法，主要是將排水側溝設置在隧道的兩側，通過環向、縱向、橫向排水管連接，將山洞中的水引到側溝，然后將水排出隧道。

3.3 洞室處理

巖溶洞穴的處理效果會對整個鐵路隧道工程產生重大影響。為了最大限度地發揮巖溶剖面的處理效果，該項目采用了一定的加固措施與穿越巖溶洞穴相結合的方法。該項目應用于洞室的處理技術包括以下內容：

（1）擋土墻加固。首先清除所有填充物，然后用磚石墻支撐洞穴的頂部。如果下面有水流過，則必須增加1條通道來排出洞穴中的水。為了確保加固效果，必須在隧道的側壁、頂部保留檢查孔，并增加保護裝置，如保護鏈或圍欄。

（2）用鋼架支撐頂部。對于深洞，使用鋼拱架或者格柵鋼架進行加固。首先將鋼架的底部插入基巖或者設置鋼墊板，然后用鋼架頂部頂住基面，確保支撐具有整體性和穩固性。

（3）用棧橋穿過。棧橋底板由鋼筋混凝土底板梁組成，以支撐側壁。

3.4 巖溶地區的隧道支護

在開挖具有較大裂縫的大型充填巖溶洞穴或進行巖溶隧道施工時，通常使用預灌漿進行阻水加固，也可以使用小型管道灌漿、大型管道棚、鋼框架支撐、超前錨桿、噴射混凝土墻以及鋼支撐等措施。

3.5 巖溶地區開挖

巖溶段的開挖分為巖溶洞穴充填和巖溶裂縫開挖。巖溶地區的開挖方法應與軟弱圍巖的隧道開挖相似。在開挖和爆破的過程中，要嚴格控制裝藥量，并采用微振動控制爆破技術將填充物的破壞性降到最低，并及時支撐和封閉成環。

4 結論

西鐵車2號隧道巖溶發育程度較高，處理工藝相對復雜多樣。通過超前預測，可以清楚地掌握隧道開挖前的巖溶剖面的地質條件、水文條件和巖溶規模情況，然后根據檢測結果，確定針對性的巖溶處理方法，并采取安全措施，以高效、安全地進行施工作業。

巖溶的處理方法多種多樣，必須根據不同的條件選擇不同的處理技術。文章結合具體隧道工程實例，分析了鐵路隧道巖溶段的施工與處理技術。分析結果表明，巖溶斷面是鐵路建設中常見的地質構造，對鐵路隧道施工的安全性和后期作業的安全性影響較大，因此有必要結合巖溶地段的實際情況，選擇合適的處理技術，以減少巖溶地區對鐵路隧道工程的影響，確保所有工序都能有效、安全地進行，促進中國鐵路建筑業的可持續發展。