隧道溶洞處理技術與實施要點解析

梅道軍

（中鐵十五局集團第三工程有限公司 四川成都 611730）

溶洞等復雜巖溶地質形態給鐵路隧道工程的施工建設帶來了較大的難度，一旦處理不當極易發生突泥突水等嚴重的安全事故。因此，在溶洞發育地區開展隧道工程的施工前，施工單位應積極采用先進的預報探測技術，準確了解溶洞的實際大小、邊界范圍、地下水水位以及充填物狀態等信息，這樣才能根據溶洞的結構特點來采取針對性的處理技術，對溶洞進行充填加固等處理。同時，在處理施工過程中，施工單位還要嚴格控制各工序環節的技術要點，以保證隧道施工的安全，為鐵路工程順利實施奠定良好的基礎，從而實現促進鐵路工程沿線地區經濟發展的目的。

一、隧道溶洞地質探測超前預報技術分析

（一）應用TST技術超前預報

應用地震波探測技術能夠對隧道工程掌子面開挖前方約150m以內的地質情況進行超前預報，以準確掌握前方是否有溶洞存在，且可以對溶洞的大小、位置以及形態特點進行準確的預報[1]。

（二）應用GPR技術超前預報

利用地質雷達能夠根據雷達脈沖波在不同介質中的反射以及折射圖像來分析掌子面前方的地質情況，并判斷溶洞的大小、邊界等，是在隧道溶洞處理中常用的探測技術之一。

二、隧道溶洞處理技術分析

（一）富水溶洞的處理技術要點

1.溶洞排水鉆孔要點

在對富水型溶洞進行處理時，如果充填物中僅有極少量黏土存在，且主要水源為地表下滲雨水、儲水量較低時，應采用地表排水以及截水技術，并結合洞內鉆孔技術來進行排水處理[2]。施工時應將溶洞與開挖面之間的距離控制在5m以上，且應結合積水量以及排水孔水壓等因素來確定開挖技術方案[3]。如果采用反坡開挖技術處理時，應根據水量以及排水孔能力來選擇抽水機的型號功率以及臺數，同時應設置集水坑。

2.溶洞降壓釋能要點

當富水型溶洞的充填容內的壓力較高時，則應選擇精確爆破技術來進行釋能降壓。當隧道為單線隧道時，由于溶腔水將從已完成開挖的隧道流出，因此只能在順坡隧道中采用該處理技術。如果隧道工程有平導隧道存在或者為雙線時，則可以利用平導以及其中一側隧道作為排水通道，并要將洞室的隔離封閉。在爆破施工時應首先對溶洞內進行清理，撤離施工人員和相關的設備物資，同時要避免施工水電線路受到填充物涌出的影響。爆破時應準確控制用藥量，以確保爆破能夠一次成功。

3.溶洞降壓分水要點

如果富水型溶洞內存在大量的充填水時且受客觀條件限制無法采用爆破釋能技術時，也可以采取開挖泄水洞的方式來引流溶洞內的技術。泄水洞應設置在隧道工程外側，并要設置好排水設施，以確保泄水順利，減少對工程周邊建筑以及環境的影響。這種處理技術由于需要開挖泄水的專用通道，所需要的施工周期相對較長且增加了施工成本，因此應根據工程投資情況以及工期要求來進行技術選擇應用。

4.溶洞堵水注漿要點

如果富水型溶洞充填物主要是軟塑性以及流塑性物質時，施工單位可以利用水泥砂漿來進行注漿堵水處理[4]。在采用全斷面帷幕注漿技術施工時，施工單位應按照自四周向中間逐步推進的順序進行注漿施工。在施工實踐中，施工單位也可以結合溶洞的實際長度來采取分段注漿等施工方式，分段長度應控制在10m以上，且搭接長度應達到5m以上。同時，施工單位在注漿處理完成后還應通過現場試驗來檢測出水量等指標參數，一般在完成注漿后檢查孔的出水量應控制在2L/m左右，同時還應利用孔內成像等技術檢查孔穩定性，并結合注漿量以及取芯分析結果等因素來綜合判斷注漿效果是否達到了設計要求。

5.溶洞結構加固要點

在隧道富水型溶洞處理時還應在溶洞內設置縱向以及環向排水管道，以保證洞內積水能夠順利排出。同時，施工單位應按照施工要求將二襯厚度加大，并加密二襯鋼筋，以增強隧道襯砌結構的承載性能，保證施工的安全。

（二）拱部溶洞的處理技術要點

1.小型拱部溶洞的處理技術要點

在對隧道拱部的小型溶洞進行處理時，施工單位應采取超前支護技術來增強支護結構的穩定性。當拱部溶洞比較小，且僅有少量充填物存在時，施工單位應首先對溶洞圍巖結構特點、邊界以及充填物含量進行探測，然后可以采取直接揭示方式來促使充填物釋放，以降低施工成本，提高施工的效率。施工單位在對溶洞進行揭示時嚴禁一次性揭示全部開挖面，防止充填物涌出，威脅施工安全。同時，在揭示施工前還應將儲漿池設置于仰拱前，給充填物流出儲存提供空間，之后再利用罐車以及自卸車等向洞外進行運輸[5]，當釋出充填物后應及時開展初支作業。施工單位在施工時可以根據溶洞圍巖結構的穩定性來確定施工方式，可以利用超前小導管、錨桿以及鋼架等進行混凝土的噴射施工，以盡快形成閉環支護結構。

2.大型拱部溶洞的處理技術要點

在對隧道拱頂部分的大型溶洞進行處理時，施工單位一般應采取小導管結合大棚管超前支護技術。在設置超前大棚管時，如果采用的是分段設置方式時，應將分段長度控制在20m到30m之間，且搭接長度應控制在5m，大棚管的規格應根據溶洞內填充物的實際穩定性來選擇。同時，施工單位在施工時還可以將4.5m長的大外插角小管道設置在兩相鄰大棚管間，以形成雙層超前支護結構，在注漿加固施工時，應首先進行純水泥漿的灌注，并通過控制注漿壓力來促使水泥漿向較大范圍擴散。然后，在注漿壓力增加到0.8MPa時，施工單位再將適量水玻璃摻入，以形成雙漿液，以提高漿液的凝結速度，實現對溶洞內充填物的固結處理。在采取帷幕注漿技術施工時，施工單位應將注漿管的分段長度控制在10m以上，且注漿管之間的橫縱間距均應保持在1m。

（三）充填型邊墻溶洞的處理技術要點

在對隧道邊墻處的溶洞進行處理時，施工單位可以根據充填物的實際情況采用設置超前小導管結合注漿加固等技術方法。在開挖施工前，施工單位應將超前小導管設置在相鄰鋼架間，且角度應控制在45°以內。小導管在隧道軸線方向上的投影長度應控制在2榀鋼架長度以上，根據溶洞填充物不同的穩定性，應將小導管間距控制在10cm到40cm之間[6]。在注漿施工時，施工各單位可以將適量水玻璃等加入水泥漿內，以提高加固效果。如果在初支拱腳處存在溶洞邊界時，應選擇較為堅硬的巖層來設置鋼架拱腳，并對臺階高度進行調整，以確保初支結構的穩定性。

（四）底部溶洞的處理技術要點

在對隧道底部溶洞進行處理時，施工單位可以采取換填以及回填處理方式，而當溶洞較深難以有效充填時，則應采取設置樁基以及梁板跨越等技術方式來保證隧道施工的順利進行。

三、青獅溝隧道溶洞處理實施要點解析

青獅溝隧道工程全長322m，為雙線鐵路隧道工程，隧區屬河谷岸坡溶蝕地貌，全隧洞身主要通過碳酸鹽巖地層，巖溶較發育。該隧道在施工過程中發現位于巖溶發育區，地質情況復雜且有大量溶洞存在，因此施工單位綜合采用了多種地質超前預報技術進行探測，并根據探測結果確定了溶洞處理的技術方法。

（一）超前地質預報技術的綜合應用

施工單位通過應用地震波超前地質預報技術，發現該隧道圍巖存在較為發育裂隙，導致巖體較為破碎，且其結構的穩定性以及整體性均比較低，同時還可能有夾泥裂隙以及軟弱夾泥層存在，因此確定圍巖應為V級。同時，施工單位還在該施工現場利用地質雷達對掌子面進行了探測分析，發現在掌子面施工范圍內有泥質充填溶洞存在，且溶蝕裂隙的發育程度較高。此外，施工單位還結合了超前水平鉆技術來進行地質預報，確認在掌子面開挖前方有溶洞充填物存在，且在角礫中有黏土夾雜。

為了進一步驗證確認溶洞形態以及結構特點，施工單位在施工現場還進行了掌子面開挖驗證試驗。通過開挖揭示，施工單位發現確有充填溶洞存在，且溶洞埋深在20m左右，角礫以及黏土是主要的充填物，其中60%為角礫，且充填物的含水量比較高，造成其自穩性比較低。在溶洞充填物在掌子面開挖過程中有溜出現象，同時受開挖施工等因素的影響，在掌子面前15m左右的范圍內有橫縱裂縫產生。

（二）青獅溝隧道溶洞處理實施技術要點

根據對該隧道工程開挖掌子面以及地質超前預報結果的綜合分析，施工單位確定了溶洞的處理技術以及實施工藝參數。對于溶洞地表裂縫，施工單位采用水泥砂漿封堵處理技術，砂漿的封堵厚度應達到15cm，而寬度則應控制在1m，水泥砂漿型號應選擇M7.5。同時，施工單位應采用大管棚支護技術對該溶洞進行超前支護，每環應采用38根直徑為89mm、長度為25m的管棚，且環向之間的距離應控制在0.4m。在超前支護施工時，施工單位應先進行導向墻的澆注施工，澆注時應選擇強度等級為C20的混凝土，澆注長度應控制在1m，且厚度應控制在0.8m。此外，施工單位應選擇規格為Ф75mm的鋼管4根分別設置上中臺階的鋼架接頭位置，鎖腳鋼管的剛度應控制在6m。在完成鋼管的設置后，施工單位應將水泥砂漿注入，而在開挖時應采用大拱腳臺階方式來進行施工。如果鋼架落腳位置的地基結構難以滿足承造要求時，則需要采用混凝土換填處理技術來進行施工。在隧道仰拱施工時，施工單位應先對隧道底部以及周圍進行探測，以確認是否有隱伏巖溶結構存在，同時還應在施工現場檢測黏土的承載能力，并應將探測結果及時向各相關部門通報，以便根據溶洞的實際發育情況對處理技術方案進行相應的調整。

四、結束語

當鐵路隧道工程在施工過程中遇到溶洞時，由于溶洞發育形態比較復雜，會對隧道結構的穩定性和安全性造成較大的影響，因此，施工單位應通過各種先進超前預報技術的綜合應用來準確了解溶洞的大小以及結構形態特點，并結合溶洞的實際情況采取相應的處理技術。在溶洞的處理施工時，施工單位應嚴格按照鐵路隧道工程的施工要求和技術規范對各施工環節的技術要點加強控制，以保證處理施工的質量。