公路隧道工程巖溶施工技術研究

李新龍

（陜西省鐵路投資（集團）有限公司，西安 710054）

1 引言

巖溶問題在山區公路隧道工程中廣泛存在，具有較大的危害性，處理不當會嚴重影響隧道建設質量和施工安全。在巖溶條件下施工，容易發生突泥、突水等問題，從而威脅施工人員的安全，還會導致施工設備損壞，嚴重影響施工工期。巖溶問題具有復雜性和不確定性等特點，對于施工技術要求較高，必須采用科學的巖溶施工技術，妥善應對和處理巖溶問題，才能不斷提升整體施工質量。希望本文內容能對相關施工領域有所幫助，進一步促進隧道工程施工技術水平的提高。

2 工程概況

本項目為H 市公路隧道工程，隧道全長9 107 m，隧道進口段為三疊系、二疊系地層，巖層性質以中厚層狀灰巖為主，部分為白云質灰巖，巖溶發育，存在巖溶、暗河以及部分溶洞群。在前期地質勘察中發現，如果不對巖溶進行特殊處理，在隧道施工過程中可能發生突泥、突砂、突水等地質災害。本文針對該公路隧道ZK56+720～ZK57+368 區域進行研究，該區域內巖溶問題較為嚴重，地表可見大量巖溶洼地、落水洞，已成為雨水的下滲通道，尤其是在斷層破碎帶區域，可溶巖和非可溶巖的基礎帶巖溶水發育較強。根據隧道實際情況，為了保障隧道施工安全，必須對巖溶施工技術進行優化，同時為后續施工奠定基礎，保證工程能夠在設計工期內順利、安全完成。

3 構建模型

為了保證巖溶條件下隧道施工安全，必須建立完善的隧道巖溶預測模型，從而通過超前預測模型獲取準確的巖溶位置和巖溶規模，同時，需要對可能發生的突泥、突水等問題進行預測。

3.1 模型網絡

根據國內外隧道巖溶預測模型的應用情況，結合本項目隧道工程實際，本文采用TSP202 超前地質預報模型，對長度在100～200 m 以上的隧道區域建立長距離預報模型，結合地質雷達、超前鉆孔等建立近距離預報模型，并結合實際地質勘察情況，能夠有效提高預報模型的科學性[1]。

3.2 參數計算

采用模型對巖溶進行分析時，需要對其突水量進行測量和預報，從而根據突水量計算結果編制相應的應對方案，保證施工能夠順利開展。在突水量預測模型的參數計算過程中，隧道作業面前部位置的水源潛在涌水量與爆破前作業面的炮眼水流量有直接的關系，且炮眼水流量與流速關系較為密切，炮眼水流速與炮眼水噴射長度存在比例關系，所以，參數計算可以通過式（1）進行：

式中，S 為炮眼水的水平噴射距離；v 為炮眼水流速；y 為炮眼水距離隧道地面的距離；g 為重力加速度。

根據式（1）可以對突水量進行預測。通常情況下，可通過噴射距離預測突水級別，并將突水級別分為突水級、小型突水級、中型突水級和大型突水級。（1）噴射距離S 小于5 m，突水量低于100 m3/h 時，涌水級別為突水級。（2）當噴射距離S 在5～10 m，突水量在100～300 m3/h 時，突水級別為小型。（3）當噴射距離S 在10～13 m，突水量為300～400 m3/h 時，突水級別為中型。（4）當噴射距離S 超過13 m，突水量超過400 m3/h 時，突水級別為大型[2]。突泥量計算根據突泥的流出距離和突泥長度、寬度進行計算，建立突泥風險評價模型，將計算結果和數據與評價模型相結合，從而可以確定突泥規模，為后續處理工作奠定基礎，提高處理工作的科學性。

3.3 施工順序

如果巖溶突水級別為突水級；則可以直接開展鉆進作業，如果為小型突水級別，則需要降低放炮規模，并在前期開展試探性掘進工作，以防止放炮規模過大引起坍塌問題；如果為中型突水級別，則需要立即停止施工，開展資料收集和地質勘探工作，確定具體方案后再開展相關作業；如為大型突水級，則必須編制科學的應急處理方案，防止鉆進過程中出現大規模坍塌與涌水問題。此外，如果在鉆進過程中發現存在突泥問題，則需要根據突泥規模采取相應的處理措施，如突泥規模較大，且泥沙流動速度較快，則需要采用截流和排放相融合的方式將突泥排出。在爆破作業正式開展前，必須按照突泥、突水的實際情況，將作業機械設備轉移到安全處，大型設備需要轉移到隧道之外，防止因突泥、突水問題導致機械設備損壞；爆破作業必須采用遠距離電控方式，不能采用近距離爆破方式，在爆破作業結束后，需要根據突泥、突水的實際情況開展后續施工作業[3]。

4 結果分析

在隧道巖溶危害評估方面，需要根據巖溶水和泥沙的變化情況對其危害性進行評估，之后根據評估結果采取相應的處理措施。在本公路隧道工程中，共發現突水點和突泥點16處，其中有3 處為大型突水點，突水基本為清水，突水流量較為穩定，但是不能確定突水和地下水的關系。ZK348+507 突水點是本公路隧道工程中最大的突水點，且最具有代表性。該突水點與地表水補充關系較為密切，整體變化大，對后續施工影響較大，所以，針對該突水點的處理，是保障后續施工作業安全的重要前提，必須采用科學的處理措施對該突水點進行處理，防止其影響后續隧道施工安全[4]。對于其他13 處巖溶水，能夠確定與地表之間存在補水關系，巖溶水中帶有部分泥沙，相對來說對后續施工影響較小，采用普通處理措施即可。

根據上述分析結果，為了妥善處理巖溶問題，考慮采用如下4 項應對措施：（1）沒有地表水補充或沒有地下水活動的巖溶區域，應對其進行快速處理，防止其對隧道穩定性造成影響；（2）對于具有地下水活動的巖溶區域，需要對當地實時降雨量進行觀測，明確流量和地表水之間的補充關系，并確定巖溶水中是否存在泥沙、碎石、雜草等雜物，同時確定最大水流量[5]；（3）對巖溶較多的區域，如果巖溶水對隧道施工造成的影響較小，則可采用支護方式進行處理，保證支護結構的穩定性，之后再對其進行系統性處理；（4）在部分平導施工的隧道工程中，分析平導洞巖溶性質后，則采用以排為主的處理措施，以降低地下水對隧道的影響。

5 對策建議

為了保證施工安全與質量，根據上述前期勘察資料，結合本項目實際情況，擬定采用支撐結構通過隧道、以引為主的防水處理和溶槽盲溝處理3 種主要處理方式。

5.1 采用支撐結構通過溶洞

根據本項目巖溶基本情況，為了保障施工安全，必須在隧道內部采用支撐結構，通過對溶洞全部設置支撐，可以起到相應的支撐和保護作用，防止其出現坍塌，同時能夠保證溶洞隧道的穩定性。對隧道拱部溶洞空腔采用泵送C25 混凝土形成護拱，護拱厚度設計為2 m，起到支撐和穩定的作用；護拱以上溶洞空腔設置雙臂波紋管施作排水設施，波紋管長度根據現場實際情況進行確定；空腔頂部采用C20 噴射混凝土進行封閉處理，腔內采用C25 混凝土進行泵送回填，回填厚度為2 m。過渡段采用工字鋼縱向布置拱架作為支撐，長度設計為3 m，間距設計為0.2 m，其余部分采用吹砂回填密實，從而起到良好的支護與緩沖作用。

5.2 采用以引為主的排水原則

以最大突水量ZK348+507 突水點為例，該突水點的拱頂部分露出一個巖溶通道，通道順巖層布置，巖溶通道直徑約為1.5～3.2 m，突水伴隨有砂夾卵石，該溶洞突水量和突砂量隨著地表水的變化而改變，地表水減少，突水量逐漸減少。針對該問題，擬采用以堵砂夾石為主，暢通排水通道的處理方式：（1）在隧道拱腳處增加2 個縱向排水溝，增加2 個φ110 mm 環向透水管，以提高排水通暢性，保證巖溶隧道施工安全；（2）在暗溝排水處理中，因為隧道穿過溶洞，隧道頂部存在大量積水，積水沿著溶洞水流通道排出，為了防止出現隧道修建后堵塞原有水流通路，在隧道底部修建石砌暗溝，使得溶洞水能夠通過暗溝沿著原有通路排出；（3）當溶洞出現排水不暢問題，地下水又很大，不足以將水排出溶洞外時，為了避免溶洞水影響隧道安全，采用在溶洞底部設置涵洞和泄水洞的方式排水。

5.3 溶槽盲溝處理方式

針對溶洞形成的洞穴，采用溶槽盲溝處理方式，在主要滲透水點設置透水盲溝，透水盲溝采用φ300 mm 鋼管，在鋼管壁上鉆取直徑為18 mm、環向間距為16 mm、縱向間距為12 mm 的圓孔，鋼管外側采用鋼絲網片對其進行覆蓋。本項目在實施過程中，在ZK348+507 突水點區域設置了3 個透水盲溝，盲溝設置完成后采用混凝土進行回填[6]。同時，對洞穴的襯砌施工段進行加強處理，采用鋼筋混凝土二次襯砌結構，設計厚度70 cm，從而保證了洞穴處理的安全性與穩定性。

6 結語

綜上所述，論文結合H 市某公路隧道工程，對其巖溶情況進行建模分析，根據模型分析結果制定相應的應對措施，從而使該工程高質量完成，在施工過程中沒有出現安全問題，且公路隧道整體質量得到充分保障，希望本文所述施工方案能對我國公路隧道工程施工起到一定的借鑒作用。