富水溶洞隧道外側溶洞封堵技術研究

王志強 王傳飛 鐘水平

中交路橋南方工程有限公司 北京 100000

隨著我國交通隧道產業的快速發展，越來越多隧道工程開工建設。一些特殊地質區域的隧道在施工過程中，其隧道周圍易出現溶洞，其填充物較為松散，厚度較大，給隧道的施工帶來一定的難度。

龍南西隧道進口端位于龍南縣桃江鄉灑口村馬槽山龍靈農場，出口位于龍南縣渡江鎮果農村社背。龍南西隧道區地處構造剝蝕低山地貌區，據工程物探資料，在Z2K125+360～500 段物探低阻異常區，圍巖為破碎中風化白云巖，Z2K125+403 處鉆孔揭露拱頂以上巖溶發育。124+820～125+220 圍巖為破碎中風化白云巖，洞身范圍內及仰拱以下溶洞發育，現場開挖施工難度大，對工程施工進度、安全造成了系列不利影響。

隧道洞周溶洞的存在大幅增加工程施工進度和支護質量控制的難度。對此，為改善隧道洞周溶洞的封閉效果，提高隧道穿越施工的施工效率、改善現場施工質量，相關學者和工程技術人員從溶洞隧道病害防控、隧道溶洞病害處治和隧道溶洞現場穿越等方面進行了有針對性的研究，如祝新建[1]系統研究了巖溶發育區隧道工程溶洞處理施工技術；王吉輝[2]闡明了隧道工程中溶洞施工技術難題；蔣凌云[3]針對巖溶鐵路隧道災害，提出了具體的治理措施；[4]李杰科等對廣西喀斯特巖溶區隧道溶洞的處治技術進行了研究；何省等[5]開展了隧道施工大型巖溶整治技術；林振華[6]對比分析了不同隧道巖溶施工處理技術的優缺點。周晉[7]系統分析了山區隧道巖溶處理技術的適用性；高頗[8]揭示了灰巖地段隧道巖溶處理技術的效果；楊凡[9]和王喚龍[10]分別研究了鐵路隧道基底巖溶處理技術；朱建偉等[11-14]基于具體工程實際，開展了巖溶隧道綜合處理技術研究。

分析表明，現有研究在溶洞隧道病害防控、病害處治和現場穿越等方面取得了較為成熟的研究成果，并可在適宜的工況下取得了較好的工程應用效果，但研究從溶洞加固結構體系、注漿填充技術等方面的研究較少，相關技術理論上的完善。同時，現有工程措施和技術成果中，在外側溶洞封堵效果提升、洞側溶洞的整體性增強、溶洞對結構的安全風險消除等方面尚存可進一步提升之處。鑒于此，文章基于龍南西隧道開挖工程實際情況，對富水溶洞隧道施工技術進行了研究。

1 工程技術問題及施工難點

1.1 隧道溶洞的整體性弱

溶洞結構體的存在，破壞了隧道圍巖結構的整體性，對于富水溶洞隧道，需同時應對溶洞內部松散填充體填充、溶洞內部水體排除及溶洞區域局部防塌方等工程難題。目前溶洞區域現場施工時，通常采用先打設超前導管，再進行溶洞回填，然后開挖隧道內部土體的施工方案，超前導管通常采用鋼管，其注漿、支撐效果有待提升。

1.2 隧道溶洞的封閉效果差

溶洞隧道封堵的效果受溶洞內部填充情況、混凝土灌注施工工藝、混凝土配合比、溶洞內部填充情況等影響顯著。相對于普通隧道溶洞注漿技術，溶洞隧道封堵常采用超前導管壓漿的方式，其壓漿效果受漿液配比、注漿壓力、洞腔填充物的空隙情況影響較大，現場封閉效果常存在一定的不確定性。

1.3 富水溶洞區域支護結構整體性提升

富水溶洞的處理效果對隧道工程安全穿越影響較大。富水溶洞隧道工程施工的安全性和可靠性受隧道支護結構影響較大，常規鋼拱架+鋼筋網片+噴射混凝土的支護技術雖可提升隧道的安全性和穩定性，但簡單的加密拱圈難以有效應對溶洞區域的變形及應力的不均勻問題，易導致局部塌方、失穩等病害。

2 施工結構改善設計及特點分析

2.1 改善設計

基于龍南西隧道工程開挖施工的技術難點，結合富水隧道外側溶洞封堵結構施工的實際情況和研究現狀，對現場施工結構進行優化設計，導勁性鋼管和環向注漿管連接結構如圖1所示，富水隧道外側溶洞封堵結構參見圖2。

圖1 導勁性鋼管和環向注漿管連接結構斷面示意圖

圖2 富水隧道外側溶洞封堵結構示意圖

（1）在勁性鋼管的外周沿環向均勻間隔設置2～4根環向注漿管；根據工程勘測資料，確定勁性鋼管和環向注漿管的長度；自隧道開挖掌子面向隧道外側溶洞內引孔插設勁性鋼管及環向注漿管，并使環向注漿管與外部壓漿設備連通；通過環向注漿管向外側溶洞內壓灌水泥砂漿或水泥凈漿形成溶洞密閉體。

（2）待溶洞密閉體形成強度后，進行隧道內部土體開挖施工；溶洞區段開挖施工萬抽，立刻自拱圈開挖面向外側溶洞引孔并插設錨固螺桿；使錨固螺桿與外部壓漿設備連通，壓漿形成錨固粘結體；在拱圈開挖面的底部鋪設與溶洞連通的隧道外置導水管，并使外置導水管與隧道排水溝連通。

（3）對隧道開挖巖土表面進行處理后，沿外側溶洞與隧道初襯的接縫面鋪設壓力分散板，并在壓力錨板與巖體接觸面設置漿固填充體；壓力分散板與洞周土體通過壓板錨筋連接牢固，壓力分散板鋪設完成后，立刻進行隧道襯砌施工施工，并使錨固螺桿錨入隧道初襯內，使壓力分散板與相接的鋼筋網片、隧道拱圈焊接連接。

2.2 特點分析

（1）富水隧道外側溶洞封堵結構在隧道外側溶洞內插設勁性鋼管及環向注漿管，通過環向注漿管向外側溶洞注漿形成溶洞密閉體，實現了隧道外側溶洞的快速封閉和整體性快速提升。

（2）富水隧道外側溶洞封堵結構在勁性鋼管外周設置了環向注漿管、內部設置了勁性筋板和，可改善外側溶洞的加筋效果。

（3）富水隧道外側溶洞封堵結構在外側溶洞與隧道初襯的接縫面設置了壓力分散板，可起到界面集中應力分散和加筋補強的作用，降低了溶洞填充體及外部圍堰在溶洞區域的集中應力。

（4）富水隧道外側溶洞封堵結構在外側溶洞與隧道排水溝之間鋪設了外置導水管，并使外置導水管與溶洞填充體連通，可實現后續溶洞內部水體的高效排除，降低了隧道襯砌結構發生滲水的概率。

3 溶洞區域控制性注漿施工

3.1 溶洞區域控制性注漿施工工藝流程圖

隧道外周溶洞區域控制性注漿施工流程參見圖3所示。

圖3 小導管徑向注漿工藝流程圖

圖4 小導管大樣圖

隧道外周溶洞區域注漿采用徑向雙液注漿工藝，雙液漿的水泥漿水灰比為1：1.375（質量比）、水泥漿和水玻璃比例為1:1（體積比）；超前注漿小導管（環向注漿導管）采用規格為φ42*4mm的熱軋無縫鋼管。

3.2 溶洞區域控制性注漿施工過程

（1）小導管制作

超前注漿小導管（環向注漿導管）采用外徑φ42mm，壁厚4mm的熱軋無縫鋼管,長度為6～10m。一端封閉并制成尖狀，在導管的前端設置長度為10cm的錐頭，管壁四周按間距15cm交錯設置直徑為φ8mm壓漿孔，距離尾部1m長度內不設壓漿孔。

（2）小導管安設

①超前注漿小導管（環向注漿導管）的鉆孔采用風鉆成孔，成孔施工完成后先清除孔內雜物，然后立刻將超前注漿小導管（環向注漿導管）插入孔內，以防止塌孔。

②小導管沿上初期支護垂直插入。

③封堵導管周圍及孔口。

④插入小導管之后，管端外露10cm，并與外部注漿管路連通。

（3）注漿漿液配制、攪拌

①雙液漿在現場使用攪拌機進行拌和，并嚴格控制水泥漿的水灰比、水泥漿和水玻璃的比例，并根據工程地層情況和膠凝時間控制注漿時間。

②在注漿漿液制備過程中，應設置專門的濾網，防止外部雜物進入；同時應對拌合用水的性能進行測試，避免采用不合規水體拌合。

（4）注漿

現場注漿施工按照：由上至下、由拱頂至拱腳、由大里程向小里程方向進行注漿。壓漿過程中要控制壓力，超前注漿小導管（環向注漿導管）注漿壓力為1～2MPa，注漿過程中應注意注漿壓力的變化，當注漿壓力達到3MPa,進漿量小于20L/min時，可終止注漿。

3.3 溶洞區域控制性注漿施工注意事項

（1）現場進漿速度控制在20～30L/min以內，開始時可適當加大進漿速度。

（2）當現場注漿壓力突然升高時，應先減小進漿量，然后對注漿管路、機械及注漿材料配比進行復核，必要時可對漿液材料配比進行調整優化。

（3）現場注漿施工前，應對注漿機械、管路及接頭、超前注漿小導管（環向注漿導管）的性能進行復核，確保管路暢通、接頭密閉。

（4）當單孔注漿過大時，可適當減小水灰比或增加水玻璃用量；亦可采用二次壓力注漿的方式提升注漿材料的密實性。

4 結論

受諸多不確定性因素影響，富水隧道外側溶洞的處理措施一直是工程施工控制的難點。文章針對富水隧道外側溶洞封堵施工的難點問題，進行了有針對性的技術研究，得到了以下結論：

（1）基于依托工程實際，闡明了現場施工技術難題，提出了一種富水隧道外側溶洞封閉注漿結構，揭示了研究結構的受力特點，提升了洞周溶洞區域的封閉效果。

（2）結合現狀隧道洞周溶洞封閉施工的難點和提出的富水隧道外側溶洞封閉注漿結構特點，進行技術創新，形成了富水隧道外側溶洞封閉注漿施工技術，闡明了洞周注漿施工的過程和質量控制要點。