鐵路隧道隱伏巖溶段施工處理技術(shù)研究

楊志峰

（中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，安徽 安慶 246000）

巖溶是一種特殊的地質(zhì)現(xiàn)象，又稱為喀斯特，是在地表水和地下水的共同作用下，經(jīng)過化學(xué)侵蝕、物理侵蝕和長(zhǎng)期可溶性巖沉積形成的。巖溶會(huì)對(duì)周圍隧道等建筑構(gòu)成嚴(yán)重威脅，尤其是在長(zhǎng)時(shí)間的作用下，會(huì)導(dǎo)致隧道建筑質(zhì)量下降，進(jìn)而影響列車的行車安全。我國(guó)幅員遼闊，地形地貌十分復(fù)雜，因此，在鐵路工程中經(jīng)常會(huì)遇到巖溶斷面，為鐵路施工帶來了較大挑戰(zhàn)，而確保巖溶斷面施工質(zhì)量則成為處理巖溶段的關(guān)鍵。具體來看，如果巖溶段出現(xiàn)在鐵路隧道上方及兩側(cè)，處理難度較小；如果巖溶段位于鐵路隧道下方，處理難度則較大，需要結(jié)合巖溶段的具體特征來選擇最為科學(xué)、合理的處理技術(shù)，以保證隧道施工質(zhì)量。

1 巖溶洞穴處理技術(shù)

1.1 巖溶位于隧道頂部

當(dāng)巖溶位于隧道頂部時(shí)，可采取回填法、護(hù)拱+緩沖層法、護(hù)拱+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)法、立柱支頂?shù)确椒ǎ@些方法都可以達(dá)到處理隧道頂部巖溶問題的目的，但不同方法有不同的特性，其應(yīng)用范圍也不盡相同。

1.1.1 回填法

回填法適用于溶洞向拱頂以上發(fā)育，且規(guī)模較小、無(wú)水的空腔，或者半充填型溶洞，可以通過回填材料，如碎石、砂土等，充實(shí)溶洞空間，提高隧道頂部的穩(wěn)定性。

1.1.2 護(hù)拱+緩沖層法

護(hù)拱+緩沖層法適用于溶洞向拱頂以上發(fā)育、規(guī)模較小或溶洞盡管向上發(fā)育較高但寬度很窄的情況。該方法需要在隧道頂部設(shè)置護(hù)拱結(jié)構(gòu)，并在護(hù)拱與溶洞之間設(shè)置緩沖層，如鋼筋混凝土板等，以分散荷載，減緩溶洞對(duì)隧道的影響。

1.1.3 護(hù)拱+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)法

護(hù)拱+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)法綜合了護(hù)拱的承載作用、緩沖層的緩沖作用和噴錨網(wǎng)防護(hù)的加固作用，能夠有效處理位于隧道頂部的巖溶問題，較適用于巖性較差、強(qiáng)度較低、易于風(fēng)化的巖石邊坡，或雖為堅(jiān)硬巖層但風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理發(fā)育的邊坡。

1.1.4 立柱支頂法

立柱支頂法是在隧道頂部設(shè)置立柱，通過立柱的支撐作用，將隧道頂部的荷載傳遞到更穩(wěn)定的地層或基巖上。立柱一般采用鋼筋混凝土材料，具有較高的承載能力和穩(wěn)定性。隧道頂部存在溶洞和空腔時(shí)，可以采用立柱支頂法進(jìn)行加固。但從整體上來看，該方法適用于溶洞縱向發(fā)育范圍較大、且溶洞頂部發(fā)育在隧道拱頂以上10m 范圍內(nèi)的情況。如果溶洞較大或荷載較大，可能需要結(jié)合其他方法進(jìn)行綜合治理。

1.2 巖溶位于隧道底部

當(dāng)巖溶位于隧道底部時(shí)，處理起來相對(duì)復(fù)雜。根據(jù)溶洞的大小、位置和充填物特性，可以采用換填法、注漿加固法、樁基法、板/梁跨越法等，不同方法有不同的特征，其應(yīng)用范圍也不盡相同。

1.2.1 換填法

換填法是將基礎(chǔ)下一定深度的土層挖去，然后回填強(qiáng)度較高的砂、碎石或灰土等，并夯至密實(shí)的一種地基處理方法，適用于溶洞較小且充填物較軟的情況。此時(shí)，可以先清除充填物，然后用強(qiáng)度較高的材料，如混凝土進(jìn)行換填，保證隧道底部的穩(wěn)定性。

1.2.2 注漿加固法

注漿加固法是通過注入特定的漿液材料，使其滲透到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂縫和空隙中，填充并固化，從而增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。在巖溶位于隧道底部時(shí)，對(duì)于溶洞稍大或充填物不穩(wěn)定的情況，可以采用注漿加固法。

1.2.3 樁基法

樁基法是在隧道底部打入或鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，將隧道荷載通過樁基礎(chǔ)傳遞到下方更穩(wěn)定、承載能力更強(qiáng)的地層中。當(dāng)溶洞規(guī)模較大、跨度較寬時(shí)，可以在隧道底部設(shè)置樁基，將隧道荷載通過樁基傳到下方穩(wěn)定地層上，以保證隧道安全。

1.2.4 板/梁跨越法

板/梁跨越法是在溶洞上方架設(shè)鋼筋混凝土板或鋼梁，將隧道荷載通過板/梁傳遞到兩側(cè)的支撐結(jié)構(gòu)上，從而避開溶洞區(qū)域，保證隧道穩(wěn)定。在隧道底部存在較大溶洞或不良地質(zhì)體時(shí)，為保證隧道穩(wěn)定和安全，可以采用板/梁跨越法進(jìn)行加固。但需要注意的是，在采用板/梁跨越法時(shí)，需要進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘察和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以保證板/梁位置、尺寸和支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.3 巖溶位于隧道側(cè)面

當(dāng)巖溶位于隧道側(cè)面時(shí)，可以采用局部加固法、錨桿加固法、側(cè)向支撐法等處理巖溶，需要結(jié)合溶洞的具體大小和位置來選擇最為合適的處理方法。

1.3.1 局部加固法

局部加固法是通過增加或加固特定部位結(jié)構(gòu)，以提高其承載能力和穩(wěn)定性的方法。對(duì)于規(guī)模較小、深度較淺的溶洞，可以在隧道側(cè)壁局部進(jìn)行加固處理，通過局部開挖，清除溶洞內(nèi)的松軟物質(zhì)，再用混凝土或鋼筋混凝土進(jìn)行局部襯砌加固。

1.3.2 錨桿加固法

錨桿加固法是在隧道側(cè)壁上鉆孔，并在孔內(nèi)安裝錨桿。這些錨桿通常由高強(qiáng)度鋼材制成，具有很高的抗拉強(qiáng)度。安裝錨桿后，通常會(huì)注入漿液，如水泥砂漿，使錨桿與周圍巖體緊密結(jié)合，形成一個(gè)整體。對(duì)于較大的溶洞或需要提高整體穩(wěn)定性的情況，可以采用錨桿加固法，提高側(cè)壁的抗拉能力和整體性，防止溶洞進(jìn)一步發(fā)育和破壞。

1.3.3 側(cè)向支撐法

當(dāng)隧道側(cè)面存在巖溶空洞或不良地質(zhì)體時(shí)，可以采用側(cè)向支撐法提供額外的側(cè)向支撐來增強(qiáng)隧道的穩(wěn)定性。側(cè)向支撐法較適用于溶洞較大、較深且側(cè)壁穩(wěn)定性較差的情況，通過在隧道側(cè)壁附近施加側(cè)向支撐結(jié)構(gòu)，如鋼筋混凝土墻或鋼支撐，將側(cè)壁荷載傳遞到支撐結(jié)構(gòu)上，以保證隧道的穩(wěn)定性和安全性。

2 隧道巖溶段地下水處理技術(shù)

隧道巖溶段地下水處理技術(shù)是一個(gè)綜合性的過程，包括超前預(yù)測(cè)、暗溝處理、側(cè)溝處理等。

2.1 超前預(yù)測(cè)

在處理巖溶段時(shí)，為避免出現(xiàn)涌泥等問題，需要采取地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)法、超前水平鉆孔法、紅外探水法等來探測(cè)前方可能遇到的不良地質(zhì)條件。通常都是采取不同的預(yù)測(cè)方法組合進(jìn)行，以達(dá)到最佳的處理效果，為處理巖溶地下水提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐。

2.2 暗溝處理

為避免鐵路建成后出現(xiàn)底部水流路徑堵塞情況，需要對(duì)暗溝進(jìn)行處理。通常是在隧道底部修建中央排水溝，讓巖溶中的水可以順利排出。具體的施工流程為：首先，清理暗溝內(nèi)的雜物和淤泥，確保暗溝暢通。其次，如果暗溝存在破損或不穩(wěn)定的情況，需要進(jìn)行加固處理，如采用鋼筋網(wǎng)噴射混凝土等方式，提高其穩(wěn)定性和承載能力。再次，對(duì)存在滲漏水的暗溝進(jìn)行防水處理，可以使用防水涂料、防水卷材等進(jìn)行防水處理，防止地下水滲入暗溝。最后，在隧道底部修建中央排水溝，以有效排出地下水。暗溝處理巖溶如圖1 所示。

圖1 暗溝處理巖溶示意圖

2.3 側(cè)溝處理

為了最大限度地保證溶洞中的水流順利流出，應(yīng)在處理巖溶時(shí)設(shè)置側(cè)溝，鋪設(shè)橫向、縱向水管，并連接起來，以便排出巖溶中的水流。設(shè)置側(cè)溝的過程中，首先，清理側(cè)溝內(nèi)的雜物和淤泥，保持側(cè)溝暢通，可以用鏟子和其他工具進(jìn)行人工清理，將溝內(nèi)的雜草、淤塞物等清除干凈。其次，為了保證側(cè)溝穩(wěn)定，可以通過增加支撐結(jié)構(gòu)，如鋼筋混凝土墻或鋼支撐，加固側(cè)壁，提高側(cè)溝的穩(wěn)定性和承載能力。

3 洞室處理技術(shù)

巖溶洞室的處理結(jié)果將直接影響隧道工程質(zhì)量。因此，為保證巖溶段處理效果，在處理巖溶洞室時(shí)，施工人員需要選擇科學(xué)、合理的方法。常用的方法有支撐墻加固處理技術(shù)、挖孔樁支頂加固技術(shù)、棧橋跨越技術(shù)等。

3.1 支撐墻加固處理技術(shù)

在進(jìn)行支撐墻加固處理時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)評(píng)估和設(shè)計(jì)，確定合適的加固方案。施工過程中，要嚴(yán)格遵守施工規(guī)范，保證加固材料質(zhì)量和施工精度，并在加固后進(jìn)行驗(yàn)收和檢測(cè)，確保加固效果符合設(shè)計(jì)要求，保證結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定。具體的處理流程為：清除填充物，對(duì)溶洞頂板進(jìn)行支頂加固，如果底部有水流，需要考慮增加涵洞，以便將溶洞中的水排出。為最大限度保證支撐墻的加固效果，需要在隧道邊墻上預(yù)留檢查用的孔道，以便后期維修檢查。溶洞洞室支撐墻加固處理如圖2 所示。

圖2 支撐墻加固處理示意圖

3.2 挖孔樁支頂加固技術(shù)

針對(duì)深度較深的溶洞，可以采用挖孔樁支頂加固技術(shù)進(jìn)行加固。在施工過程中，應(yīng)先清理挖孔樁頂部的雜物和松散土壤，確保支頂結(jié)構(gòu)緊密貼合在樁頂上；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在挖孔樁頂部施加支頂結(jié)構(gòu)。將樁底面嵌入基巖中，再將樁頂鋼筋插到混凝土底板中，和底板形成一個(gè)整體。

3.3 棧橋跨越技術(shù)

棧橋跨越技術(shù)是一種在特定地形或水域上搭建棧橋以實(shí)現(xiàn)通行或連接的技術(shù)。這種技術(shù)通常需要根據(jù)具體地質(zhì)條件、水文情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工。在隧道巖溶洞室采用棧橋跨越處理技術(shù)時(shí)，底板選用鋼筋混凝土板梁，以達(dá)到對(duì)隧道邊墻進(jìn)行良好承托的目的，支墩和懸臂橫梁上分別支撐托梁。具體施工如圖3 所示。

圖3 棧橋跨越施工示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過分析鐵路隧道隱伏巖溶段施工處理技術(shù)可以看出，巖溶處理技術(shù)多種多樣，需要在實(shí)際施工中，結(jié)合巖溶的具體情況和隧道建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)、合理地選擇施工技術(shù)，以保證巖溶處理質(zhì)量，確保后期列車安全運(yùn)行。