陳延安 閆明超

巖溶是地表水和地下水經(jīng)過不斷補給、徑流、滲透和循環(huán)對可溶性巖層進行化學溶解作用和機械破壞作用的產(chǎn)物。巖溶在隧道施工中經(jīng)常遇到，尤其在地下水發(fā)育地段，巖溶水容易導致掌子面涌水、突泥，圍巖及支護結構變形、開裂及坍塌等病害，影響施工進度，危及施工安全，破壞周圍環(huán)境。因此，掌握巖溶的處治技術是保證隧道施工安全的一個重要方面。巖溶處理應遵循“以疏為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理”的原則。

1 概述

新建渝利鐵路余家隧道位于湖北省利川市境內(nèi)，隧道全長3491 m;隧道洞身穿越齊耀山脈，全隧可溶巖長3441 m，占隧道全長的98%。隧道自2009年4月打開洞門，分進、出口兩個工區(qū)組織施工;于2010年12月順利實現(xiàn)貫通，掘進施工歷時20個月。

2 巖溶隧道施工難點

隧址區(qū)內(nèi)需穿越許多的特大富水隱伏溶腔、巖溶峽谷、煤層、溶縫、落水洞、斷層破碎帶、地下暗河和山中暗湖等特殊地質(zhì)構造帶，施工地質(zhì)十分復雜，不可預見性因素多，被鐵道部列為高度風險隧道。

該隧道的主要技術難點有:1)巖溶發(fā)育情況的準確預報;2)全隧溶洞(暗河)數(shù)目眾多——共開挖揭示55個，其中大型溶洞、暗河通道6個(條);3)隧道巖溶及地下水整治;4)巖溶隧道風險管理技術。

3 巖溶處理技術

巖溶隧道施工時，根據(jù)設計文件有關資料和現(xiàn)場綜合超前地質(zhì)預報成果，首先，應盡可能多的查明巖溶類型、分布情況，巖層的穩(wěn)定程度和地下水流情況，然后按照巖溶對隧道的影響程度和現(xiàn)有施工條件，制定出實際可行的工程治理措施。本工程在巖溶施工中成功應用了以下處理技術。

3.1 無水型裂隙

對于無水型巖溶裂隙采用混凝土或水泥砂漿回填，并于裂隙發(fā)育范圍架設鋼架支撐加強支護。

3.2 有充填物及充水型裂隙

根據(jù)開挖揭示情況采用φ42小導管進行徑向注漿，采用鋼架支撐，并及時施作二次襯砌。方案如下:

1)超前探水未揭示而開挖后暴露的涌水巖溶裂隙的止水處理。a.處理涌水時，在出水口附近采用手持式風鉆、φ50鉆頭，鉆2個～4個以減小涌水流量和壓力為目的的分流孔，安設孔口管。涌水壓力及流量較大時，可視具體情況增設1個～2個分流孔，分流孔應在一定深度(3 m～10m)處與溶洞或溶隙交匯。b.注漿材料采用水泥漿，水灰比 1∶1～1∶0.6，注漿終壓:P［水壓］+1.5mPa。

2)超前探水遇溶縫、溶槽涌水的處理。a.涌水量及涌水壓力不大時(＜0.5mPa)，使用孔口安裝止?jié){塞直接利用探水孔進行注漿，若涌水量及壓力較大(＞0.5mPa)，則在出水孔口處2 m～4 m范圍內(nèi)鉆1個～2個分流孔，以減小涌水壓力，有利于注漿。探水孔和分流孔均作為注漿孔。注漿終壓:P［水壓］+1.5mPa。b.若孔口段巖石破碎，應安設孔口管，孔口管安設前先用麻絲棉紗等纏繞孔口管，然后打入注漿孔，孔口與巖壁之間用膨脹快硬水泥堵塞，然后注漿，注漿完畢后，封堵孔口。

3)開挖前探測有局部富水，或開挖后局部點以管道流或裂隙形式出水處理。a.處理方法:采用局部注漿予以封堵。b.注漿參數(shù):注漿孔孔口間距1 m～1.5m，根據(jù)現(xiàn)場情況可適當調(diào)整;單孔擴散半徑2 m，注漿孔與出水裂隙面盡量大角度相交;注漿壓力大于0.5mPa即可。

3.3 無充填或半充填型巖溶洞穴

1)巖溶洞穴位于隧道拱部和邊墻位置。增設排水系統(tǒng)后，可采用噴射混凝土回填或在初期支護完成后采用水泥漿回填，如位置位于拱頂位置增設緩沖層。2)對于邊墻部位，經(jīng)分析判斷，可采用漿砌片石回填，回填厚度為3 m～5m，并做好排水系統(tǒng)。3)基底發(fā)育的小型無填充巖溶處理。a.當發(fā)育深度小于5m時，采用混凝土回填。b.當發(fā)育深度大于5m時，采用棄碴等回填基底5m范圍以下部分，夯實，并保證滿足承載力及沉降要求;隧道基底以下5m采用混凝土回填。4)巖溶洞穴位于隧道基底位置可采用混凝土回填密實。

3.4 小型充填型巖溶洞穴

1)當巖溶洞穴填充物以靜儲量為主時，開挖揭示后，對隧道開挖輪廓線外5m范圍內(nèi)巖溶管道進行錨網(wǎng)噴防護，并采取鋼架支護;開挖3 m～5m范圍采用漿砌片石回填，排水盲管直接連接至隧道排水水溝。

2)當無法確定補給水量的填充型巖溶洞穴時，拱墻采用超前局部注漿加固并在巖溶管道部位采取超前大管棚支護;基底采用φ42～φ108鋼花管注漿加固，測試水壓的大小，確定二次襯砌結構形式。

3.5 小型隱伏型巖溶洞穴

隧道施工過程中應采用地質(zhì)雷達或淺孔鉆探，對隧道周邊5m～10m范圍進行隱伏巖溶探查，當探查揭示出隧道開挖輪廓線外5m～10m范圍內(nèi)存在隱伏巖溶洞穴時，視充填及地下水發(fā)育情況采取局部注漿措施，對隱伏巖溶進行注漿回填或注漿固結。

3.6 大型干溶洞

對于大型干溶洞的處理方案共有七種，見表1。

表1 大型干溶洞處理方案

3.7 大型充填型溶洞處理方案

大型溶洞處理需要依照巖溶發(fā)育情況，在充分調(diào)查清楚巖溶空間形態(tài)、與隧道的位置關系、充填物成分及地下水發(fā)育情況后根據(jù)其特點，可做如下處理:

1)預注漿加固:全斷面超前預注漿加固、地表預注漿加固、拱部及邊墻徑向注漿加固。

2)基底加固:基底鋼管群樁加固、基底高壓旋噴樁加固。

3)超前大管棚支護。

4 巖溶隧道施工的幾點建議

1)隧道通過可溶巖地段，必須本著“長短結合、物探與鉆探相結合，多種物探結果相互印證”的原則施作綜合超前地質(zhì)預報，進行地質(zhì)預測。根據(jù)預報結果及時修正施工方案。2)隧道通過可溶巖地段，施工中若揭示溶洞、溶槽，應加強安全防護措施，并查明其性質(zhì)、形態(tài)及與隧道的關系，不得隨意回填，并應及時提出動態(tài)設計建議，以便處理。3)施工前，應針對隧道工程特點制定施工風險管理方案，對參建人員進行各項安全生產(chǎn)作業(yè)培訓，開展涌水、突泥應急處理和事故搶險演練，參建人員必須經(jīng)考核合格方可上崗。4)巖溶隧道施工中，洞內(nèi)必須配備逃生工具，逃生工具包括逃生車輛、救生衣、救生爬梯等。5)施工中應加強對突水、突泥現(xiàn)象征兆的監(jiān)測，當預測有突水、突泥征兆時，應及時組織相關工區(qū)人員及機械設備撤離。

5 結論與體會

1)巖溶處理應本著“以疏為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理”的原則。處理方案應建立在對溶洞空間形態(tài)、填充物組成成分、地下水補給方式及雨季最大流量的基礎上制訂，確保隧道施工和運營安全。2)應用多種超前地質(zhì)預報方法相互印證，預報前方巖溶、地下水發(fā)育情況對施工安全非常重要。目前，可以采用常規(guī)地質(zhì)素描法，鉆探法，物探等手段對掌子面前方和周圍巖溶的大小、規(guī)模、發(fā)育、充填等情況進行綜合預測、預報，但單一一種預報手段很難準確判定隧道前方巖溶發(fā)育情況，需要我們對多種預報方法所得到的結果進行綜合分析，再使用超前鉆探這種最直觀、有效的方法進行驗證的方式效果很佳。3)巖溶處理應調(diào)查清楚地下水的補給形式，盡量避開雨季和暴雨天氣?？菟竟?jié)及地表上凍的冬季，是溶洞處理的較佳時機。4)對溶洞進行封堵時，一定要認真測定溶洞的水量、水壓，正確判定水流方向，并對涌出物、化學元素進行分析，以便合理選擇注漿方式、材料、參數(shù)、工藝、設備。5)對于巖溶隧道施工，嚴格按照施工流程來執(zhí)行。

6 結語

通過施工對巖溶發(fā)育規(guī)律的不斷認識，可以找到不同巖溶類型最有效的整治方案，從而及時、有效的對巖溶進行整治，用科學的態(tài)度去對待巖溶隧道的施工，就可以取得隧道施工的主動權。

［1］吳治生，付伯森.南嶺隧道巖溶注漿概況及經(jīng)驗教訓［J］.鐵道工程學報，1989(2):168-176.

［2］鐵路工程設計技術手冊.隧道(修訂版)［M］.北京:中國鐵道出版社，1999.

［3］鐵道部第二勘測設計院.鐵路工程設計技術手冊:隧道［M］.北京:中國鐵道出版社，1999:426-427.

［4］李治國.隧道巖溶處理技術［J］.鐵道工程學報，2002(2):61-67.

［5］臧應雨，董祥均.隧道軟弱圍巖處理技術探討［J］.山西建筑，2009，35(29):288-289.