蔣 波

(四川省雅西高速公路有限責任公司, 四川成都 610047)

淺談隧道巖溶處理原則及措施

蔣 波

(四川省雅西高速公路有限責任公司, 四川成都 610047)

巖溶根據(jù)其發(fā)育強度，可分為強烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育四種。強烈發(fā)育巖溶(如：暗河、廊道及較大規(guī)模的溶洞)較容易勘測和預報。而對于后三類巖溶，由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強的特點，在目前的勘探手段及建設資金有限的情況下，給施工及建設管理帶來較多的困難。文章結(jié)合某高速公路工程實例，就A隧道出現(xiàn)的巖溶情況進行分析，總結(jié)出了中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育三種巖溶的一些處理原則和措施。

隧道; 巖溶; 溶洞; 處理措施

巖溶地貌在我國西南、中南地區(qū)較為普遍。巖溶地貌，是具有溶蝕力的水對可溶性巖石(大多為石灰?guī)r)進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱喀斯特地貌。除溶蝕作用以外，還包括流水的沖蝕、潛蝕以及坍陷等機械侵蝕過程?？扇苄詭r石有3類：①碳酸鹽類巖石(石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等)；②硫酸鹽類巖石(石膏、硬石膏和芒硝)；③鹵鹽類巖石(鉀、鈉、鎂鹽巖石等)。根據(jù)其發(fā)育強度，可分為強烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育四種。在巖溶強烈發(fā)育區(qū)，主要表現(xiàn)為暗河、廊道及較大規(guī)模的溶洞。這類巖溶地質(zhì)在地質(zhì)勘探時容易發(fā)現(xiàn)，并會引起施工及建設管理單位的高度重視，通常采取繞避、架橋等方式處理。另外三種發(fā)育強度的巖溶地貌更為普遍，多表現(xiàn)為溶蝕、中小型串球狀洞穴、單個小型洞穴等形態(tài)。對于巖溶區(qū)域，由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強的特點，在目前勘探手段及建設資金有限的情況下，給施工和建設管理帶來較多的困難。本文結(jié)合工程實例，就A隧道出現(xiàn)的巖溶地質(zhì)進行分析，總結(jié)出了中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育三種巖溶的一些處理原則和措施。

1 實例工程地質(zhì)概況

該隧道位于四川雅安境內(nèi)，主要工程地質(zhì)危害為巖溶，長度約1.1 km，約占整個隧道長度的55%。在地表可見較明顯的溶蝕空洞，巖溶問題是隧道施工階段的關(guān)鍵地質(zhì)問題。

根據(jù)地表調(diào)繪，在YK89+156R80 m～YK89+074R120 m范圍發(fā)育有溶洞，沿斜坡方向呈帶狀分布，頂板埋深1～3 m，屬淺表性溶洞；長度約4～7 m、寬度約2～6 m、高度約1～5 m，其內(nèi)無地表水及地下水出露，為干洞。隧道穿越段屬垂直滲流帶，富水條件較差，地下水總體較貧乏，鉆孔未揭露有溶隙水。隧道穿越段高出排泄基準面約100 m。

2 巖溶段對隧道開挖影響及處置措施分析

與地下水發(fā)育的巖溶不同，隧道開挖揭露溶洞時，遇見的主要施工危害不是涌突水，而是由于溶蝕充填形成的臨空面極不規(guī)則，且溶蝕孔壁穩(wěn)定性極低，當掌子面揭露或靠近溶蝕充填孔壁時產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題，會出現(xiàn)掌子面塌方，臨空面鑲嵌的白云巖塊石在震動下，穩(wěn)定性降低，失去穩(wěn)定，對人員安全和臺車設備造成危害。

由于巖溶段有一定危害，且?guī)r溶段與白云巖段接觸界限明顯，揭穿巖溶時具有一定的突然性，因此對巖溶段采取超前地質(zhì)預報，判斷巖溶段的地質(zhì)特征，是順利通過巖溶段的保證。主要步驟為，預先對巖溶段采用物探手段確定異常段，初步判定巖溶可能出現(xiàn)范圍，再通過超前鉆孔確定巖溶的充填特征。

巖溶段原設計為Ⅲ級圍巖，由于巖溶影響，整體穩(wěn)定程度下降，但并不是所有的溶蝕充填都采用統(tǒng)一的支護措施。根據(jù)不同的巖溶特征采用不同的支護形式。

3 處理措施

3.1 拱頂及側(cè)壁出現(xiàn)巖溶、溶洞時采取的處理措施

2008年9月26日A隧道右線施工到Y(jié)K88+332.22時，隧道右側(cè)出現(xiàn)溶蝕洞穴，其可見高度10 m、寬3～7 m、順隧道方向延伸，溶洞內(nèi)填充物為黏土夾石，溶穴壁穩(wěn)定性極差；通過TSP203進行超前預報，地質(zhì)雷達分別對拱頂、兩側(cè)邊墻、底板進行了探測。最后用水平鉆機在掌子面中間、拱頂、邊墻等部位共鉆取了4個孔，對以上幾種預報方法得出結(jié)果進行了分析和討論，在掌子面前方約30 m左右存在溶洞(圖1)。經(jīng)研討后的施工方案如下：

圖1 溶洞位于側(cè)壁及拱頂坍塌示意

(1)清理溶穴坍塌物；

(2)對清理后的溶穴壁進行加固(噴錨網(wǎng)支護)；

(3)隧道拱部90°范圍內(nèi)溶穴采取回填C20混凝土，再預留孔吹砂充填；

(4)溶洞位于隧道底部，其深度小于3 m時采用C20片石混凝土回填，深度大于3 m時由四方會審后，現(xiàn)場確定；

(5)本段內(nèi)洞身支護加強(工字鋼間距調(diào)整為0.7 m)；

(6)分三臺階開挖，采用短進尺、強支護繼續(xù)掘進；

(7)現(xiàn)場技術(shù)管理人員和安全員在掌子面值班,并做好每一循環(huán)的地質(zhì)素描、圍巖級別判定卡等記錄。

3.2 拱頂出現(xiàn)巖溶、溶洞，且造成坍塌時采取的處理措施

2008年11月13日凌晨5點，開挖工作面拱部出現(xiàn)坍塌(圖2)。具體情況如下：此段圍巖為白云巖，由于受一組小斷層群的影響，從K88+248開始出現(xiàn)圍巖破碎，并時常出現(xiàn)坍塌(導致拱頂出現(xiàn)3～4 m高的空洞)等現(xiàn)象，11月13日12時頂部圍巖突然坍塌，砸壞3榀拱架，并造成現(xiàn)在的工作面的危險局面：巨大巖塊(寬約7 m，長約8 m，厚約5 m)一端砸在初期支護上，另一端砸在掌子面上部溶洞的底板上，整體凌空掛在掌子面上方，十分危險。針對這種情況，由專家對現(xiàn)場進行考察并研討制定了相應的處置方案。

圖2 溶洞坍塌處示意

(1)從最后面一榀受擾動已經(jīng)開裂的鋼拱架處開始向后5 m范圍(K88+245～240)內(nèi)，立I18工字鋼拱架，間距50 cm，施作φ25中空注漿錨桿，間距@100×50 cm,錨桿長度L=5 m；

(2)將掌子面附近采用碎石土進行回填，初步形成在安全區(qū)下方有6 m長的平臺，平臺高度在拱頂下約2.5 m處；

(3)對所有加固段掛φ8鋼筋網(wǎng)，并噴C20混凝土；

(4)在能確保安全的(距工作面約5 m)地段，采用人工填筑一道頂部寬度不小于1 m的漿砌片石封閉工作面；

(5)在漿砌片石封閉工作面以前，預埋兩根φ150鋼管。鋼管的一端留在漿砌片石外邊；另一端設置在溶洞中隧道兩側(cè)的位置，此端管口的高度設置在高出隧道拱頂1 m處；

(6)采用泵送C20混凝土回填隧道兩側(cè)溶洞；

(7)施作雙層超前φ50×5注漿小導管，第一層外插角10°，第二層外插角60°，其他參數(shù)均為：導管長度5 m，環(huán)向間距50 cm，每1 m一個循環(huán)，注水泥漿和水玻璃雙液漿，水灰比0.7～1，注漿順序從下到上進行；

(8)采取微臺階開挖方式進行開挖和清除封堵，臺階長度2～3 m(具體長度以便于機械出渣為宜)。必要時采用環(huán)向?qū)Э臃绞介_挖；

(9)溶洞塌方區(qū)初期支護參數(shù)：①I18工字鋼拱架，拱架間距50 cm，仰拱成環(huán)；②其他按V級加強型參數(shù)執(zhí)行；

(10)拆除用于加固的護拱支護，對砸壞的三榀拱架以及其他變形已侵入二襯空間的鋼拱架進行換拱處理(拆除原有的初期支護，擴挖出足夠空間再重新施做初期支護)。

4 結(jié)論

4.1 處理原則

(1)對巖溶發(fā)育地段，首先應采取多種超前地質(zhì)預報手段相結(jié)合的方式(如：TSP超前地質(zhì)預報結(jié)合采用地質(zhì)雷達物探手段，必要時可用進行超前鉆孔手段進行輔助和驗證)，較為準確地定位出溶洞位置、大小，以便制定出下一步的施工處理措施；

(2)加強監(jiān)控量測，對于拱頂下沉、周邊收斂、初支變形以及溶腔體穩(wěn)定性、變化情況等應密切關(guān)注，以保證施工安全；

(3)對巖溶較為發(fā)育地段，必須將溶腔內(nèi)的大量松動、軟弱填充物清除。

4.2 處理措施

4.2.1 中等發(fā)育的巖溶

(1)拱部空溶洞：視其規(guī)模大小及穩(wěn)定性，可采取噴錨網(wǎng)支護加固溶腔體、增設護拱、回填混凝土、預留孔洞吹砂填充、加強拱部襯砌等措施；

(2)邊墻空溶洞：在邊墻空洞部位采取干砌片石、漿砌片石等措施；

(3)底部空溶洞：視其穩(wěn)定性，采取加強拱部襯砌、干砌片石、漿砌片石、鋼筋混凝土蓋板、樁基礎(chǔ)等措施。

4.2.2 弱發(fā)育、微弱發(fā)育的巖溶

若隧道拱部、邊墻或底部存在小型干溶洞或空腔體，內(nèi)部無水，無填充物，可用砂石料、漿砌片石、水泥砂漿、混凝土等將其填滿，必要時可少量注漿。

U455.49

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[定稿日期]2015-06-03