劉 黎

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司,成都 610031）

1 引言

巖溶現(xiàn)象在我國(guó)南方地區(qū)廣泛發(fā)育，主要涉及寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)、二疊紀(jì)、三疊紀(jì)等碳酸鹽巖地層[1]。隨著我國(guó)高速鐵路網(wǎng)的規(guī)劃，跨越巖溶地區(qū)的高速鐵路將會(huì)逐漸增多，同時(shí)遇到巖溶工程問(wèn)題也是無(wú)法避免的，特別是修建隧道工程時(shí)，巖溶問(wèn)題往往是威脅隧道建設(shè)、地下工程建設(shè)安全的重要因素之一[2-4]。巖溶洞穴按照洞內(nèi)充填物的狀態(tài)和形式，可分為非充填型溶洞和充填型溶洞。非充填型溶洞基本是溶洞壁裸露，洞中地下水較少且沉積物較少，該類(lèi)型較容易處治且對(duì)隧道施工安全影響較??；而充填型溶洞是指整個(gè)溶洞大部分被沉積物或地下水充填，由于溶洞內(nèi)部物質(zhì)的不穩(wěn)定性，通常導(dǎo)致隧道施工過(guò)程中的力學(xué)狀態(tài)不穩(wěn)定，若溶洞中充填粉細(xì)砂或泥質(zhì)物質(zhì)時(shí)，易在隧道開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生突發(fā)性突水及涌泥現(xiàn)象，對(duì)隧道工程施工安全影響極大，且處治難度大，工程代價(jià)高，例如：渝懷[5-7]、宜萬(wàn)[8-9]、黔昆[10]、南昆[11]等鐵路線(xiàn)都發(fā)生充填型溶洞突水涌泥等事故，威脅隧道施工安全。因此，對(duì)于穿越充填型巖溶的隧道工程，如何處治該類(lèi)型溶洞關(guān)乎于工程的成敗。本文以我國(guó)西南山區(qū)的云桂高速鐵路的石林隧道作為充填型巖溶洞穴的典型工點(diǎn)，分析了充填型巖溶的危害性及一般處理原則，探討了該類(lèi)型巖溶的處治方法，為今后我國(guó)類(lèi)似巖溶處治提供一定的借鑒意義。

2 工程概況

石林隧道處于滇東南石林期剝夷面巖溶地貌區(qū)，隧道埋深約為105 m，主要穿越泥盆系中統(tǒng)曲靖組（D2q）石灰?guī)r，呈中厚層狀，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，為弱風(fēng)化狀態(tài)，且含水豐富，巖溶強(qiáng)烈發(fā)育。通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)發(fā)現(xiàn)，石林隧道里程DK658 + 920 ～ DK659 + 060段右側(cè)發(fā)育巖溶洞穴（圖1），該地段穿越第四系全新統(tǒng)溶洞充填物（Q4ca）黏土、泥盆系中統(tǒng)曲靖組（D2q）石灰?guī)r及斷層角礫（Fbr）。巖溶洞穴中充填的黏土呈棕紅～褐黃色，軟塑狀態(tài)，其黏性較強(qiáng)，同時(shí)含有灰?guī)r質(zhì)碎塊石充填于溶洞內(nèi)。該地段在隧道施工中未見(jiàn)地下水發(fā)育，且該地段處于垂直滲流帶～季節(jié)變動(dòng)帶，雨季以“過(guò)路水”為主運(yùn)動(dòng)方向以垂直運(yùn)動(dòng)為主。由于該地段穿越充填型溶洞，且充填大量軟塑紅黏土，在隧道施工過(guò)程中主要出現(xiàn)2次涌泥過(guò)程，現(xiàn)場(chǎng)涌泥量約2500m3，涌泥體坡腳至DK658+950m，具體闡述如下：

（1）第一次涌泥：DK658+981～ +976 m段右側(cè)拱部出現(xiàn)大量紅黏土涌出，并有塊石不斷掉落，致使該段的初期支護(hù)鋼架被巨大推力推垮，鋼架掉落至溶洞充填物（涌泥）之上，同時(shí)涌泥侵入整個(gè)隧道斷面，縱向長(zhǎng)度約10m，涌泥量約680m3。

（2）在第一次涌泥過(guò)后10小時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)涌泥災(zāi)害持續(xù)擴(kuò)大，掌子面被全部封堵，涌泥坡腳至DK658+958 m，涌泥縱向長(zhǎng)度約18m，涌泥量約1200m3。

（3）第二次涌泥：掌子面再次出現(xiàn)涌泥情況，涌泥為塑狀黏土，整個(gè)隧道斷面被向前推動(dòng)，縱向長(zhǎng)度約8m，涌泥量約700m3。

3 充填型巖溶隧道的處理原則與方法

對(duì)于巖溶隧道必須查明隧道工程線(xiàn)路穿越或受影響的巖溶洞穴的分布范圍、發(fā)育程度、充填物質(zhì)類(lèi)型、影響距離及地下水滲流情況。巖溶的治理必須遵循“以疏為主、堵排結(jié)合、經(jīng)濟(jì)合理、綜合治理、不留后患”的原則進(jìn)行處理，在處治過(guò)程中必須盡量減少巖溶水徑流路徑，防止巖溶水對(duì)隧道襯砌產(chǎn)生高壓環(huán)境而使隧道襯砌開(kāi)裂或受到損毀，同時(shí)在施工過(guò)程中需要堅(jiān)持“早預(yù)報(bào)、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、緊襯砌、勤量測(cè)”的原則采取多種綜合方案處治巖溶區(qū)，以便隧道安全經(jīng)濟(jì)的通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)。

對(duì)于隧道穿越充填型溶洞的處理，一般情況需考慮洞穴的大小、規(guī)模、圍巖穩(wěn)定性、地下水水量、充填物物理性質(zhì)狀態(tài)等情況，主要可采取跨越、加固、清除充填物并回填夯實(shí)、注漿加固、地下水疏排等綜合措施，其主要需考慮以下幾點(diǎn)要求：

（1）對(duì)于充填型溶洞，需探明充填物的類(lèi)型、物理性質(zhì)狀態(tài)，了解充填物是否會(huì)形成突水涌泥等事故災(zāi)害，若必須穿越軟弱性充填物溶洞，需利用注漿技術(shù)防止洞穴巖壁或洞頂坍塌?？蓪⒊涮钗锿诔⒊涮罘€(wěn)定性較好的塊石或用注漿技術(shù)加固洞穴充填物的物理力學(xué)性質(zhì)。

（2）若有地下水滲流進(jìn)入充填型溶洞，則需采用泄水洞或迂回導(dǎo)洞等技術(shù)將地下水排泄，同時(shí)疏排地下水，禁止堵塞地下水通道，防止地下水高水壓對(duì)隧道襯砌產(chǎn)生壓裂或破壞作用。

（3）根據(jù)充填型溶洞的大小、規(guī)模和與隧道的相對(duì)位置，選擇跨越、邊墻加固、大管棚注漿支護(hù)措施等治理措施。

4 隧道巖溶具體整治措施

根據(jù)前述石林隧道的充填型巖溶的充填物的物理狀態(tài)、涌泥的規(guī)模，確定涌泥整治的步驟為：確保安全的前提下，對(duì)涌泥體坡腳采用砂袋碼砌，噴砼封閉涌泥體坡面，清理部分上部涌泥體值接近掌子面，建立施工平臺(tái)，進(jìn)行橫向加固右邊溶洞，并采用縱向大管棚注漿技術(shù)通過(guò)充填型巖溶區(qū)。

4.1 邊墻及右邊溶洞加固處理

在溶洞右側(cè)設(shè)置導(dǎo)洞，在導(dǎo)洞左側(cè)拱腰位置向正洞方向施作φ108橫向大管棚（圖2），管棚施工仰角20°，從導(dǎo)洞左側(cè)拱腰至隧道中線(xiàn)拱頂以上約2m的施工范圍，管棚的施工長(zhǎng)度為34m，嵌入基巖深度不小于3m，管棚縱向間距40cm，管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，并采用1:1水泥砂漿注漿加固，注漿壓力0.5～1.0MPa，同時(shí)施工過(guò)程中必須根據(jù)鉆進(jìn)記錄優(yōu)化調(diào)整管棚的施作長(zhǎng)度及施作范圍。利用形成的橫向大管棚，利進(jìn)行橫向注漿加固隧道右側(cè)邊墻的溶洞，此時(shí)導(dǎo)洞左邊墻向正洞呈輻射狀施作5排φ75鉆孔對(duì)溶洞充填物采用1:1水泥砂漿進(jìn)行注漿加固，注漿方式采用后退式注漿，注漿壓力0.5～1.0MPa。施作長(zhǎng)度為導(dǎo)洞邊墻至隧道右側(cè)開(kāi)挖輪廓線(xiàn)，豎向間距45cm，縱向間距80cm。為保證鉆孔成孔效果，位于溶洞范圍內(nèi)鉆孔采用φ75鋼花管跟管鉆進(jìn)。

4.2 對(duì)涌泥的反壓減載

對(duì)涌泥體坡腳采用砂袋碼砌，噴10cm厚的C25混凝土封閉涌泥體坡面，同時(shí)對(duì)涌泥體進(jìn)行分段分部清除，每次清除縱向長(zhǎng)度不宜大于2.0m，并噴10cm厚度的C25混凝土臨時(shí)封閉坡面，對(duì)涌泥達(dá)到反壓減載的作用。當(dāng)涌泥清除至溶洞范圍內(nèi)時(shí)，在涌泥上搭建施工平臺(tái)，形成上臺(tái)階作業(yè)條件。

4.3 縱向大管棚注漿處理

對(duì)橫向大管棚進(jìn)行注漿加固之后，對(duì)隧道右側(cè)溶洞進(jìn)行邊墻封堵工作，同時(shí)利用封堵墻作為導(dǎo)向墻在溶洞范圍內(nèi)施作φ108大管棚，設(shè)置環(huán)向間距為40cm，長(zhǎng)度為40m，且嵌入基巖不小于5m，注漿采用1:1水泥砂漿，注漿壓力0.5～1.0MPa，以達(dá)到對(duì)隧道頂部和側(cè)邊巖溶加固處理。此時(shí)清除涌泥，在隧道拱部位置需設(shè)置環(huán)向間距0.4m，每環(huán)38根，長(zhǎng)度為4.5m的φ42的超前小導(dǎo)管，通過(guò)壓入1:1的水泥砂漿來(lái)環(huán)向加固充填巖溶區(qū)。

在整個(gè)施工過(guò)程中，需根據(jù)監(jiān)控量測(cè)的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整初期支護(hù)參數(shù)，當(dāng)累計(jì)變形量達(dá)到10cm或變形速率發(fā)生較大突變或初期支護(hù)因變形出現(xiàn)噴砼剝落、鋼架扭曲及剪斷等或其它影響施工安全的跡象時(shí)，應(yīng)采取初期支護(hù)的補(bǔ)強(qiáng)措施。

5 結(jié)論

（1）隧道巖溶是隧道工程中的不良地質(zhì)現(xiàn)象，特別是充填型巖溶對(duì)隧道施工和安全通過(guò)巖溶地區(qū)具有極大的威脅性，必須因地制宜的對(duì)充填型巖溶中的充填物進(jìn)行加固之后再對(duì)隧道邊墻與襯砌進(jìn)行加固處理，便于安全穿越巖溶洞穴。

（2）充填型巖溶中充填物物理力學(xué)指標(biāo)極低，開(kāi)挖施工揭露時(shí)通常會(huì)產(chǎn)生涌泥現(xiàn)象，為確保后續(xù)施工順利進(jìn)行，必須對(duì)涌泥進(jìn)行加固。

（3）實(shí)踐證明，在隧道側(cè)面開(kāi)挖導(dǎo)洞，利用橫向大管棚注漿技術(shù)加固巖溶洞穴，之后進(jìn)行縱向大管棚注漿加固和環(huán)向大外插角小導(dǎo)管注漿處理來(lái)加固隧道，以便安全的穿越充填型溶洞是可行的，為類(lèi)似工程可以提供一定技術(shù)處理措施的參考。

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