文/黃江濤

1 前言

近年來，隨著社會經濟發(fā)展和交通基礎設施建設的快速推進，南方山嶺地區(qū)的高速公路建設進入大規(guī)模發(fā)展時期。線路標準的提高導致展線逐步減少，并被長大隧道取代，使得隧道長度占線路總長比例明顯增加，在多山地區(qū)經常形成山區(qū)隧道群，遇到的施工地質條件也愈加復雜[1]。喀斯特山區(qū)地質情況復雜多變，而設計階段的地質勘查工作比較粗糙，往往在隧道掘進過程中才能發(fā)現各種不良地質情況。因不能提前了解隧道前方地質情況而未能及時采取相關預防措施，以至于施工中經常出現塌方、涌水、突泥等各種工程事故。不僅影響工程進度，增加工程造價，甚至可能會演變成嚴重施工安全事故。因此，對隧道施工中巖溶的發(fā)育情況及時準確地預報是保證施工安全，減少突水、突泥等災害事故的有效途徑。在巖溶發(fā)育山區(qū)，要實現安全施工，合理的處治溶洞。溶洞的位置、走向、大小等隧道施工條件，不僅僅受隧道斷面問題影響，還和所處的地質條件有著密切聯(lián)系。但受到工程建設工期、安全性等要求影響，對圍巖環(huán)境穩(wěn)定性要求很好，特別是掌子面。

為此，工程建設者可采用超前鉆探方式，通過最為直接的超前地質預報，來提高探測的質量效果。具體來說，就是利用設備經鉆孔鉆進速度來對巖芯進行觀察測試，進而獲取掌子面前方巖石強度、完整性以及可鉆性等指標數據。山區(qū)隧道群巖溶發(fā)育區(qū)施工危險性較高，想要安全施工，確保后期運營的質量，對溶洞的位置、大小、形狀、充填情況及其與隧道交匯關系的把握就非常關鍵，而超前地質鉆探是探測把握巖溶發(fā)育一系列情況最為有效的一種方法，因此在山區(qū)隧道群巖溶發(fā)育區(qū)施工中超前鉆探的施作就顯得尤為重要。

2 超前水平地質鉆機在隧道群中的施工技術

2.1 超前水平地質鉆機在巖溶發(fā)育隧道群中的施工方法

對于隧道施工建設所處的巖溶發(fā)育灰?guī)r地區(qū)，作業(yè)過程大概率會遭遇溶洞，這不僅增加了施工操作的危險性。一旦遭遇溶洞群是大規(guī)模形式，巖溶水豐富，將大幅增加涌水、突泥災害的發(fā)生。對現場作業(yè)的人員與設備將造成難以預計的損傷與危害。但受當前科學技術水平與造價工期等問題影響，對可能產生的問題進行勘察與處理是不現實的。為此，隧道施工建設者只能將地質調查法作為基礎，并綜合運用物探手段，來使超前水平鉆進的作業(yè)效果起到事半功倍的作用。

2.1.1 鉆孔布置

巖溶隧道的超前水平鉆探多在平導進行，將超前鉆探納入施工工序，每30m 一個循環(huán)，純鉆孔時間5～9h，輔助時間1～2h，干擾施工時間6～11h。對于經綜合物探測試指出的隧道正洞巖溶特別發(fā)育地段，鉆孔布置不少于6～9 個。

2.1.2 分析判斷及成果

主要根據鉆進時間和長度，計算鉆進速度，推斷圍巖軟硬情況；根據返回液的顏色、濃度，碴顆粒大小、成分、顏色、巖性等判斷圍巖的巖性、強度情況；根據卡鉆、跳鉆、坍孔情況判斷圍巖破碎、溶洞情況；根據鉆機油泵壓力、孔口水壓、流速、水量等推測水頭壓力、涌水量大??；根據鉆孔取芯可直觀了解圍巖節(jié)理、裂隙等發(fā)育狀況；根據鉆孔注水、充氣、漏水試驗，可以了解連通性。

2.2 超前水平地質鉆機在隧道圍巖優(yōu)化變更過程應用研究

賀州至巴馬高速公路，為達到隧道安全施工目標，采用具有超前地質預報與取芯功能的多功能鉆機，大幅強化了預報預警工作開展效率、效果。

都安至巴馬高速公路弄樓二號長度為1646m，最大埋深約291m，弄樓三號隧道長度為1538m，最大埋深約343m。施工過程中，該兩隧道部分洞段的實際圍巖級別與地勘成果不一致，共327 米，導致部分洞段的支護類型需要連續(xù)變更。為確保工程安全和質量，按工程項目的管理要求，在隧道施工階段需對支護類型變更洞段的圍巖進行檢測，并對圍巖級別重新進行詳細劃分。

通過鉆探法查明隧道圍巖的不良地質、在鉆孔內測試圍巖巖體的彈性縱波速度、取巖石芯樣作巖體RQD*值統(tǒng)計、截取巖石芯樣進行室內巖石單軸抗壓強度試驗和巖石彈性縱波速度測試[2]。此外，根據地質雷達法探測結果，對推斷有重大不良地質異常區(qū)進行鉆探驗證。

根據地質鉆探及巖石芯樣試驗結果等資料的綜合解釋結果，所鉆探檢測弄樓二號隧道、弄樓三號隧道支護類型建議變更洞段的圍巖詳細分級結果除ZK395+195～ZK395+182與YK396+077～YK396+085 段外，地質雷達探測結論與其余所鉆探檢測隧道段圍巖詳細分級結果均有不同程度的偏差。對比結論分析：鉆探263 米有263 米實際圍巖與原設計不一致；地質雷達超前預報結論263 米有242 米存在結論偏差，準確性低于超前鉆探。

2.3 超前水平地質鉆機在伏龍隧道常年涌水段處治過程中應用

2.3.1 溶洞揭露及涌水情況

伏龍隧道位于大化縣古河鄉(xiāng)弄法村以西約700m，隧道走向約為294°，為分離式長隧道，右線設計長度為2892m，左線設計長度為2857m，進、出口隧道路面設計高程分別約為239.1m、220.9m。2019年1月20日，伏龍隧道右洞上臺階掘進至YK399+678，進尺542m，埋深160m，設計為Ⅲ級圍巖，圍巖整體性較好，但左拱腰處有部分泥質充填，于凌晨2∶03 開始涌水，水量較大且急，水質較渾濁，1.65*0.7m的中心水溝滿灌（設計已加寬水溝），持續(xù)3 小時后，于5∶07 分水量慢慢變小，并于9∶30 停止出水，累積出水時間為7 個半小時。

隨著不斷的挖掘，于2019年3月6日，在YK399+700 上臺階右拱腳處揭露出一直徑約2.5m，高度未知的溶洞。該溶洞沿拱頂方向延伸，水流沿巖溶裂隙流出，水質較清，流量約為1200ml/s。預埋4 根φ150PVC 管（但未回填砼），3月7～8日下雨后，水量明顯增大，水中含泥量大，有粉細砂顆粒。

2.3.2 物探及鉆孔情況

針對伏龍隧道涌水病害，對涌水位置附近進行了物探及鉆探，采用地質雷達對YK399+694+709 段縱橫向進行了探測，結果顯示初支背后溶隙發(fā)育，深度在2～20m 不等，采用C6鉆機對YK399+693、698、703、730 斷面進行了鉆探，結果顯示溶洞的發(fā)育高度在5～10m 之間。其中730 斷面2 點鐘發(fā)現鉆孔1 小時后出水，水質渾濁，含泥量大，且鉆探數據表明溶洞有從右向左發(fā)育的趨勢，與巖層發(fā)育方向相符。

2.3.3 處理方案比選

項目先后邀請了多位專家對伏龍隧道涌水病害進行了現場勘察，提出了三點基本判斷：涌水段附近存在大溶腔；該溶洞涌水受地表降水補給明顯，與地表連通；涌水含粉細砂，存在高風險[3]。

鑒于伏龍隧道涌水量大，泥、粉細砂含量較高，如處理不好到雨季或在后期運營過程中可能出現水害，具有高風險，該病害亟須處治。四方初步建議伏龍隧道病害處治應“以排為主，輔以抗水壓襯砌”，收集好基礎資料，邀請專家召開評審會確定處治方案。

經各方充分討論后，做出了如下調整：

拆除伏龍隧道右線YK399+700 溶洞處邊墻鋼架，并對溶腔進行適當擴挖，采用埋設抽芯管將巖溶水經沉沙池沉淀后引排至中心排水溝，抽芯管采用土工布包裹，具體參數以設計變更圖紙為準。

YK399+696～YK399+720 段設置抗水壓襯砌，具體參數以設計變更圖紙為準。

施工過程中應加強監(jiān)測，施工后期加強對排水效果進行跟蹤觀測，進一步對地下水進行調查，當未能達到預期處治效果時，及時上報并采取應對措施。

3 總結

3.1 超前水平地質鉆機在隧道圍巖優(yōu)化變更過程應用

3.1.1 超前水平地質鉆機的運行速度快，多數工程的風險隧道地層環(huán)境，超前預報設備鉆進一個50m 的孔需要3h，作業(yè)一個斷面的3個孔需要9h。這比其他類型鉆機所用的15h實現大大提升了、據統(tǒng)計，每個月能夠節(jié)約1天時間花費在開挖作業(yè)上。

3.1.2 涌水較大的施工地段，只有超前水平鉆機能夠正常運行，其他潛孔類鉆機無法實現操作。具體施工可為全斷面帷幕注漿作業(yè)提供上百個注漿孔與空氣孔，深度超出30m。從時間維度來看，超前水平地質鉆機完成操作只要10 天，其他類型設備至少15 天，甚至不夠。

3.1.3 在著手施工隧道工程破碎段時，可將超前水平鉆機一次操作至少30m，以解決施工作業(yè)循環(huán)的時間。其他鉆機設備，只能操作20m，故，選用水平鉆機時最佳方案。

3.1.4 隧道坍塌的救援，需在制定救援計劃前，為被困人員提供食物、空氣和水，以最大限度地提升救援的成功率。

3.1.5 經分析獲取的超前預報數據，能夠對后續(xù)施工項目內容的安全性進行調整。如采取性能質量相對應的材料、設備以及現場施工方法。

3.2 常年涌水段溶洞處治

處治溶洞，就是遵循“先探測，再處治”原則，以為后續(xù)制定有針對性的方案提供依據。具體就需要采用物探及鉆探等手段對隧道巖溶情況進行探測。此外，還要按照巖溶發(fā)育程度，和巖溶地質對隧道工程施工建設的影響，采用不同的處治措施。以求達到“保證施工安全、確保結構穩(wěn)定、保障安全運營”的目的。

巖溶隧道涌水段處治過程注意事項：

3.2.1 處治前期僅施做初支，動水壓力大，建議水小后初支變形段及時增設復拱及斜向支撐，避免初支坍塌。

3.2.2 若涌水受地表水補給明顯，建議對相應地表進行排查，是否存在大型天窗或落水洞。

3.2.3 若附近二襯出現滲水、檢查井出現反水現象，該段的中心水溝可能阻塞，條件允許后應及時清理水溝淤積泥沙。

3.2.4 加快前方車行橫通道的施工，在大雨期間可通過車行橫通道進入掌子面施工。

3.2.5 洞外水溝需加寬加大，并增大縱坡，以利于排水。

3.2.6 加強涌水段的監(jiān)控量測，并做好緊急預案。

4 結語

綜上所述，伴隨基礎設施建設環(huán)境的日趨復雜，隧道工程施工建設的質量直接決定了工程能否滿足建設使用需求。科學技術人員應加大對不良地質環(huán)境勘察技術的運用力度，并結合實際情況采用對應的超前預報方法，以最大程度地提升工程項目建設使用的安全可靠性。如此，后續(xù)進行的開挖、支護等作業(yè)，就能不受環(huán)境不穩(wěn)定性因素影響。如，前方突水、突泥問題，均不會對施工現場帶來安全威脅。故，相關建設者應將上述分析內容與科研結果以針對性狀態(tài)運用于不同建設環(huán)境的隧道工程施工，以服務于現代化經濟建設的全面發(fā)展進程。