許文軍

摘 要：以蒙華鐵路分宜地區(qū)巖溶隧道施工中遇到典型溶洞案例，分析總結(jié)了洞穴型溶洞、管道型溶洞、大型干溶洞、富水溶洞等不同性質(zhì)巖溶處理原則及處治措施，巖溶整治為類似工程提供了有利借鑒。

關(guān)鍵詞：巖溶隧道;溶洞;處治措施

中圖分類號：U457 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

溶洞為巖溶洞穴，是地表水和地下水對溶性巖層經(jīng)過化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用而形成的地下溶蝕現(xiàn)象，溶洞的存在會使得圍巖應(yīng)力不均勻分布，并且這種不均勻分布通常無規(guī)律可循，這會使得隧道支護(hù)節(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，穩(wěn)定性較差[1]，甚至引起隧道塌方[2]，尤其是大型溶洞，不但會延誤工期，造成工程投資的增加甚至還會危及施工安全人員的人身安全。巖溶處治方案的制定以安全、質(zhì)量為主題，以“強(qiáng)本簡末、服務(wù)運(yùn)營”為目的。因此，結(jié)合蒙華鐵路實(shí)際工程，研究不同類型的隧道巖溶處理措施尤為重要，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

蒙華鐵路MHTJ-32標(biāo)一工區(qū)位于江西新余市分宜縣，地質(zhì)以灰?guī)r為主，主要可溶巖為三疊系中下統(tǒng)、二疊系下統(tǒng)、石炭系、灰黃、灰黑色灰?guī)r、角礫狀灰?guī)r、結(jié)晶灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動，在褶皺核部和斷層附近巖體破碎，受地下水運(yùn)動長期侵蝕，形成溶溝、溶槽、溶洞等。

本工區(qū)隧道8座，全長6.3 km，單線鐵路隧道[3]，隧道區(qū)段屬于侵蝕溶蝕地形，地下溶洞甚為發(fā)育。隧道施工過程中遇到溶洞多達(dá)39個(gè)，溶洞主要位于隧道拱頂、拱腰、邊墻、隧底，溶洞類型有洞穴型溶腔、管道型溶腔、大型干溶洞、大型富水充填型溶腔等。

2 巖溶處理一般原則

2.1 洞穴型溶腔

調(diào)整開挖工法，加強(qiáng)超前支護(hù)，縮短開挖進(jìn)尺，及時(shí)施做初期支護(hù)且封閉成環(huán)，無充填或半充填型溶腔初支背后一般采用混凝土回填密實(shí)，充填溶腔采用注漿回填密實(shí)[4]，隱藏型溶腔采用局部徑向注漿固結(jié)，溶腔若有少量水流出，在初期支護(hù)背后設(shè)置排水管[5]，引流至隧道側(cè)溝。

2.2 管道型溶腔

（1）隧道拱部、拱腰巖溶管道。隧道拱部、拱腰部位發(fā)育的無充填型巖溶管道，經(jīng)巖溶探測，不會有大的涌水時(shí)，采用修正圍巖襯砌類型，調(diào)整開挖工法，加強(qiáng)超前支護(hù)，縮短開挖進(jìn)尺，及時(shí)施做初期支護(hù)且封閉成環(huán)，初支背后采用混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)層（護(hù)拱）、吹砂回填緩沖層和結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)等處理方式。

（2）基底巖溶管道。隧底巖溶管道，采用修正圍巖襯砌類型，利用一定管徑的波紋管接通原有排水管道，然后用級配碎石回填管道四周并壓實(shí)，再采用混凝土回填。

2.3 大型干溶洞

大型干溶洞位于拱、墻處，采用修正圍巖襯砌類型，部分襯砌采用明洞形式，調(diào)整開挖工法，加強(qiáng)超前支護(hù)，縮短開挖進(jìn)尺，及時(shí)施做初期支護(hù)且封閉成環(huán)，初支背后采用混凝土結(jié)構(gòu)防護(hù)層（護(hù)拱）、吹砂回填緩沖層和結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)等處理方式。大型干溶洞位于隧底時(shí)，可采用級配碎石回填壓實(shí)后，“托梁+鋼筋混凝土板”跨越[6]，隧道襯砌加強(qiáng)。

2.4 大型富水充填型溶腔

施工過程中通過超前鉆探及地質(zhì)雷達(dá)探明存在大型富水填充型溶腔時(shí)，應(yīng)停止掌字面開挖并封閉，采用超前注漿加固溶腔及開挖線以外不小于5 m，并采取超前管棚支護(hù)，臺階法開挖，修正襯砌類型，加強(qiáng)二次襯砌結(jié)構(gòu)[7]。

3 工程實(shí)例

3.1 洞穴型溶腔案例

（1）無充填或半充填型。程家坊二號隧道出口開挖至DK1761+311時(shí)，在拱頂出現(xiàn)一處半填充型溶腔，充填物為粉質(zhì)黏土夾細(xì)角礫土，無水，并且往線路右側(cè)延伸至拱腰處出現(xiàn)大空腔。溶洞大小為環(huán)向長7 m×縱向長5 m×深度9 m，呈倒漏斗型。施工中采取以下處治措施：清除溶腔內(nèi)松散體，對腔壁進(jìn)行噴射混凝土加固，噴射混凝土厚度10 cm。將Ⅲb型復(fù)合式襯砌變更為Vc型復(fù)合式襯砌，采用全環(huán)H180格柵鋼架，間距為60 cm，拱部增設(shè)5 m長φ42超前小導(dǎo)管。拱部預(yù)留混凝土泵送管及Φ50排水管，待初期支護(hù)穩(wěn)定后對背后進(jìn)行C20混凝土回填，回填厚度2.0 m，待混凝土達(dá)強(qiáng)度后回填1 m厚水泥漿保護(hù)層。處治方法如圖1所示。

（2）充填型洞穴。程家坊一號隧道施工到DK1760+613時(shí)，拱頂及邊墻出現(xiàn)一處填充型溶腔，充填物為粉質(zhì)黏土夾碎石，無水。溶洞大小為環(huán)向長8 m×縱向長1 m×深度3 m。采取以下處治措施：清除溶腔內(nèi)松散體，對腔壁進(jìn)行噴射混凝土加固，噴射混凝土厚度10 cm。修正襯砌類型，采取加強(qiáng)支護(hù)，采用H180格柵鋼架，間距為50 cm，拱部增設(shè)Φ42超前小導(dǎo)管，設(shè)置徑向錨桿，錨桿長4 m，間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置。預(yù)留注漿管，待初期支護(hù)穩(wěn)定后對背后進(jìn)行回填注漿，確保初支背后無空洞。處治方法如圖2所示。

3.2 管道型溶腔實(shí)例

北山一號進(jìn)口開挖至DK1761+940時(shí)，發(fā)現(xiàn)一處直徑約2 m的不規(guī)則溶腔，豎直向上發(fā)展及連體斜向下至仰拱底以下，溶腔為半充填，充填物黏土夾碎石，碎石大小為0.6 m×0.3×0.3 m，存在小量滲水，降雨時(shí)水量加大。通過探測，溶腔高度為拱頂以上約10 m，隧底以下約2 m;同時(shí)掌子面正前方小型溶槽發(fā)育，呈管道狀。采取以下處治措施：清除溶腔內(nèi)松散體，對腔壁進(jìn)行噴射混凝土加固，噴射混凝土厚度10 cm，拱部超前支護(hù)變更為φ89洞身長管棚，拱頂初期支護(hù)背后灌注1 m～2 m厚C25混凝土護(hù)拱，設(shè)置徑向錨桿，錨桿長4 m，間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置;預(yù)留φ50注漿管及排水管，待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后回填1 m厚水泥漿保護(hù)層;在護(hù)拱背后設(shè)置2根直徑φ400 mm打孔波紋管，波紋管順接巖溶管道進(jìn)水口與出水口，孔口管應(yīng)確保注漿后不得堵塞出入水口;隧底波紋管采用土工布包裹，四周用砂夾碎石回填，高度1 m，其余部分采用C20混凝土回填。處治方法如圖3所示。

3.3 大型干溶腔實(shí)例

北山二號隧道進(jìn)口開挖至DK1762+816時(shí)，在上臺階發(fā)現(xiàn)一大型溶洞。溶洞高約25 m，距地表最小垂直距離約30 m。溶洞長60 m，寬度約15 m，溶洞兩端呈管道狀，隧道在DK1762+816～+822段橫穿溶洞。

施工中采取了以下處治措施：清除溶腔內(nèi)松散體，對腔壁進(jìn)行噴射混凝土加固，噴射混凝土厚度10 cm;DK1762+816～+836段20 m拱部超前支護(hù)變更為φ89洞身長管棚;DK1762+816～+819段初期支護(hù)鋼架由H130格柵鋼架變更為H150格柵鋼架，間距1 m;DK1762+819～+829段斷面擴(kuò)大30 cm，初期支護(hù)變更為臨時(shí)初期支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)設(shè)雙層φ8鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)格間距10*10 cm，鋼架由H130格柵鋼架變更為H180格柵鋼架，間距50 cm;初期支護(hù)背后采用2 m厚C25混凝土護(hù)拱及邊墻，拱部增設(shè)1 m厚輪胎緩沖層;DK1762+816～+820段保留原巖溶管道排水系統(tǒng)，于初支背后設(shè)置1根直徑φ400 mm打孔波紋管，波紋管順接巖溶管道進(jìn)水口與出水口，孔口管應(yīng)確保注漿后不得堵塞出入水口。處治方法如圖4所示。

3.4 大型富水型充填型溶腔實(shí)例

彭家?guī)X二號隧道進(jìn)口開挖至DK1774+470時(shí)，對掌子面進(jìn)行了地質(zhì)雷達(dá)及超前水平鉆探，預(yù)測預(yù)報(bào)成果顯示，DK1774+440～+470段發(fā)育充填型溶洞，填充砂礫土，滲水較好，局部為溶洞空腔，巖溶水豐富。施工中采取了以下措施：DK1774+440～+470段30 m洞身采用5 m超前周邊注漿（雙液漿）加固，如圖5所示。DK1774+438～+453超前支護(hù)采用Φ89洞身管棚。DK1774+438～+470段襯砌類型采用Vc型復(fù)合式襯砌，施工工法采用臺階法，初期支護(hù)采用Ⅰ18型鋼鋼架，鋼架間距50 cm，在每級臺階鋼架接頭連接處增設(shè)一組鎖腳錨管，長度5 m。溶腔出水口處埋設(shè)Φ200 mmPVC排水管（初期支護(hù)與隧道圍巖間），將水引排至隧道側(cè)溝內(nèi)。

4 結(jié)論及建議

針對蒙華鐵路湘贛段巖溶隧道工程，對不同類型的溶腔采用混凝土或注漿回填、超前注漿、超前管棚、預(yù)留排水管，加強(qiáng)襯砌結(jié)構(gòu)等方法，有效的解決了施工難點(diǎn)，為類似隧道的后續(xù)施工積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。

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