李新龍

（陜西省鐵路投資（集團(tuán)）有限公司，西安 710054）

1 引言

巖溶問題在山區(qū)公路隧道工程中廣泛存在，具有較大的危害性，處理不當(dāng)會(huì)嚴(yán)重影響隧道建設(shè)質(zhì)量和施工安全。在巖溶條件下施工，容易發(fā)生突泥、突水等問題，從而威脅施工人員的安全，還會(huì)導(dǎo)致施工設(shè)備損壞，嚴(yán)重影響施工工期。巖溶問題具有復(fù)雜性和不確定性等特點(diǎn)，對(duì)于施工技術(shù)要求較高，必須采用科學(xué)的巖溶施工技術(shù)，妥善應(yīng)對(duì)和處理巖溶問題，才能不斷提升整體施工質(zhì)量。希望本文內(nèi)容能對(duì)相關(guān)施工領(lǐng)域有所幫助，進(jìn)一步促進(jìn)隧道工程施工技術(shù)水平的提高。

2 工程概況

本項(xiàng)目為H 市公路隧道工程，隧道全長(zhǎng)9 107 m，隧道進(jìn)口段為三疊系、二疊系地層，巖層性質(zhì)以中厚層狀灰?guī)r為主，部分為白云質(zhì)灰?guī)r，巖溶發(fā)育，存在巖溶、暗河以及部分溶洞群。在前期地質(zhì)勘察中發(fā)現(xiàn)，如果不對(duì)巖溶進(jìn)行特殊處理，在隧道施工過程中可能發(fā)生突泥、突砂、突水等地質(zhì)災(zāi)害。本文針對(duì)該公路隧道ZK56+720～ZK57+368 區(qū)域進(jìn)行研究，該區(qū)域內(nèi)巖溶問題較為嚴(yán)重，地表可見大量巖溶洼地、落水洞，已成為雨水的下滲通道，尤其是在斷層破碎帶區(qū)域，可溶巖和非可溶巖的基礎(chǔ)帶巖溶水發(fā)育較強(qiáng)。根據(jù)隧道實(shí)際情況，為了保障隧道施工安全，必須對(duì)巖溶施工技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)，保證工程能夠在設(shè)計(jì)工期內(nèi)順利、安全完成。

3 構(gòu)建模型

為了保證巖溶條件下隧道施工安全，必須建立完善的隧道巖溶預(yù)測(cè)模型，從而通過超前預(yù)測(cè)模型獲取準(zhǔn)確的巖溶位置和巖溶規(guī)模，同時(shí)，需要對(duì)可能發(fā)生的突泥、突水等問題進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.1 模型網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)國(guó)內(nèi)外隧道巖溶預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用情況，結(jié)合本項(xiàng)目隧道工程實(shí)際，本文采用TSP202 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)模型，對(duì)長(zhǎng)度在100～200 m 以上的隧道區(qū)域建立長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)模型，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、超前鉆孔等建立近距離預(yù)報(bào)模型，并結(jié)合實(shí)際地質(zhì)勘察情況，能夠有效提高預(yù)報(bào)模型的科學(xué)性[1]。

3.2 參數(shù)計(jì)算

采用模型對(duì)巖溶進(jìn)行分析時(shí)，需要對(duì)其突水量進(jìn)行測(cè)量和預(yù)報(bào)，從而根據(jù)突水量計(jì)算結(jié)果編制相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，保證施工能夠順利開展。在突水量預(yù)測(cè)模型的參數(shù)計(jì)算過程中，隧道作業(yè)面前部位置的水源潛在涌水量與爆破前作業(yè)面的炮眼水流量有直接的關(guān)系，且炮眼水流量與流速關(guān)系較為密切，炮眼水流速與炮眼水噴射長(zhǎng)度存在比例關(guān)系，所以，參數(shù)計(jì)算可以通過式（1）進(jìn)行：

式中，S 為炮眼水的水平噴射距離；v 為炮眼水流速；y 為炮眼水距離隧道地面的距離；g 為重力加速度。

根據(jù)式（1）可以對(duì)突水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。通常情況下，可通過噴射距離預(yù)測(cè)突水級(jí)別，并將突水級(jí)別分為突水級(jí)、小型突水級(jí)、中型突水級(jí)和大型突水級(jí)。（1）噴射距離S 小于5 m，突水量低于100 m3/h 時(shí)，涌水級(jí)別為突水級(jí)。（2）當(dāng)噴射距離S 在5～10 m，突水量在100～300 m3/h 時(shí)，突水級(jí)別為小型。（3）當(dāng)噴射距離S 在10～13 m，突水量為300～400 m3/h 時(shí)，突水級(jí)別為中型。（4）當(dāng)噴射距離S 超過13 m，突水量超過400 m3/h 時(shí)，突水級(jí)別為大型[2]。突泥量計(jì)算根據(jù)突泥的流出距離和突泥長(zhǎng)度、寬度進(jìn)行計(jì)算，建立突泥風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，將計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)與評(píng)價(jià)模型相結(jié)合，從而可以確定突泥規(guī)模，為后續(xù)處理工作奠定基礎(chǔ)，提高處理工作的科學(xué)性。

3.3 施工順序

如果巖溶突水級(jí)別為突水級(jí)；則可以直接開展鉆進(jìn)作業(yè)，如果為小型突水級(jí)別，則需要降低放炮規(guī)模，并在前期開展試探性掘進(jìn)工作，以防止放炮規(guī)模過大引起坍塌問題；如果為中型突水級(jí)別，則需要立即停止施工，開展資料收集和地質(zhì)勘探工作，確定具體方案后再開展相關(guān)作業(yè)；如為大型突水級(jí)，則必須編制科學(xué)的應(yīng)急處理方案，防止鉆進(jìn)過程中出現(xiàn)大規(guī)模坍塌與涌水問題。此外，如果在鉆進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)存在突泥問題，則需要根據(jù)突泥規(guī)模采取相應(yīng)的處理措施，如突泥規(guī)模較大，且泥沙流動(dòng)速度較快，則需要采用截流和排放相融合的方式將突泥排出。在爆破作業(yè)正式開展前，必須按照突泥、突水的實(shí)際情況，將作業(yè)機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)移到安全處，大型設(shè)備需要轉(zhuǎn)移到隧道之外，防止因突泥、突水問題導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備損壞；爆破作業(yè)必須采用遠(yuǎn)距離電控方式，不能采用近距離爆破方式，在爆破作業(yè)結(jié)束后，需要根據(jù)突泥、突水的實(shí)際情況開展后續(xù)施工作業(yè)[3]。

4 結(jié)果分析

在隧道巖溶危害評(píng)估方面，需要根據(jù)巖溶水和泥沙的變化情況對(duì)其危害性進(jìn)行評(píng)估，之后根據(jù)評(píng)估結(jié)果采取相應(yīng)的處理措施。在本公路隧道工程中，共發(fā)現(xiàn)突水點(diǎn)和突泥點(diǎn)16處，其中有3 處為大型突水點(diǎn)，突水基本為清水，突水流量較為穩(wěn)定，但是不能確定突水和地下水的關(guān)系。ZK348+507 突水點(diǎn)是本公路隧道工程中最大的突水點(diǎn)，且最具有代表性。該突水點(diǎn)與地表水補(bǔ)充關(guān)系較為密切，整體變化大，對(duì)后續(xù)施工影響較大，所以，針對(duì)該突水點(diǎn)的處理，是保障后續(xù)施工作業(yè)安全的重要前提，必須采用科學(xué)的處理措施對(duì)該突水點(diǎn)進(jìn)行處理，防止其影響后續(xù)隧道施工安全[4]。對(duì)于其他13 處巖溶水，能夠確定與地表之間存在補(bǔ)水關(guān)系，巖溶水中帶有部分泥沙，相對(duì)來說對(duì)后續(xù)施工影響較小，采用普通處理措施即可。

根據(jù)上述分析結(jié)果，為了妥善處理巖溶問題，考慮采用如下4 項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施：（1）沒有地表水補(bǔ)充或沒有地下水活動(dòng)的巖溶區(qū)域，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行快速處理，防止其對(duì)隧道穩(wěn)定性造成影響；（2）對(duì)于具有地下水活動(dòng)的巖溶區(qū)域，需要對(duì)當(dāng)?shù)貙?shí)時(shí)降雨量進(jìn)行觀測(cè)，明確流量和地表水之間的補(bǔ)充關(guān)系，并確定巖溶水中是否存在泥沙、碎石、雜草等雜物，同時(shí)確定最大水流量[5]；（3）對(duì)巖溶較多的區(qū)域，如果巖溶水對(duì)隧道施工造成的影響較小，則可采用支護(hù)方式進(jìn)行處理，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，之后再對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)性處理；（4）在部分平導(dǎo)施工的隧道工程中，分析平導(dǎo)洞巖溶性質(zhì)后，則采用以排為主的處理措施，以降低地下水對(duì)隧道的影響。

5 對(duì)策建議

為了保證施工安全與質(zhì)量，根據(jù)上述前期勘察資料，結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，擬定采用支撐結(jié)構(gòu)通過隧道、以引為主的防水處理和溶槽盲溝處理3 種主要處理方式。

5.1 采用支撐結(jié)構(gòu)通過溶洞

根據(jù)本項(xiàng)目巖溶基本情況，為了保障施工安全，必須在隧道內(nèi)部采用支撐結(jié)構(gòu)，通過對(duì)溶洞全部設(shè)置支撐，可以起到相應(yīng)的支撐和保護(hù)作用，防止其出現(xiàn)坍塌，同時(shí)能夠保證溶洞隧道的穩(wěn)定性。對(duì)隧道拱部溶洞空腔采用泵送C25 混凝土形成護(hù)拱，護(hù)拱厚度設(shè)計(jì)為2 m，起到支撐和穩(wěn)定的作用；護(hù)拱以上溶洞空腔設(shè)置雙臂波紋管施作排水設(shè)施，波紋管長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行確定；空腔頂部采用C20 噴射混凝土進(jìn)行封閉處理，腔內(nèi)采用C25 混凝土進(jìn)行泵送回填，回填厚度為2 m。過渡段采用工字鋼縱向布置拱架作為支撐，長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3 m，間距設(shè)計(jì)為0.2 m，其余部分采用吹砂回填密實(shí)，從而起到良好的支護(hù)與緩沖作用。

5.2 采用以引為主的排水原則

以最大突水量ZK348+507 突水點(diǎn)為例，該突水點(diǎn)的拱頂部分露出一個(gè)巖溶通道，通道順巖層布置，巖溶通道直徑約為1.5～3.2 m，突水伴隨有砂夾卵石，該溶洞突水量和突砂量隨著地表水的變化而改變，地表水減少，突水量逐漸減少。針對(duì)該問題，擬采用以堵砂夾石為主，暢通排水通道的處理方式：（1）在隧道拱腳處增加2 個(gè)縱向排水溝，增加2 個(gè)φ110 mm 環(huán)向透水管，以提高排水通暢性，保證巖溶隧道施工安全；（2）在暗溝排水處理中，因?yàn)樗淼来┻^溶洞，隧道頂部存在大量積水，積水沿著溶洞水流通道排出，為了防止出現(xiàn)隧道修建后堵塞原有水流通路，在隧道底部修建石砌暗溝，使得溶洞水能夠通過暗溝沿著原有通路排出；（3）當(dāng)溶洞出現(xiàn)排水不暢問題，地下水又很大，不足以將水排出溶洞外時(shí)，為了避免溶洞水影響隧道安全，采用在溶洞底部設(shè)置涵洞和泄水洞的方式排水。

5.3 溶槽盲溝處理方式

針對(duì)溶洞形成的洞穴，采用溶槽盲溝處理方式，在主要滲透水點(diǎn)設(shè)置透水盲溝，透水盲溝采用φ300 mm 鋼管，在鋼管壁上鉆取直徑為18 mm、環(huán)向間距為16 mm、縱向間距為12 mm 的圓孔，鋼管外側(cè)采用鋼絲網(wǎng)片對(duì)其進(jìn)行覆蓋。本項(xiàng)目在實(shí)施過程中，在ZK348+507 突水點(diǎn)區(qū)域設(shè)置了3 個(gè)透水盲溝，盲溝設(shè)置完成后采用混凝土進(jìn)行回填[6]。同時(shí)，對(duì)洞穴的襯砌施工段進(jìn)行加強(qiáng)處理，采用鋼筋混凝土二次襯砌結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)厚度70 cm，從而保證了洞穴處理的安全性與穩(wěn)定性。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，論文結(jié)合H 市某公路隧道工程，對(duì)其巖溶情況進(jìn)行建模分析，根據(jù)模型分析結(jié)果制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，從而使該工程高質(zhì)量完成，在施工過程中沒有出現(xiàn)安全問題，且公路隧道整體質(zhì)量得到充分保障，希望本文所述施工方案能對(duì)我國(guó)公路隧道工程施工起到一定的借鑒作用。