摘要 某公路隧道項(xiàng)目建設(shè)需穿過地質(zhì)條件復(fù)雜的巖溶地區(qū)，遇到了各種溶洞，其位置、大小及填充物各不相同，其中的填充物嚴(yán)重危及隧道安全施工，極易引發(fā)安全事故?；诖?，文章提出施工過程中需采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)，對溶洞形態(tài)進(jìn)行全面探測，了解其具體位置、大小及填充物形態(tài)，在此基礎(chǔ)上制定完整的施工方案，針對各類溶洞采用不同的處理技術(shù)和施工措施，旨在為同類項(xiàng)目建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞 公路隧道項(xiàng)目；溶洞地質(zhì)區(qū)域；綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；處理技術(shù)

中圖分類號 U452.11 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0129-03

0 引言

可溶性巖層受水溶解等化學(xué)溶蝕作用，且在外力作用下，形成溝槽、裂隙及洞穴，或者是溶洞頂部發(fā)生塌落，這些現(xiàn)象和作用點(diǎn)被統(tǒng)稱為巖溶或喀斯特。巖溶地貌的隧道施工，地形地貌條件復(fù)雜，常遇到各種溶洞，施工過程中極易發(fā)生突水突泥，不利于安全施工。為此，在巖溶地區(qū)建設(shè)隧道項(xiàng)目，必須做好充分的準(zhǔn)備工作，采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)預(yù)報(bào)溶洞邊界、大小、填充物及地下水等信息，據(jù)此制定科學(xué)完善的施工方案，降低施工過程中地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生概率，確保安全施工[1]。

1 工程概況

某高速公路隧道項(xiàng)目所處的地區(qū)，地質(zhì)地貌條件復(fù)雜，存在巖溶、斷層等各種惡劣地貌，圍巖極不穩(wěn)定，易導(dǎo)致掌子面出現(xiàn)坍塌以及隧道突水突泥。隧道測區(qū)的地形以溶蝕崗地為主，存在眾多巖溶，溶蝕、剝蝕災(zāi)害嚴(yán)重。隧道覆蓋層主要有碎石土、黏土、砂巖等構(gòu)成。因?yàn)楫?dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件復(fù)雜，施工前主要采用TST 法、GPR 法等對其地質(zhì)及巖溶進(jìn)行探測，全面了解巖溶狀況，制定針對性的溶洞處理技術(shù)方案。

2 綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

2.1 TST 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

選取DK456+344～DK456+288段為探測對象，該段的圍巖波速VP=19 km/s。通過觀察分析構(gòu)造偏移圖像可知，其圍巖屬于裂隙發(fā)育，整體較為破碎，不具備相應(yīng)的穩(wěn)定性，有些地方甚至出現(xiàn)軟弱夾泥層，更加影響到其完整性[2]。針對上述情況分析，可將圍巖定為Ⅴ級。圖1 為TST 構(gòu)造偏移圖像，圖2 為TST 速度曲線圖示。

2.2 地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)

采用地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)探測掌子面DK456+350，主要了解到以下內(nèi)容：

（1）圍巖的DK456+350～DK456+328 段，掌子面寬度在6 m 以內(nèi)，存在明顯裂隙，巖層較為支離破碎，并且部分溶腔中填充有泥質(zhì)。

（2）圍巖的DK456+350～DK456+320，掌子面寬度為6～14 m，受溶蝕作用，出現(xiàn)更為明顯的裂隙，巖層破碎程度進(jìn)一步加劇，有部分溶洞中填充有泥質(zhì)。其他圍巖也出現(xiàn)較為明顯的裂隙，巖體整體上較為破碎[3]。

2.3 超前水平鉆地質(zhì)預(yù)報(bào)

DK456+345～DK456+325 段掌子面溶洞中充填有角礫夾黏土，見圖3。

3 溶洞處理技術(shù)

該隧道項(xiàng)目的建設(shè)需穿過眾多溶洞，下面針對不同類型的溶洞介紹了相應(yīng)的處理技術(shù)及處理措施，對于同類項(xiàng)目的建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

3.1 溶洞富水施工處理技術(shù)

（1）鉆孔排水：如果溶洞中出現(xiàn)的是由地表滲入的積水，不存在黏土或有極少黏土?xí)r，一方面應(yīng)在地表采取有效措施，進(jìn)行截水排水，減少溶洞的滲水量，另一方面在溶洞開挖面底部鉆孔，實(shí)現(xiàn)排水，開挖面與溶洞相距不超過5 cm，開挖與否應(yīng)由鉆孔處水壓及洞內(nèi)積水量來決定[4-5]。

（2）釋能降壓：針對積水量大，并形成較高水壓的溶腔，可采用釋能降壓技術(shù)，對溶腔實(shí)施精準(zhǔn)爆破，充分釋放其內(nèi)部能量，只有一次爆破機(jī)會，必須做到萬無一失。

（3）注漿堵水：如果隧道加固圈中填充物為流塑或軟塑狀，注漿堵水技術(shù)成為溶洞施工處理的最佳選擇，將水泥漿注入與隧道相距3～5 m 的掌子面前方，在其作用下，加固圈中的填充物將固結(jié)在一起，從而實(shí)現(xiàn)封堵溶洞積水。

（4）結(jié)構(gòu)措施：向溶洞中密集安裝環(huán)向排水管，做到安裝環(huán)節(jié)規(guī)范有序，及時(shí)將洞內(nèi)積水排放出去，有效減輕積水對隧道的壓力。

3.2 拱部小型填充型溶洞處理技術(shù)

溶洞填充物極不穩(wěn)定，需采取大管棚注漿這類超前支護(hù)措施，才能防止開挖過程中有填充物涌出，施工耗時(shí)費(fèi)力，且無法保證施工效果達(dá)到預(yù)期。所以，針對拱頂小型填充型溶洞或填充物較小的溶洞，可揭示溶洞將填充物取出，由此可降低處理難度及成本，并提高施工安全性[6]。

通過對溶洞進(jìn)行探測，確定其邊界，且壁圍巖石具有較高的穩(wěn)定性時(shí)，方可采用該溶洞處理技術(shù)。揭示過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照直接揭示溶洞放出填充物應(yīng)在明確探明溶洞邊界且溶洞壁圍巖穩(wěn)定的情況下才能使用。揭示溶洞時(shí)必須嚴(yán)格按照施工順序，由小及大，不能將開挖面一次性全部揭示完，防止填充物涌出，確保安全施工[7]。

3.3 邊墻填充型溶洞處理技術(shù)

若填充型溶洞與隧道邊墻相鄰，因初支鋼架與鎖腳錨桿安裝于填充物中間部位，缺少必要的支撐，再加上填充物極不穩(wěn)定，受壓之下必然出現(xiàn)失穩(wěn)變形，因此需要增加初支的穩(wěn)定性，見圖4。

正常情況下，隧道邊墻并不需要安裝超前支護(hù)，由于溶洞填充物極不穩(wěn)定，施工過程中可能會發(fā)生溜坍。為解決此問題，需在溶洞中安裝超前小導(dǎo)管，另需注漿增加其牢固度。

3.4 拱頂大型填充型溶洞處理技術(shù)

若拱頂?shù)娜芏匆?guī)模較大，或不能準(zhǔn)確探測其邊界時(shí)，采取放出填充物的處理方案，需要大量的人力物力，還會引起山體坍塌，嚴(yán)重影響隧道安全施工。對于這類溶洞，可制定并實(shí)施超前支護(hù)方案，防止填充物開挖后發(fā)生溜坍，見圖5。

（1）超前支護(hù)分為兩層，第一層為大管棚，第二層為大外插角小導(dǎo)管。使用大管棚支護(hù)，要求一次性穿過溶洞，連接到對面巖層。若溶洞較長，不能保證一次性穿過，則可分段進(jìn)行操作，每次施作20～30 m，搭接長度為5 m。大管棚所用的鋼管型號為φ108 mm，依照填充物的穩(wěn)定性，來設(shè)定相應(yīng)的間距，若填充物具有較高的穩(wěn)定性，則可設(shè)定間距為50 cm，若自身穩(wěn)定性較差，則間距設(shè)定為20 cm。為防止填充物在施工過程中發(fā)生溜坍，應(yīng)通過管棚注入水泥漿，與填充物固結(jié)在一起，提高其牢固度。

（2）注漿過程中，水泥漿在受壓之下會向四周擴(kuò)散，受重力影響，還未凝結(jié)的漿液會出現(xiàn)流淌，由此導(dǎo)致管棚頂部的固結(jié)厚度不足，其固結(jié)圈受到破壞后，填充物發(fā)生溜坍[8]。為解決上述問題，可將一根小導(dǎo)管安裝到兩兩大管棚之間，設(shè)定角度為45°、長度為4.5 m，將水泥漿注入導(dǎo)管中，從而加大管棚頂端厚度。

（3）注漿完成后，需要等待較長時(shí)間才能凝結(jié)，若填充物中水分較多，大部分泥漿會發(fā)生流失，從而嚴(yán)重影響注漿效果，實(shí)行雙漿液注漿，則可增強(qiáng)填充物的固結(jié)度，得以解決上述問題。施工過程中，先灌注純水泥漿，在壓力升至0.8 MPa 時(shí)，注入水玻璃，兩種漿液混合后可立即凝結(jié)，防止?jié){液流失。

（4）若填充物為流塑狀，開挖過程中會涌出許多填充物，溶洞洞壁長久外露，在缺乏必要支護(hù)時(shí)，必然會發(fā)生垮塌。針對上述問題，應(yīng)采用帷幕注漿工藝，設(shè)置注漿管，其間距設(shè)定為1 m×1 m，當(dāng)溶洞內(nèi)填充物固結(jié)后，再實(shí)施開挖[9]。

（5）為降低圍巖受到擾動(dòng)，開挖作業(yè)過程中需要逐榀開挖，使用破碎裝置開挖填充物。完成開挖后，需立即采取支護(hù)措施，防止開挖面長久外露。若有部分填充物發(fā)生溜塌，需要立即噴灑混凝土，固結(jié)后安裝鋼架。

3.5 隧底溶洞處理技術(shù)

若隧底屬于空溶洞，則需要使用洞渣回填，壓平后才可建設(shè)仰拱。隧底的填充物厚度不超過4 m 時(shí)，使用換填整治工藝，將填充物挖除后，將洞渣回填[10]。若溶洞的填充物較厚，應(yīng)先建設(shè)樁基，并安裝梁板完成跨越。

4 結(jié)論

綜上所述，隧道施工遇到溶洞，且洞內(nèi)存在填充物，必然會影響施工效率及施工安全，需采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)探測溶洞，并根據(jù)其形態(tài)、大小及填充物狀況，制定合理的施工措施。

（1）對于巖溶發(fā)育地段，應(yīng)采用超前預(yù)報(bào)探測技術(shù)，并結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、水平鉆的使用，提高施工活動(dòng)的科學(xué)性。

（2）對于掌子面前方存在填充物的溶洞，應(yīng)采取措施防止出現(xiàn)突水突泥，避免填充物受到較大壓力，并采用有效的開挖技術(shù)。

（3）對于存在小型填充物的溶洞，若洞壁圍巖具有較高的穩(wěn)定性，可直接揭示出填充物，采用與空溶洞相同的施工技術(shù)。

（4）對于存在大型填充物的溶洞，為防止填充物發(fā)生溜塌，應(yīng)采取超前支護(hù)及注漿技術(shù)開展施工。

（5）對于隧底溶洞，應(yīng)采用基礎(chǔ)處理技術(shù)，并建設(shè)隧道襯砌。為防止初支形狀發(fā)生改變，需采用強(qiáng)鋼架、長鎖腳等裝置，增強(qiáng)初支剛度。

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