隧道岩溶处理施工技术方案研究

隧道岩溶处理施工技术方案研究

胡文斌

中铁五局集团有限公司湖南省长沙市410007

摘要：本文结合某铁路隧道岩溶处理施工实例，针对岩溶地区隧道遇到大型溶腔的处理方案及施工技术措施进行了研究探讨，对其成果资料进行了总结，为类似工程提供参考。

关键词：岩溶隧道；施工技术；方案研究

1前言

隧道穿越岩溶区，常会遇到大型干溶腔，也有可能会伴随岩溶突泥涌水等地质灾害发生，超前预报预测探明前方溶洞情况是防止灾害发生的有效措施，岩溶处理方案视所遇溶洞规模及出现部位确定，既要考虑施工安全有利于工程修建，减轻岩溶的发展和危害，保证工程结构的永久安全，又要考虑有利于该地区的环境保护，制定合适的技术处理方案是岩溶隧道施工需要解决的重要技术难题，通过对刘家寨隧道溶洞处理施工技术方案研究，为今后类似工程提供借鉴。

2工程概况

黔张常铁路刘家寨隧道全长3078.5m，为双线单洞隧道，隧道进口段1070m位于直线上，其余均位于半径4500m的曲线上，隧道洞身单面下坡，纵坡自进口至出口分别为-6.5‰、-17.5‰，洞内坡长分别为37m、3041.5m，隧道出口桥隧相连。

隧道位于中低山地区，高程600～850m，为一穿越单面山隧道。隧道全线处于可溶岩地区，工程场地杓造体系主要隶属华夏和新华夏构造体系。大地构造单元属扬子地台，二级构造单元为鄂黔台褶带，带内以斜歪褶皱为主，总体有向斜紧密、背斜相对宽缓的特点。而断裂多发生在大型背斜的陡翼，断裂的发育受褶皱的控制明显，走向与褶皱轴向大致平行，长度都不超过其所在褶皱的长度。

隧道从出口开挖至DK103+501附近时，超前地质预报预测前方有大型溶洞。DK103+501附近地表为岩溶洼地与溶丘相闾分布的地貌，岩溶发育强烈。山坡岩石表层溶糟、溶痕等溶蚀现象严重。出日靠近冲积河谷，侵蚀基准面低，溶洞、裂隙水近水平形态发育，形成网状岩溶系统，但溶洞、裂隙水规模相对较小，溶蚀面受高程控制埋深较浅，垂直渗流带较短。隧道洞身附近溶洞、溶隙发育，隧道开挖存在遭遇突水、突泥的可能。

3溶洞开挖揭示情况

超前预报对掌子面DK103+501及基底DK103+524～DK103+501段进行探测。掌子面地质雷达揭示：DK103+501～DK103+485段溶蚀裂隙发育，岩体较破碎，采用超前水平钻探进一步探查仓DK103+485～DK103+473段溶蚀裂潦较发育，岩体较破碎；DK103+473～DK103+471段溶蚀裂隙发育，岩体较破碎。

基底：DK203+517～DK203+501段，二台阶向下30～160m段，溶蚀裂隙较发育，岩体较破碎，其中DK2O3+504～DK203+501段，深度40～85m位置，溶洞发育，岩体破碎，为保证施工安全，采用进行竖向钎探进一步验证后开挖。

采用地质雷达对DK103+501掌子面及边墙DK103+502～103+541段进行探测，结果显示：掌子面DK103+502～DK103+485段，溶蚀裂隙发育，岩体较破碎，其中DK103+496～DK105+492段，为溶洞发育区，DK103+485～DK103+876段，节理裂隙发育，岩体较完整；DK103+476～DK103+472段，溶蚀裂隙发育，岩体较破碎；左边墙DK103+502～DK103+541段，左边墙向外20～350m，岩溶溶洞发育，英中DK103+502～DK103+506、DK103+516～DK103+522、DK103+526～DK103+553段，溶洞距边墙距离小于5m。

该溶洞为一个大型的不规则竖向落水洞，溶洞高约30～65m，沿线路方向长约20m，横向宽约6～24m，顶部较小。开挖平合面距笫一级竖向平台面约48m深处呈一宽缓平台，从平台底板到溶涠顶有约68米高、长庹约23米、宽度约24米，平台两侧有不规则干裂隙溶槽，相互贯通。距第一级平合面距线路左边墙约24米处发育一竖向溶腔，洞口呈圆形，直径约8～10m，洞深约85～125m，洞口往下呈不规则发育，宽度约30～45m不等，溶涠内无充填物、有滴水、洞壁大体稳定，局部由振动引起掉块。

4水文地质分析

DK103+501处溶洞为一垮落型溶洞，洞底有块石堆积，最大尺寸约3m，洞壁局部有滴渗水和泥皮，几无钟乳石发育，定名为+501大型溶腔。

开挖洞口距洞底垂向48m范围内局部分布有蜂窝状溶腔，向东北和西北两个方向延，为颀层理溶蚀垮落形成。补径排特征：隧道区大气降水呈面状入渗及汇流通过DK103+376右11m，DK105+370左169m、DK103+448右65m发育的三处落水洞及周边广大裸露型岩溶区补给，经溶蚀裂隙汇流，于溶腔东北侧底部落永洞消逝。该段汇水面积约0.3km2，流量约200～5000m3/d。

5技术处理方案

针对以上对隧道溶洞的情况描述，为垮落型溶洞，洞深最大达125m，水流量呈季节性，溶洞壁周围岩层稳定，确定处理技术方案的整体原则是结合补勘地质资料及施工中超前地质预报资料，考虑施工过程中溶腔遇季节性降雨影响，溶腔内水量较大的情况，确保施工安全以回填为主、支护结构加强、保持既有水系通道、跨越型式通过的方案。采取的处理措施如下。

1）为确保溶洞回填施工安全，对溶洞上部岩壁局部存在的危岩落石予以清除，并采用喷射C20混凝土防护。

2）DK103+492处增设一座综合洞室，后期为作为检查洞室或施工泄水洞预留空间。

3）DK103+501线路左侧大型溶洞采用以回填为主的处理措施，对掌子面DK105+501坚向溶腔约48m处平合以上采用C20混凝土浇筑回填，预留过水遢道，混凝土浇筑前对周边岩壁施作锚杆嵌入岩体，增加回填混凝土与溶洞壁的整体性。对衬砌轮廓线外3m范围内采用C20混凝土回填并在背后吹沙，回填高度至拱顶以上2m。

4）在混凝土浇筑过程中对月边裂隙溶洞处每处预留不小于￠300市政波纹管，排水管采用无纺布包裹，保证两端菅口不被封堵，流水通畅并引排至过水通道。

5）在拱部溶腔回填混凝土前预埋2根￠200市政波纹管，并引排至过水通道。

6）DK103+501～DK103+471段拱部设￠89中管棚+￠42超前小导管支护。

7）DK103+5ll～DK103+491段采用V-YBL-2型衬砌支护类型，DK103+491～DK103+471段采用Vyˉ2型衬砌支护类型。施工方法采用三合阶临时横撑法施工。

8）为保证隧道运菅安，在溶洞段隧底采用钢筋混凝土粱板结构跨越。

6现场方案实施

溶洞探明后，根据技术处理方案，制定详细的施工方案，严格按照施工方案对溶洞进行正确地处理，处理过程中以确保安全为前提。

6.1溶洞危石清除、锚喷支护施工

核查地质情况，确定需清除的危石，搭设脚手架，人工配合机械清除危石。在溶洞底部搭设脚手架，铺设行走及锚喷工作平台，检查工作平台稳定性，接入风管、水管，锚杆钻孔施工，插入、锚固锚杆，进行喷射混凝土作业，喷射混凝土支护直至洞底平台。

6.2溶洞回填

1）在DK103+492线路左侧扩挖断面作为作业通道，后期作为检查洞室，长度5m.

2）在隧道外侧空腔施作砼回填，采用C20砼结构。在DK105+501竖向溶腔约48m处平台边缘3m内，以上采用C20混凝土浇筑回填砼护墙，预留过水通道，混凝土浇筑前对周边岩壁施作锚杆嵌入岩体，锚杆采用φ32螺纹钢L-3m，嵌岩2m@2*1（纵*环），增加回填混凝土与溶洞壁的整体性。施工前先对48m处平台原回填洞渣进行清理，然后再进行立模施工。

护墙外侧模板采用15mm厚竹胶板，其加固体系采用φ10钢筋拉杆对拉加固模板，拉杆间距间距1m*1m。护墙砼浇筑3m每段，每10米留1米宽台阶。在混凝土浇筑过程中对周边裂隙溶洞处每处预留不小于φ300市政波纹管，引排至过水通道。

混凝土浇筑水平分层、左右对称、连续进行。如必须间歇时在前次混凝土初凝前灌注完上层混凝土。振捣时应快插慢拔，插点均匀排列，不得遗漏。单侧一次连续浇筑高度不超过0.5m，输送软管的管口至浇筑面垂直距离不得超过2m，控制在1.5m以内，以防混凝土离析。超过时采用串筒，振捣器选用合适的功率，杜绝采用大功率振捣器，以防止模板变形跑模；混凝土内部采用插入式振捣器振捣，标准为混凝土表面不再下沉，无气泡，表面开始泛浆液为止。

采取覆盖浇水养护，设专人负责，特别加强前期混凝土的养护工作，始终保持混凝土面润湿。

由于本溶洞较深，浇筑砼后作业空间较小，所以砼浇筑完成后模板不予拆除。

6.3洞内中管棚超前支护施工

在DK103+501处掌子面扩挖至Vy-2支护类型断面并设立I20a拱架，向小里程方向施作φ89管棚加超前小导管注浆超前支护，管棚环向间距60cm，长度30m。管棚钻机就位，钻孔，清孔后，顶入管棚，对管棚进行编号，安装注浆阀，按设计要求制浆，按奇偶数分别对管棚进行注浆。三台阶临时横撑法施工暗挖隧道，DK103+511～DK103+491段采用VYBL-2型衬砌支护类型，及时施作初期支护及加强支护。

6.4板梁及衬砌施工

施工至DK103+486后，返回来在溶洞段DK103+501～DK103+486隧底施做钢筋混凝土梁板，板梁截面尺寸为3mx2m（高x宽），板厚1.5m。板梁施工确保板梁端部落在稳定的岩层上面。

基底承载力达到要求后施作仰拱衬砌，然后施作拱墙衬砌，对衬砌轮廓线外3m范围内采用C20混凝土回填并在背后吹沙，回填高度至拱顶以上2m。

7施工注意事项

1）在所有处理步骤之前先对施工作业面顶部潜在的危险岩体进行清危和临时锚喷支护。喷射混凝土作业前先清除工作面松动的岩石，确认作业区无塌方、落石等危险源存在，喷射混凝土作业人员佩戴防尘口罩、防护眼镜、防护服等防护工具，并避免直接接触液体速凝剂，不慎接触后应立即用清水冲洗。

2）施工区域设警示标志，严禁非工作人员出入。

3）施工人员采用φ16螺纹钢制作的爬梯进入溶腔，并系安全绳，照明必须延伸至溶腔底部，通风管必须延伸至掌子面。

4）施工中对机械设备进行定期检查、养护、维修。各种机械、电器的操作者必须持证上岗，非操作司机和机电操作者，严禁擅自动用机电设备。施工中保证机械作业的施作空间，确保协调安全施工。

5）为保证施工安全，现场应有专人统一指挥，并设一名安全员负责现场的安全工作，坚持施工前安全教育制度。

6）施工中必须加强围岩量测，根据量测结果及时反馈支护信息，确保支护措施安全合理。

7）加强临时用电管理，临时用电设施派专人看守，并有防护措施。送电电缆、电线须绝缘良好，无破损，闸箱要有防雨设备并有接地装臵。较大容量的用电设备须加漏电保护器。

8）严格按照设计图纸的要求进行施工，确保钢管棚钻孔深度满足设计要求，钻孔施工过程中做好编录。

9）溶洞内作业时，采取通风措施，对含量虽不超过规定，但作业人员有呼吸不适的，也应采取通风或换班作业等措施。

10）施工过程中对异常情况及时向上级汇报，及时进行处理。

8结束语

岩溶地区隧道施工有很大的难度和复杂性，施工过程会遇到大型溶洞，处理不好会有可能发生岩溶突水、突泥等地质灾害，超前地质预报探明前方岩溶情况是防止灾害发生的有效措施，制定合适的技术处理措施和详细的施工方案是岩溶处理的关键，严格按照方案实施是确保安全的有力保障；刘家寨隧道DK103+501溶洞从超前地质预报发现到进一步探明、制定方案和实施处理都严格按照每一步的程序进行，处理过程都非常顺利，确保了隧道的安全施工。