长大铁路隧道岩溶段施工控制技术

长大铁路隧道岩溶段施工控制技术

耿雷

中铁二十三局集团第二工程有限公司黑龙江齐齐哈尔161000

摘要：随着交通的快速发展，长大隧道的修建越来越多，隧道施工中遇到岩溶的情况也越来越多，隧道岩溶的处理已经成为隧道施工中需要解决的关键问题。基于此，文章就结合具体的工程实例分析长大铁路隧道岩溶段施工控制技术，希望可以给后续类似项目提供一点参考和建议。

关键词：长大铁路隧道；岩溶段；施工控制技术

引言

铁路隧道是铁路线路在穿越天然高程或平面障碍时修建的地下通道。随着科学技术的进步和生产管理水平的提高，我国修筑山岭隧道的能力不断增长，修建隧道的规模和长度日益增加。在铁路线路建设中隧道一般为施工的关键环节，往往影响整个工程的进度。长大铁路隧道施工是研究人员、设计者及施工人员考虑的重点，特别是复杂地质条件下长大铁路隧道岩溶段施工，越来越受到研究者的关注。

1岩溶的危害

通常在隧道工程施工作业中遇到的岩溶灾害主要有四种：（1）因洞穴导致建筑物全部或部分悬空，大大降低了隧道工程的投入使用后的可靠度。（2）洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的稳定。（3）隧道中地下水流失，导致隧道顶部地面岩溶塌陷，原本相对稳定的地质环境遭到破坏。（4）岩溶水问题，尤其是在CO2等可溶性物质增加时，水的流通将侵蚀隧道结构，使隧道使用寿命大打折扣。所以，在隧道施工中正确处理溶洞问题对当今我国工程领域事业发展具有重要意义。

2岩溶类型?

根据岩溶不同的形成方式，我们可以将岩溶类型分成三类，也就是下面我要介绍的有充填物质的岩溶、干涸古岩溶以及充填地下水岩溶。（1）所谓的填充物质岩溶，就是说在岩溶中填充了较多的流塑状物质，这些填充物的颗粒有大有小，尺寸各不相同，其中还可以存在大块孤石，如果建筑物在没有预见的情况下正面通过此类岩溶，有可能发生岩溶的大面积揭开或因岩溶保护层厚度较小而导致自然胀裂，这时其中的充填颗粒会迅速向外外溢冲，这给建筑物带来的危害和破坏是十分大的。（2）其二，如果在溶洞中不存在填充物，且岩体壁面十分坚硬，我们就称之为干涸古岩溶，这种岩溶安全性高，对建筑物不构成威胁和破坏，不实际操作中我们只需做好干涸古岩溶揭开周壁的保护工作，以避免因外部作用力对岩溶的冲击，确保其岩体的稳定性就行。（3）此外，还有充填地下水岩溶，此类岩溶就形如盛满水的容器，将水包裹在岩壁之中，这主要是因为岩溶中的已达到溶解饱和，对四周岩壁不再具有溶解的性能，同时在岩溶中没有适当的流出渠道，从而使得岩溶中充满了地下水，如果揭开岩溶，尽管其破坏力远不及填充物质岩溶，但依然会对施工生产带来相关损失，有幸的事，填充地下水岩溶能够通过一些内部水压等先兆在实际工程中事先预知。因此，在岩溶地区开展地下工程作业时，我们需要一些优秀的地质工程师，实地对工程施工面展开地质分析，预测施工中有可能发生的地质灾害，并针对相关的地址灾害做出适当的预防措施，尽可能避免或降低因岩溶地质灾害带来的经济损失。

3岩溶段施工控制技术

3.1工程概况

某单线铁路隧道全长3630m,最大埋深约361m。岩层受区域构造影响,局部有扭曲,岩层产状由隧道进口的N37°E/22°NW,渐变为隧道出口段的层N65°E/12°NW,代表性节理产状有:N63°W78°NE和N52°/76°SE。隧址区的水文地质条件比较复杂,地表少有泉水出露,冲沟发育,水文地质条件的复杂程度,主要与区域地质构造、岩性以及裂隙的发育程度有密切关系。隧道岩溶段长度349m,D1K258+964~D1K259+108段岩溶中等发育,D1K260+240~D1K260+445段岩溶强烈发育。

3.2施工控制技术

3.2.1搞好岩溶段施工地质超前预报

施工中应加强岩溶段的地质预报,通过地质预报弄清楚岩溶类型、位置和规模。超前地质预报综合采用掌子面素描、加深炮孔、超前地质水平钻、地震波法等方法,以达到互相验证、短长结合,保证地质预报的可靠性。隧道开挖中,通过开挖面围岩的产状、走向、出水点位置、节理等地质素描,弄清楚隧道开挖面前方围岩情况和走向。隧道开挖时,每循环加深3~8个炮眼,每个炮眼加深3m以上,以获得开挖面前方隧道围岩情况。对地质素描和加深炮眼等探测发现问题的区域,采用孔径为89mm的地质超前水平钻进行探测,一般地段超前探测应超过30m,搭接长度大于5m,断裂活动带的超前探测距离宜为80~100m,搭接长度宜大于100m。同时采用地震波法进行探测,探测距离宜为100~120m,搭接长度宜大于10m。最后根据这四种预测结果,分析岩溶情况,采取有针对性地处理措施。

3.2.2岩溶洞穴处理

岩溶洞穴处理应根据隧道与洞穴的位置关系以及洞穴的大小,采取绕避、加固、封闭堵塞、跨越处理措施。隧道内出现暗河或很难处理的溶洞时,宜采取从其旁边开挖导坑绕避继续向前施工,再回头处理。对深而大的暗河或溶洞,宜用拱、梁跨越,拱、梁应置于基岩上,保证基础牢固可靠,不能满足要求时,应采用圬工进行加固。不同位置应采用不同的跨越方式,如隧道底部有溶洞时,可考虑采用桥梁跨越;隧道边墙位置有较深并且较窄的溶洞时,可考虑采用加深边墙的基础跨过。对于较小跨径、发育已经停止的无水的暗河、溶洞,应按照暗河、溶洞与隧道之间的关系,暗河、溶洞内部的填充物情况,考虑采取回填干砌片石、浆砌片石或混凝土进行封闭。如有必要,应根据实际情况对隧道边墙基础进行加深处理,或对隧道拱部空洞进行回填、喷锚支护,或加设护拱进行处理[3,4]。

3.2.3洞穴充填物的处理

(1)小型溶洞处理方案见图1。当隧道内发育溶洞内位于边墙部位或者发育深度不到2m的掌子面外面的溶洞,宜采取回填处理。回填采用干砌片石,封堵采用厚度大于2m的M7.5浆砌片石,并在溶洞内埋设软式透水管,软式透水管直径为10cm。为排出溶洞内水,软式透水管应延伸到隧道内排水沟。当隧道内发育溶洞内位于边墙部位隧道底面下面时,应清除干净溶洞内部的充填物,再用C15片石混凝土进行回填。

图1小型溶洞处理方案

(2)大型溶洞处理。发育深度大于2m的开挖面外溶洞以及宽度比隧道开挖面小的大型溶洞处理与拱腰以上大型溶洞处理方案相同。根据隧道内充填物情况分别采取如下两种方法进行处理:(1)溶洞内的充填物可以清除或者溶洞内无填充物。溶洞处理先回填厚度超过0.5m的C25泵送混凝土,再打设嵌岩锚杆,锚杆间距为1.2m×1.2m,嵌入基岩不低于1.5m。最后挂钢筋网,喷射混凝土。溶洞内应埋深排水用的软式透水管,管径为10cm,与溶洞外设置的Ω型排水管相连。(2)有不能清除的填充物的溶洞。隧道施工时应探明溶洞内充填物的物理性质和填充状况后进行处理。该隧道这类溶洞超前支护采用间距为0.3m的水平超前小导管,直径为42cm,长度为4m。该处隧道开挖用预裂爆破,支护采用间距0.5m的18工字钢。为保证其基础牢固,基础处应适当扩挖。二次衬砌采用钢筋混凝土,内埋设软式透水管,管径为10cm,与溶洞外设置的Ω型排水管相连。

(3)基础及路面下大型溶洞处理。隧道内该类溶洞处理方案主要是采取跨越措施,具体处理分如下两种情况进行:(1)较宽的发育溶洞。隧道经过该类溶洞采用钢筋砼梁跨越处理,但梁下方采用桩基础或扩大基础进行处理。(2)某一方向宽度较窄溶洞。该类溶洞跨越采用厚度为0.5~1.0m的钢筋混凝土梁,强度为C25,梁上方溶洞预留泄水孔。梁下方溶洞回填M7.5浆砌片石,内埋设Ф116mmHDPE双壁引水管。

3.2.4规模较大溶洞的处理措施?

（1）暗沟排水?

隧道穿过无填充的空溶洞，顶部常有水流下，沿溶洞水流通道由消水洞自排出。为不致因修建隧道后阻塞水流道路，在隧底修建石砌暗沟使溶洞水通过暗沟仍沿原有通路由消水洞自行排出。?

（2）涵洞、泄水洞排水?

当溶洞自行排水通道不畅，地下水又很发育，不足以排除溶洞涌水时;为不使溶洞地下水危及隧道安全，在溶洞底设置涵洞和泄水洞系统排水.为引水汇排，对岩层进行了钻孔引水，隧道边墙及泄水洞相应地段预留泄水孔洞，以利引水，集中汇水后由泄水洞排除。?

（3）渗沟、铺砌排水?

为保障水流畅通，隧底溶洞水流通道采用渗沟排水，明洞顶铺砌排水，将水引入溶洞另一侧，由溶洞自行排走。

3.3施工质量控制措施

3.3.1开挖阶段的质量控制?

长大隧道岩溶段施工的质量控制是整个建设中的重要环节，其质量控制和技术有着很大的关系。在开挖的众多控制环节中，开挖阶段的质量控制可以包括开挖断面的控制和超欠挖控制。在爆破环节控制中，不正当爆破会导致岩层周边受到影响而失稳，因此爆破严格控制炸药的用量，降低爆炸扰动。因为在开挖环节容易受到方方面面因素的影响，所以在开挖环节要采用目测法对开挖轮廓进行检验，对实际出渣量和设计出渣量要实测，通过对比衬砌混凝土量和设计衬砌混凝土量来实现超欠挖控制。?

3.3.2隧道支护的质量控制?

长大隧道岩溶段支护是隧道安全控制的重点和难点，隧道支护多采用钢支撑进行加固，此环节要对支护的加工质量和安装质量进行控制。在对加工质量控制的过程中，支撑构件的尺寸、强度、刚度以及焊接质量等性能是控制的重点和难点。在检测中，支撑构件尺寸标高、间距以及安装和倾角等也是检测的重点。实测过程中，平面检测可以用直角尺，侧面检测可以用坡度规。钢架的稳定性控制，要检查基础的牢固性，同时还要检测构件和岩层的结合性。安装质量的控制要点有长度、挖孔深度砂浆饱满度以及锚固拉力等。?

3.3.3隧道防排水系统的质量控制?

在防水质量控制过程中，防水层的材料检验和安装检验是控制防水层质量的两个重要环节。在防水卷材材料质量的控制中，要对防水层的抗破坏能力、耐老化能力、柔性、耐酸性以及使用寿命等参数和性能进行控制。在材料的检测过程中，要对材料的长度、宽度以及厚度等参数做好监测。防水接头的控制也是防水质量控制的一个小环节，此环节对接头的宽度和焊接牢固性要做重点控制。焊缝的检查多采用目测法进行控制，通常将防水层托起，然后查看和喷射混凝土层是否密切结合。对拱形或下垂型的构件其范围要控制在1.2m以内，保证防水板的整体性。在检测过程中，要严格按照设计对排水管的材料质量以及规格进行复核。?

3.3.4隧道质量控制的详细操作?

在控制施工掘进进程中的质量维护时，必须在隧道开挖时进行及时的超前地质预报或隧道超前地质预报，对周围地质环境附近的围岩与地层情况做出提前一个时间段的勘察和监测。它是建立在弹性波理论的基础上，采用频域分析反射波信号，进一步根据隧道周围地质环境进行推测了解岩体地质的变化情况，然后根据具体精确的数据进行后期跟进维护，并且切实对隧道周围环境可能存在的岩性分界、断层、软弱夹层以及岩溶等不良地质体质的规模、性质及延伸情况进行一对一记录和解密。?

完善质量控制体系，严把材料、管理关，在做好地质前预报的同时，要了解岩层的产状、地形特征和破碎带等，制定有效的施工方案。对地质比较软弱的地段进行注浆加固，加强软弱地段的稳定性和可靠性。选择合格的建筑材料，控制好混凝土配合，在保证混凝土质量的前提下，在混凝土拌合过程中要搅拌均匀，在运输中防止离析，必要的时候要对混凝土进行二次搅拌。

结语

隧道岩溶段施工是隧道施工的重点和难点问题，直接关系到隧道施工的安全、进度、质量和造价。隧道内岩溶段处理应采取多种超前地质预报弄清岩溶的填充物、发育及规模，根据岩溶的具体实际情况采用有针对性的处理方法。采用上述方法，安全顺利地完成了该铁路隧道岩溶段施工，希望为跨越岩溶隧道的修建提供了技术借鉴。

参考文献：

[1]陈开强,姬同旭.峨岭关隧道岩溶段施工开挖控制技术研究[J].公路交通科技(应用技术版),2017,13(07):284-285.

[2]吕强.铁路隧道穿越岩溶群区施工控制技术研究[J].现代隧道技术,2005(04):32-36.