岩溶区隧洞施工处理措施分析

岩溶区隧洞施工处理措施分析

叶思颖

中建二局土木工程集团有限公司，广东省 佛山市  528300

摘要：随着水利工程建设项目越来越多，不同类型项目在管理过程中发现由于不良地质因素，隧洞穿越强岩溶发育区的现象越来越多，尤其位于我国西南地区，岩溶发育强烈，给工程建设带来极大不便，甚至引发重大安全事故，造成财产巨大损失及人员伤亡。因此，如何处理岩溶空洞、做好施工期阻水、降低洞内涌水突泥等风险，已经成为工程建设中关键技术之一，对保障工程建设的安全性、不延误施工工期及工程总承包管理等方面都具有重要的研究意义。

关键词：岩溶区；隧洞施工；处理措施

引言

长期以来，在岩溶地区的各项工程建设中，各种岩溶形态、岩溶地下水以及其他不良地质现象等都是影响施工安全、工程质量及运行期稳定的主要因素，同时也是工程建成运行的安全隐患。通常，岩溶地区的地质构造十分复杂，各种年代或成因的岩溶发育非常多，利用现有地质勘察手段对工程区域岩溶分布情况完全查明十分困难，给设计人员、施工人员带来非常大的困扰，施工难度较大。在国内外建设项目越来越多的大背景下，针对岩溶区域的开发也越来越多，由此诱发的岩溶塌陷事故也日益增多，引起各方越来越多的关注。尤其是总承包运行模式的项目，岩溶洞段处理难度大，耗费时间长，施工成本高，同时给工程建设带来严重的工期延误，影响项目整体运行，给总承包带来的风险成倍增加。

1隧道溶洞处治的基本原则

路隧道所遇溶洞基本为干溶洞或填充型溶洞，个别溶洞有少量水流。对位于开挖轮廓线外一倍洞跨内的溶洞，处治的基本原则是强调一溶洞一方案设计的针对性，在确保安全性的前提下，兼顾经济适用性。根据开挖后的实际地质情况，结合超前地质预报与监控量测报告，对隧道围岩级别作适当的调整，采取封堵、加固措施进行处治：（1）清除溶洞内松散充填物，采用喷、锚、网及钢筋束对溶洞壁进行封锚加固；（2）在隧道开挖范围外采用浆砌片石回填；（3）当溶洞底有水流时，需确保水系不变，采用涵洞或桥梁跨越。

2溶洞的形成机理及分布形态

溶洞是可溶性岩石中因喀斯特作用所形成的地下空间，是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分之一是难溶于水的固体（CaCO3），其在水（H2O）、二氧化碳（CO2）环境下发生化学反应转化成可溶性的无机酸式盐碳酸氢钙［Ca（HCO3）２］，化学方程式为：CaCO3＋ＣＯ２＋H2O＝Ca（HCO3）２。由于石灰岩层各部分石灰质含量不一致，被侵蚀的程度各异，就逐渐被溶解分割成互不相依、千姿百态的溶洞。溶洞在隧道开挖断面的分布位置及形状大小呈现随机性，不同位置、不同大小的溶洞对隧道结构的影响各不相同。根据隧道断面结构，溶洞分布形态基本可划分拱顶、拱腰、拱脚、底板四处代表性部位。由此，应对症下药，研讨相应的处治技术方案。

3岩溶区隧洞施工处理措施

3.1流水溶洞跨越处治

溶洞位于左侧下台阶，洞口长度约6m，宽度约6m，深度约12m，腔体呈葫芦状。通过现场勘查和材料分析，溶洞正好处于一个主断层和一个小断层交接处。溶洞横向向左延伸至附近的左江，溶洞揭露部分属溶洞右侧端头，基底普遍黏土夹碎石，局部集中堆石，存在少量常年流水，流水水位呈季节性涨落。

当隧道遇到大型溶洞，底部有水流时，需确保水系不变，采用桥梁方式跨越溶洞。施工前，需对溶洞周边安全施工环境进行全面排查，路线范围内溶洞壁采用挂钢筋网（8mm钢筋网片20×20cm）喷射厚度≥10cm的C25混凝土进行防护。鉴于本溶洞各方向发育相对较宽，采用垂直于道路中线的扩大基础式横向C30支撑墙，上方架设高度为120cm的C40梁板跨越。C300支撑墙基础基底根据开挖的基岩分布状况调整，使基础底面落在完整的基岩上，且基础下方5m范围内无溶洞。基础与基岩、每层混凝土之间采用42×4mm固脚钢管连接，固脚钢管按梅花型布置，纵横向间距均为50cm。支撑墙实际高度根据现场实际调整。作为支承，梁板内侧搭接于完整基岩上，梁板外侧与支撑墙整体浇筑，梁板纵向两端与完整基岩搭接宽度≥1m。梁板预埋110mmHDPE双壁波纹管透水。

3.2充填混凝土

根据地质物探与钻孔勘察方式，查明溶洞为空腔或饱水充填类型的，进行充填素混凝土处理。处理流程为：地表钻孔→下灌注管与排气管→泵送素混凝土→终孔封闭。地表钻孔采用150型地质钻机钻孔，在溶洞范围内钻出灌注孔与排气孔，并将PVC管通至溶洞中；混凝土采用C20普通硅酸盐混凝土，使用混凝土搅拌车运输至工作面，配合混凝土泵进行灌注，由于混凝土的作用，洞内的水和空气会通过排气管反出，当混凝土从排气管反出时，灌注结束，对灌浆孔口进行封闭。

3.3高压旋喷灌浆

根据地质物探与钻孔勘察方式，查明溶洞为充填软塑或流塑状类型的，进行充填素混凝土处理。处理流程为：地表钻孔→三管法（或两管法）灌浆→终孔封闭。地表钻孔采用150型地质钻机钻孔，孔间距1.1m，扩散半径0.7m，梅花形布置，覆盖整个溶洞平面投影范围。钻孔时为防止塌孔，可下PVC套管进行保护，并做好孔口封闭，防止杂物掉入孔中。钻孔结束后，自下而上进行高压旋喷灌浆，浆液可采用水泥砂浆或浓水泥浆，必要时，可适当掺加速凝剂或水玻璃。

3.4地表帷幕灌浆

由于地质勘探精度与现有手段限制，不能将整个岩溶隧洞区域的溶洞完全查明，且溶洞内部连通复杂。所以在开挖前，对隧洞平面投影范围区域进行帷幕灌浆加固处理。根据岩溶隧洞段实际情况，帷幕灌浆共需布设6排，排距3.5m，周边孔间距按照1.5m控制，中间孔间距按照3.5m控制，帷幕灌浆扩散半径为2.5m。

3.5穿越岩溶区后期处理

根据岩溶的不同规模拟采取5种方案：（1）对于无填充溶洞采用C20细石混凝土在隧洞开挖两倍洞径范围内由远及近进行填充；对半填充溶洞采用水泥砂浆进行填充；对全填充溶洞采用水泥浆进行加固。（2）对于无填充溶蚀宽缝、溶蚀裂缝采用水泥砂浆进行填充；对半填充及全填充溶蚀宽缝、溶蚀裂缝采用水泥浆进行加固。（3）对于对溶孔、小溶腔采用水泥浆进行加固。（4）对于出水量较大的采用水泥浆结合化学浆液进行注浆堵水（5）对于存在隐伏溶腔、溶洞的IV、V类围岩段，注浆加固处理灌浆孔布置应与固结灌浆钻孔布置相结合。

但是，实际施工时产生了许多问题，一是地质雷达探测出多处异常区，探测结果多为溶洞溶腔、溶蚀裂缝，经过实地钻孔探查，发现实际存在的空腔很少，且全部为小型的溶蚀裂缝，二是溶蚀裂缝延伸远，大量涌水且注浆量极大。增加了费用影响了通水目标。在多次会议就有关问题进行研讨，并积极咨询专家协助下，对处理方案进行了如下优化：（1）对无填充溶洞，采用C20细石混凝土回填一倍洞径厚度，对于回填灌浆圈以外的隐伏溶洞不进行处理，对半填充及全填充溶洞先进行冲洗后用C20细石混凝土置换；（2）对溶蚀裂缝采用水泥浆进行填充，水泥浆水灰比1:2。

结束语

EPC工程总承包模式已成为国内近年发展较为迅速的一种工程管理模式，在较多工程中已发挥了较大的优势与作用，帮助业主及项目管理单位实现了投资、进度、质量等目标要求的同时，还提高了一些大型项目总承包方的集成化管理收益。岩溶区工程施工的核心技术环节为防渗阻水，将水体控制在开挖洞径以外的区域，将大大提高工程施工过程中的安全性与可靠性。但目前常用的各种地质预报与勘探手段面对岩溶区域都有其局限性，因此在工程设计时，应尽量避开溶蚀地层，尽可能避开风险点。在工程总承包运行模式下，了解岩溶区域地质特性、明确基本处理措施、掌握处理措施工程造价，评估项目施工工期，对保证工程安全施工与顺利推进都有重要作用。

参考文献

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