余家(齐耀山)隧道岩溶处理技术

2011-04-12陈延安闫明超

山西建筑 2011年19期

陈延安闫明超

岩溶是地表水和地下水经过不断补给、径流、渗透和循环对可溶性岩层进行化学溶解作用和机械破坏作用的产物。岩溶在隧道施工中经常遇到，尤其在地下水发育地段，岩溶水容易导致掌子面涌水、突泥，围岩及支护结构变形、开裂及坍塌等病害，影响施工进度，危及施工安全，破坏周围环境。因此，掌握岩溶的处治技术是保证隧道施工安全的一个重要方面。岩溶处理应遵循“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。

1 概述

新建渝利铁路余家隧道位于湖北省利川市境内，隧道全长3491 m;隧道洞身穿越齐耀山脉，全隧可溶岩长3441 m，占隧道全长的98%。隧道自2009年4月打开洞门，分进、出口两个工区组织施工;于2010年12月顺利实现贯通，掘进施工历时20个月。

2 岩溶隧道施工难点

隧址区内需穿越许多的特大富水隐伏溶腔、岩溶峡谷、煤层、溶缝、落水洞、断层破碎带、地下暗河和山中暗湖等特殊地质构造带，施工地质十分复杂，不可预见性因素多，被铁道部列为高度风险隧道。

该隧道的主要技术难点有:1)岩溶发育情况的准确预报;2)全隧溶洞(暗河)数目众多——共开挖揭示55个，其中大型溶洞、暗河通道6个(条);3)隧道岩溶及地下水整治;4)岩溶隧道风险管理技术。

3 岩溶处理技术

岩溶隧道施工时，根据设计文件有关资料和现场综合超前地质预报成果，首先，应尽可能多的查明岩溶类型、分布情况，岩层的稳定程度和地下水流情况，然后按照岩溶对隧道的影响程度和现有施工条件，制定出实际可行的工程治理措施。本工程在岩溶施工中成功应用了以下处理技术。

3.1 无水型裂隙

对于无水型岩溶裂隙采用混凝土或水泥砂浆回填，并于裂隙发育范围架设钢架支撑加强支护。

3.2 有充填物及充水型裂隙

根据开挖揭示情况采用φ42小导管进行径向注浆，采用钢架支撑，并及时施作二次衬砌。方案如下:

1)超前探水未揭示而开挖后暴露的涌水岩溶裂隙的止水处理。a.处理涌水时，在出水口附近采用手持式风钻、φ50钻头，钻2个～4个以减小涌水流量和压力为目的的分流孔，安设孔口管。涌水压力及流量较大时，可视具体情况增设1个～2个分流孔，分流孔应在一定深度(3 m～10m)处与溶洞或溶隙交汇。b.注浆材料采用水泥浆，水灰比 1∶1～1∶0.6，注浆终压:P［水压］+1.5mPa。

2)超前探水遇溶缝、溶槽涌水的处理。a.涌水量及涌水压力不大时(＜0.5mPa)，使用孔口安装止浆塞直接利用探水孔进行注浆，若涌水量及压力较大(＞0.5mPa)，则在出水孔口处2 m～4 m范围内钻1个～2个分流孔，以减小涌水压力，有利于注浆。探水孔和分流孔均作为注浆孔。注浆终压:P［水压］+1.5mPa。b.若孔口段岩石破碎，应安设孔口管，孔口管安设前先用麻丝棉纱等缠绕孔口管，然后打入注浆孔，孔口与岩壁之间用膨胀快硬水泥堵塞，然后注浆，注浆完毕后，封堵孔口。

3)开挖前探测有局部富水，或开挖后局部点以管道流或裂隙形式出水处理。a.处理方法:采用局部注浆予以封堵。b.注浆参数:注浆孔孔口间距1 m～1.5m，根据现场情况可适当调整;单孔扩散半径2 m，注浆孔与出水裂隙面尽量大角度相交;注浆压力大于0.5mPa即可。

3.3 无充填或半充填型岩溶洞穴

1)岩溶洞穴位于隧道拱部和边墙位置。增设排水系统后，可采用喷射混凝土回填或在初期支护完成后采用水泥浆回填，如位置位于拱顶位置增设缓冲层。2)对于边墙部位，经分析判断，可采用浆砌片石回填，回填厚度为3 m～5m，并做好排水系统。3)基底发育的小型无填充岩溶处理。a.当发育深度小于5m时，采用混凝土回填。b.当发育深度大于5m时，采用弃碴等回填基底5m范围以下部分，夯实，并保证满足承载力及沉降要求;隧道基底以下5m采用混凝土回填。4)岩溶洞穴位于隧道基底位置可采用混凝土回填密实。

3.4 小型充填型岩溶洞穴

1)当岩溶洞穴填充物以静储量为主时，开挖揭示后，对隧道开挖轮廓线外5m范围内岩溶管道进行锚网喷防护，并采取钢架支护;开挖3 m～5m范围采用浆砌片石回填，排水盲管直接连接至隧道排水水沟。

2)当无法确定补给水量的填充型岩溶洞穴时，拱墙采用超前局部注浆加固并在岩溶管道部位采取超前大管棚支护;基底采用φ42～φ108钢花管注浆加固，测试水压的大小，确定二次衬砌结构形式。

3.5 小型隐伏型岩溶洞穴

隧道施工过程中应采用地质雷达或浅孔钻探，对隧道周边5m～10m范围进行隐伏岩溶探查，当探查揭示出隧道开挖轮廓线外5m～10m范围内存在隐伏岩溶洞穴时，视充填及地下水发育情况采取局部注浆措施，对隐伏岩溶进行注浆回填或注浆固结。

3.6 大型干溶洞

对于大型干溶洞的处理方案共有七种，见表1。

表1 大型干溶洞处理方案

3.7 大型充填型溶洞处理方案

大型溶洞处理需要依照岩溶发育情况，在充分调查清楚岩溶空间形态、与隧道的位置关系、充填物成分及地下水发育情况后根据其特点，可做如下处理:

1)预注浆加固:全断面超前预注浆加固、地表预注浆加固、拱部及边墙径向注浆加固。

2)基底加固:基底钢管群桩加固、基底高压旋喷桩加固。

3)超前大管棚支护。

4 岩溶隧道施工的几点建议

1)隧道通过可溶岩地段，必须本着“长短结合、物探与钻探相结合，多种物探结果相互印证”的原则施作综合超前地质预报，进行地质预测。根据预报结果及时修正施工方案。2)隧道通过可溶岩地段，施工中若揭示溶洞、溶槽，应加强安全防护措施，并查明其性质、形态及与隧道的关系，不得随意回填，并应及时提出动态设计建议，以便处理。3)施工前，应针对隧道工程特点制定施工风险管理方案，对参建人员进行各项安全生产作业培训，开展涌水、突泥应急处理和事故抢险演练，参建人员必须经考核合格方可上岗。4)岩溶隧道施工中，洞内必须配备逃生工具，逃生工具包括逃生车辆、救生衣、救生爬梯等。5)施工中应加强对突水、突泥现象征兆的监测，当预测有突水、突泥征兆时，应及时组织相关工区人员及机械设备撤离。

5 结论与体会

1)岩溶处理应本着“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。处理方案应建立在对溶洞空间形态、填充物组成成分、地下水补给方式及雨季最大流量的基础上制订，确保隧道施工和运营安全。2)应用多种超前地质预报方法相互印证，预报前方岩溶、地下水发育情况对施工安全非常重要。目前，可以采用常规地质素描法，钻探法，物探等手段对掌子面前方和周围岩溶的大小、规模、发育、充填等情况进行综合预测、预报，但单一一种预报手段很难准确判定隧道前方岩溶发育情况，需要我们对多种预报方法所得到的结果进行综合分析，再使用超前钻探这种最直观、有效的方法进行验证的方式效果很佳。3)岩溶处理应调查清楚地下水的补给形式，尽量避开雨季和暴雨天气。枯水季节及地表上冻的冬季，是溶洞处理的较佳时机。4)对溶洞进行封堵时，一定要认真测定溶洞的水量、水压，正确判定水流方向，并对涌出物、化学元素进行分析，以便合理选择注浆方式、材料、参数、工艺、设备。5)对于岩溶隧道施工，严格按照施工流程来执行。