淺談巖溶地層隧道施工中典型溶洞的處理技術(shù)與措施

鮑宏偉

沈陽公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110011

0 引言

在巖溶地層中進(jìn)行隧道施工，由于地下水和溶洞的存在，大大增加了隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)和難度，容易引發(fā)工程事故甚至地質(zhì)災(zāi)害；另一方面，由于巖溶地質(zhì)的復(fù)雜性、差異性及高風(fēng)險(xiǎn)性，巖溶地層的隧道施工始終是隧道建設(shè)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。在巖溶地層隧道設(shè)計(jì)和施工過程中，應(yīng)根據(jù)具體的巖溶類別和規(guī)模、巖溶水發(fā)育情況、溶洞圍巖的穩(wěn)定性，以及溶洞與隧道的位置關(guān)系等因素，綜合考慮采用相應(yīng)的處理措施。

1 巖溶與隧道工程的關(guān)系及其影響分析

巖溶的發(fā)育一般是不規(guī)則的，其與隧道工程線路的關(guān)系一般可簡化為三種典型類型：嵌套型、相交型、環(huán)繞型。嵌套型巖溶溶洞，當(dāng)其發(fā)育規(guī)模較小時(shí)，且其完全在隧道設(shè)計(jì)斷面內(nèi)，這種溶洞對隧道施工的影響可以忽略；當(dāng)巖溶為發(fā)育規(guī)模較大的填充型溶洞，且整個隧道在巖溶中穿過時(shí)，施工難度將非常大，必須根據(jù)填充物性質(zhì)以及巖溶水發(fā)育情況采用相應(yīng)的綜合處理措施。相交型巖溶是指隧道與溶洞部分相交，溶洞分布在隧道周圍，應(yīng)采用適當(dāng)?shù)奶幚泶胧┎拍荛_挖施工。環(huán)繞型巖溶是指巖溶與隧道不相交，溶洞普遍分布在隧道周圍，巖溶對隧道施工的影響程度主要取決于巖溶與隧道的凈距、巖溶規(guī)模以及溶洞的穩(wěn)定性。

巖溶對隧道工程施工的影響主要體現(xiàn)在空洞、巖溶水、溶洞填充物以及溶洞坍塌、洞頂?shù)乇硭莸确矫妗．?dāng)隧道線路需穿越巖溶地層時(shí)，隧道施工技術(shù)的設(shè)計(jì)處理會相對復(fù)雜，應(yīng)根據(jù)巖溶地層中溶洞的具體情況，對隧道施工過程中的溶洞處理措施進(jìn)行科學(xué)分析。

2 不同巖溶的處理措施及方法

2.1 巖溶處理原則

1）當(dāng)巖溶溶洞規(guī)模較大且較深時(shí)，不宜直接采用堵填封閉的處理方法，或當(dāng)回填的地基土體承載力較低不能滿足隧道結(jié)構(gòu)承載要求時(shí)，可采用梁、拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行跨越設(shè)計(jì)，跨越的梁端或拱座應(yīng)設(shè)置于穩(wěn)定性較高的巖層上，必要時(shí)可設(shè)置相應(yīng)的灌注混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理。當(dāng)隧道線路需穿越特大溶洞時(shí)，也可采用相應(yīng)的明洞結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行處理；條件允許時(shí)，可采用錨索結(jié)構(gòu)對溶洞內(nèi)壁與隧道結(jié)構(gòu)的連接縫進(jìn)行加固處理；

2）對于已經(jīng)停止發(fā)育且規(guī)模相對不大的干溶洞，可直接采用混凝土、漿砌塊石或干砌片石進(jìn)行封堵填充；

3）當(dāng)隧道線路必須穿越巖溶地層的溶洞填充物地段時(shí)，可按實(shí)際情況采取相應(yīng)的處理措施。如隧道結(jié)構(gòu)底部的巖溶填充地基承載力無法滿足要求時(shí)，可通過換填混凝土或漿砌塊石等措施來提高隧道結(jié)構(gòu)底部的承載力。

2.2 典型巖溶的處理措施及方法

2.2.1 小型溶洞的處理

1）漿砌封閉，回填壓實(shí)：當(dāng)隧道側(cè)墻必須穿過溶洞時(shí)，經(jīng)過調(diào)查確定溶洞水對隧道施工的影響可忽略時(shí)，隧道施工時(shí)可采用漿砌封閉，回填壓實(shí)的方式進(jìn)行處理。實(shí)際施工時(shí)，在隧道底部應(yīng)采用片石混凝土回填密實(shí)，靠邊墻一定范圍內(nèi)應(yīng)采用漿砌片石回填密實(shí)，范圍外可采用石渣回填，在石渣空隙中采用相應(yīng)的水泥砂漿壓注吹砂密實(shí)，如圖1所示；

圖1 封閉（回填）處理施工示意圖

2）隧底回填，頂部護(hù)拱防護(hù)：當(dāng)隧道必須穿越垂直且已停止發(fā)育的溶洞時(shí)，如果溶洞內(nèi)部無填充物、干燥、洞壁有較大的溶蝕裂隙時(shí)，可在隧道底部結(jié)構(gòu)以下區(qū)域采用塊石、碎石等回填密實(shí)，當(dāng)距隧底距離較近時(shí)，應(yīng)采用漿砌片石回填密實(shí)。在隧道拱頂上部，漿砌片石護(hù)拱結(jié)構(gòu)層厚度以1m為宜，上部區(qū)域內(nèi)應(yīng)回填一定厚度的干砌片石或碎石塊，以在溶洞內(nèi)有石塊掉落時(shí)起到緩沖防護(hù)作用；

3）換填片石，加強(qiáng)襯砌：當(dāng)隧道施工時(shí)需要處理的溶洞規(guī)模較小，且沿裂隙發(fā)育的溶洞內(nèi)部有充填物時(shí)，在隧道拱部及側(cè)墻結(jié)構(gòu)上的溶洞在襯砌隧道外緣時(shí)，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)厚度的漿砌片石層；對于隧道底部的溶洞，應(yīng)向溶洞方向擴(kuò)挖相應(yīng)的深度，再采用漿砌片石進(jìn)行回填，其上再鋪筑至少50cm厚度的混凝土墊層，混凝土內(nèi)設(shè)置P43鋼軌；

4）隧道底板梁處理：當(dāng)隧道底部為充填物或可不進(jìn)行處理的小型溶洞，可采用底板梁加強(qiáng)襯砌的方式穿越通過。將隧道鋪底或仰拱設(shè)計(jì)為平板型結(jié)構(gòu)，在澆筑隧道底板及側(cè)墻時(shí)在其下部加設(shè)相應(yīng)的鋼筋，再整體進(jìn)行鋼筋混凝土灌注施工，形成整體式的鋼筋混凝土底板梁結(jié)構(gòu)。

2.2.2 大型溶洞的處理

1）支承墻加固：先清除溶洞內(nèi)的充填物，采用漿砌片石墻支頂加固處理溶洞頂板；在溶洞底部地下水流處設(shè)置相應(yīng)的小涵洞以引流排泄溶洞水；在隧道側(cè)墻施工時(shí)應(yīng)預(yù)留相應(yīng)的檢查孔，增加防護(hù)鏈或柵欄等結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)施，確保隧道施工及運(yùn)行安全；

2）支承柱加固：根據(jù)大型溶洞的具體形態(tài)和特點(diǎn)，采用支承柱嵌補(bǔ)加固溶洞薄弱或不穩(wěn)定的頂板區(qū)域，回填密實(shí)并壓漿加固柱底基礎(chǔ)。實(shí)際施工中，采用支承柱間隔加強(qiáng)溶洞頂板，可有效減少頂板的懸空跨度，增強(qiáng)溶洞頂板的穩(wěn)定性。對于支承柱的柱間間距，應(yīng)根據(jù)溶洞頂板的厚度，節(jié)理、溶縫發(fā)育情況，綜合考慮頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及受力條件進(jìn)行分析、驗(yàn)算。對溶洞采取混凝土基礎(chǔ)的漿砌片石柱子，應(yīng)在支承柱支頂加固施工完成后進(jìn)行隧道施工；

3）拱橋支頂加固：對于因巖溶地層中溶洞填充物松散，不宜采用支承墻、支承柱進(jìn)行支頂加固的溶洞，單獨(dú)采用注漿處理方式時(shí)工程費(fèi)用相對較高，可采用鋼筋混凝土拱進(jìn)行支頂加固；

4）挖孔樁支頂加固：對于深度較大的溶洞，應(yīng)采用挖孔樁進(jìn)行支頂加固施工，樁底端部應(yīng)嵌入基巖內(nèi)足夠深度，樁頂鋼筋應(yīng)伸入到隧道結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土底板內(nèi)并與底板鋼筋搭接，使其連成一體。在隧道范圍內(nèi)，也可采用鋼管樁注漿技術(shù)進(jìn)行加固，形成相應(yīng)的復(fù)合基礎(chǔ)；

5）邊墻拱跨越：即采用拱腳下邊墻部位設(shè)置相應(yīng)的混凝土拱結(jié)構(gòu)跨越。在拱結(jié)構(gòu)內(nèi)部，為防止堆積物內(nèi)擠應(yīng)另外增設(shè)相應(yīng)的擋墻支擋，填充物可采取混凝土注漿進(jìn)行加固處理。

對于其他特殊情況，應(yīng)根據(jù)溶洞具體條件采用從結(jié)構(gòu)上跨越溶洞的措施，如簡支梁跨越、拱橋跨越、封閉式襯砌整體浮放等。

3 結(jié)論

巖溶地層隧道在勘察階段必須進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)勘探，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)提出具體的溶洞處理加固措施，制定切實(shí)可行的隧道施工方案，在施工階段首先提前做好地質(zhì)預(yù)測和預(yù)報(bào)工作，制定相應(yīng)的施工應(yīng)急處理預(yù)案，遵循預(yù)加固、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測、襯砌緊跟的原則進(jìn)行隧道施工。

[1]崔大龍，王琪.溶洞地層盾構(gòu)施工技術(shù)探討[J].施工技術(shù)，2008.

[2]羅瓊.巖溶隧道施工技術(shù)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2005.