淺談巖溶地層隧道施工中典型溶洞的處理技術與措施

鮑宏偉

沈陽公路工程監理有限責任公司，遼寧 沈陽 110011

0 引言

在巖溶地層中進行隧道施工，由于地下水和溶洞的存在，大大增加了隧道施工的風險和難度，容易引發工程事故甚至地質災害；另一方面，由于巖溶地質的復雜性、差異性及高風險性，巖溶地層的隧道施工始終是隧道建設的一項關鍵技術。在巖溶地層隧道設計和施工過程中，應根據具體的巖溶類別和規模、巖溶水發育情況、溶洞圍巖的穩定性，以及溶洞與隧道的位置關系等因素，綜合考慮采用相應的處理措施。

1 巖溶與隧道工程的關系及其影響分析

巖溶的發育一般是不規則的，其與隧道工程線路的關系一般可簡化為三種典型類型：嵌套型、相交型、環繞型。嵌套型巖溶溶洞，當其發育規模較小時，且其完全在隧道設計斷面內，這種溶洞對隧道施工的影響可以忽略；當巖溶為發育規模較大的填充型溶洞，且整個隧道在巖溶中穿過時，施工難度將非常大，必須根據填充物性質以及巖溶水發育情況采用相應的綜合處理措施。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，應采用適當的處理措施才能開挖施工。環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、巖溶規模以及溶洞的穩定性。

巖溶對隧道工程施工的影響主要體現在空洞、巖溶水、溶洞填充物以及溶洞坍塌、洞頂地表塌陷等方面。當隧道線路需穿越巖溶地層時，隧道施工技術的設計處理會相對復雜，應根據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行科學分析。

2 不同巖溶的處理措施及方法

2.1 巖溶處理原則

1）當巖溶溶洞規模較大且較深時，不宜直接采用堵填封閉的處理方法，或當回填的地基土體承載力較低不能滿足隧道結構承載要求時，可采用梁、拱結構進行跨越設計，跨越的梁端或拱座應設置于穩定性較高的巖層上，必要時可設置相應的灌注混凝土基礎進行加固處理。當隧道線路需穿越特大溶洞時，也可采用相應的明洞結構形式進行處理；條件允許時，可采用錨索結構對溶洞內壁與隧道結構的連接縫進行加固處理；

2）對于已經停止發育且規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行封堵填充；

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

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：當隧道側墻必須穿過溶洞時，經過調查確定溶洞水對隧道施工的影響可忽略時，隧道施工時可采用漿砌封閉，回填壓實的方式進行處理。實際施工時，在隧道底部應采用片石混凝土回填密實，靠邊墻一定范圍內應采用漿砌片石回填密實，范圍外可采用石渣回填，在石渣空隙中采用相應的水泥砂漿壓注吹砂密實，如圖1所示；

圖1 封閉（回填）處理施工示意圖

2）隧底回填，頂部護拱防護：當隧道必須穿越垂直且已停止發育的溶洞時，如果溶洞內部無填充物、干燥、洞壁有較大的溶蝕裂隙時，可在隧道底部結構以下區域采用塊石、碎石等回填密實，當距隧底距離較近時，應采用漿砌片石回填密實。在隧道拱頂上部，漿砌片石護拱結構層厚度以1m為宜，上部區域內應回填一定厚度的干砌片石或碎石塊，以在溶洞內有石塊掉落時起到緩沖防護作用；

3）換填片石，加強襯砌：當隧道施工時需要處理的溶洞規模較小，且沿裂隙發育的溶洞內部有充填物時，在隧道拱部及側墻結構上的溶洞在襯砌隧道外緣時，應設置相應厚度的漿砌片石層；對于隧道底部的溶洞，應向溶洞方向擴挖相應的深度，再采用漿砌片石進行回填，其上再鋪筑至少50cm厚度的混凝土墊層，混凝土內設置P43鋼軌；

4）隧道底板梁處理：當隧道底部為充填物或可不進行處理的小型溶洞，可采用底板梁加強襯砌的方式穿越通過。將隧道鋪底或仰拱設計為平板型結構，在澆筑隧道底板及側墻時在其下部加設相應的鋼筋，再整體進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構。

2.2.2 大型溶洞的處理

1）支承墻加固：先清除溶洞內的充填物，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置相應的小涵洞以引流排泄溶洞水；在隧道側墻施工時應預留相應的檢查孔，增加防護鏈或柵欄等結構防護設施，確保隧道施工及運行安全；

2）支承柱加固：根據大型溶洞的具體形態和特點，采用支承柱嵌補加固溶洞薄弱或不穩定的頂板區域，回填密實并壓漿加固柱底基礎。實際施工中，采用支承柱間隔加強溶洞頂板，可有效減少頂板的懸空跨度，增強溶洞頂板的穩定性。對于支承柱的柱間間距，應根據溶洞頂板的厚度，節理、溶縫發育情況，綜合考慮頂板結構的穩定性及受力條件進行分析、驗算。對溶洞采取混凝土基礎的漿砌片石柱子，應在支承柱支頂加固施工完成后進行隧道施工；

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、支承柱進行支頂加固的溶洞，單獨采用注漿處理方式時工程費用相對較高，可采用鋼筋混凝土拱進行支頂加固；

4）挖孔樁支頂加固：對于深度較大的溶洞，應采用挖孔樁進行支頂加固施工，樁底端部應嵌入基巖內足夠深度，樁頂鋼筋應伸入到隧道結構的鋼筋混凝土底板內并與底板鋼筋搭接，使其連成一體。在隧道范圍內，也可采用鋼管樁注漿技術進行加固，形成相應的復合基礎；

5）邊墻拱跨越：即采用拱腳下邊墻部位設置相應的混凝土拱結構跨越。在拱結構內部，為防止堆積物內擠應另外增設相應的擋墻支擋，填充物可采取混凝土注漿進行加固處理。

對于其他特殊情況，應根據溶洞具體條件采用從結構上跨越溶洞的措施，如簡支梁跨越、拱橋跨越、封閉式襯砌整體浮放等。

3 結論

巖溶地層隧道在勘察階段必須進行詳細的地質勘探，在設計階段應提出具體的溶洞處理加固措施，制定切實可行的隧道施工方案，在施工階段首先提前做好地質預測和預報工作，制定相應的施工應急處理預案，遵循預加固、短進尺、弱爆破、強支護、勤監測、襯砌緊跟的原則進行隧道施工。

[1]崔大龍，王琪.溶洞地層盾構施工技術探討[J].施工技術，2008.

[2]羅瓊.巖溶隧道施工技術[J].鐵道工程學報，2005.