隧道巖溶處理方式及技術研究

摘 要:本文基于筆者多年從事隧道施工的相關工作經驗，以隧道巖溶處理技術為研究對象，論文首先分析了隧道巖溶的危害，進而探討了溶洞處理的原則，在此基礎上，筆者分析了巖溶處理的方式方法，全文是筆者長期工作實踐基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞:巖溶隧道處理方式技術

中圖分類號:TB21文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)07(a)-0081-02

1引言

巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層(碳酸巖類、硫酸巖類、鹵鹽類等)進行化學侵蝕、崩解作用是和機械破壞、搬運、沉積作用所形成的各種地表和地下溶蝕現象的總稱。從此定義中可以看出:巖溶產生主要有三個條件:第一，可溶性巖石是巖溶產生的物質基礎。例如，隧道穿越石灰巖、白云巖、泥灰巖、石膏、芒硝、巖鹽等地層時，受地下水作用可能出現溶蝕現象，石灰巖以溶解作用為主，白云巖則主要通過滲透—溶蝕—分解—淋濾—崩解作用發生破壞。第二，地質構造與地層結構的千差萬別確定了巖溶類型的多樣性。巖體結構、構造以及巖層產狀、接觸關系，層厚、斷裂、褶皺、節理、裂隙、軟弱夾層，風化程度等地質特征決定了巖溶發育程度和規模的不同。一般情況下，向斜構造比背斜構造巖溶發育強烈，向斜構造的核部巖溶發育比兩翼強烈，背斜構造的兩翼比核部巖溶發育強烈;當隧道穿越可溶巖地層的節理、裂隙、斷層等結構不連續面時，易遇到溶隙、溶管、溶洞、溶腔或暗河。第三，地表水和地下水補給、徑流、滲透和循環是巖溶形成和發育的必要條件。山谷、洼地、巖溶盆地，豎井、漏斗、落水洞部位，地表水匯集、下滲，容易在地層中形成水平徑流帶、垂直滲流帶和深部滯留帶，從而造成地下水補給和循環，給巖溶形成創造了必要條件，當地下水中游離或侵蝕性的CO2、SO4-等的含量較大時，巖溶的發育增強。

巖溶對隧道的危害主要分為4種類型:(1)洞穴的存在使建筑物全部或部分懸空，極大地降低了隧道的使用可靠度。(2)巖溶水，特別是當CO2等可溶性物質含量增高時，水的流通將給隧道結構帶來極大的侵蝕作用，影響隧道的使用壽命。(3)洞穴堆積物因松軟易坍塌下沉，改變洞穴周邊的應力分布形態，影響隧道的穩定。(4)隧道中地下水流失，使隧道頂部地面巖溶塌陷，導致環境地質被破壞，也是造成隧道結構不穩定的原因。因此，正確處理溶洞對隧道施工具有重要意義。

2 溶洞處理原則

在溶洞處理過程中應本著:“方案合理、結構安全、保持水環境、施工易操作、工程成本低”的原則，安全、穩妥地保證隧道通過巖溶地段。

巖溶水處理原則包括排堵結合、以堵為主、限量排放。可以采用橋梁、暗溝、涵洞(泄水洞)、滲溝等方式排水以及漿砌片石封堵、帷幕注漿堵水等方式控制地下水流失，保持水環境的平衡。小型溶洞處理。對溶洞規模較小，巖壁較為穩定、不發育、無水的溶洞，應采用漿砌(干砌)片石封閉、回填，護拱防護、加強襯砌、拋石注漿、隧道底板設梁通過等方案。大型溶洞處理。當溶洞規模較大時，可采取以下兩種方式通過:(1)設簡支梁、棧橋、拱橋、邊墻拱、支托等形式跨越。(2)設支承墻、支承柱、拱橋、挖孔樁等形式支頂。

3 溶洞處理方式

巖溶問題對隧道施工而言，歸納起來是水、溶洞洞穴及其充填物的危害，應按其性質及其與隧道的關系采取相應的工程措施。

3.1 地下水處理

在隧道設計、施工中，以往對地下水的處理方式會造成大量地下水的流失。據統計，某些山嶺隧道排水，導致居民、牲畜飲水緊張。特別是當巖溶水HCO3-等含量增高時，水的流通將給隧道結構帶來極大的侵蝕作用，影響隧道的使用壽命。巖溶堆積物因地下水的流動而坍塌下沉改變洞穴周邊的應力分布形態，影響隧道的穩定。隧道中地下水的流失，使隧道頂部地面塌陷，造成隧道結構的不穩定。因此，必須對這種大涌水量的巖溶水進行防治。

按照以往鐵路隧道巖溶水處理方法，國內外已建成大量隧道，逐步形成了較成熟的結構設計計算理論與工程實踐體系，但在隧道的防水治理方面認識則相對落后。在以往鐵路隧道無論設計還是施工，對水的處理多是“以排為主，排堵結合”，遇水多以暗溝、管道、涵洞、泄水洞、明渠、滲溝、拱橋或增加輔助導坑等截流排除地下水。但對地下水采取以排為主的防水原則，造成地面和地下水大量漏失，可使隧道地區大量農田干旱，地下水漏失，造成森林枯死，嚴重影響當地的自然環境。因此應采用以堵為主，排堵結合的原則。

采用以堵為主的防水原則，防止地下水在隧道中滲漏和漏失，高等級公路隧道不允許出現滲漏水，經研究，提出了采取以堵為主的防水原則，采用新技術，把地下水堵住。主要技術措施是在隧道防水地段因地制宜地采用全斷面預注漿、裂隙注漿、噴射混凝土等，盡快將滲水通道堵住。如地質預探含水量較大，可能有涌水出現時，宜采用全斷面預注漿的方法，將水流封堵在開挖面之外，即在隧道周邊打孔，以高壓的水泥裝液(或水泥—水玻璃漿液)注入巖石裂隙，使隧道沿周邊形成一個密封環;若含水量不大，開挖后在出水點進行局部裂隙注裝予以封閉;滲漏水不多時，初期支護的噴射混凝土即可防止殘余水浸濕。另外，二次襯砌還采取了結構防水措施，即在初期支護與二次襯砌之間敷設一層無紡布及全封閉的橡膠防水板(或塑料防水板)，接縫處設置止水帶，或采用多層次防水措施是能夠防止公路隧道中地下水滲漏的。

具體施工時，可根據巖溶水對隧道的不同影響及具體施工條件，采取不同的防治措施。隧道內對巖溶水的處理，應視隧道所在的地質條件，巖溶發育分帶水的性質和流量大小，采取大疏、小堵，疏堵結合，以疏為主和地表地下綜合治理的方法分別進行處理。大概具體處理可分兩種情況。

(1)隧道施工并未切斷地下水的主天然通道。對于這種情況，如果采用排的方法可使地下水流失，影響周圍環境，因此，可采用全堵的方法。對于大股流的巖溶水可采用全面注漿封堵法，注漿加固范圍應為隧道開挖輪廓線以外1～2倍的洞徑，注漿段長應取30m左右，注漿孔孔徑應為90～108mm，注漿終止壓力應為水壓力的2～3倍，漿液擴散半徑為0.5～2.0m。如隧道周邊存在大面積濕漬或滲漏水現象，則應采取徑向注漿進行封堵。注漿加固范圍一般為隧道開挖輪廓線外(0.5～1.0)D，D為隧道直徑。如巖層的溶隙、軟弱夾層的局部有股狀涌水現象，出水比較清澈，受大氣降雨影響不大，其處理方法有直接封堵法和間接封堵法。對于涌水壓力P≤0.5MPa的股狀出水點，如來水方向可以確定，可采用直接封堵法進行處理。沿著出水部位和出水方向直接鉆孔，孔間距應控制在0.5～1.0m，鉆孔深度應為開挖輪廓線外(0.5～1.0)D，如孔內的出水部位距離孔口較遠，可安設和鉆孔長度一樣的注漿花管，如孔內的出水部位距離孔口較近，可安設2.0m左右的孔口管。對于涌水壓力0.5MPa＜P≤1.0MPa的股狀出水點，或來水方向不能明確判斷的出水部位，可采用間接封堵法進行處理。在圍巖表面距離出水部位0.5～1.0m處，向出水方向鉆斜孔，孔間距控制在0.5～1.0m，鉆孔深度與直接注漿法類似，大部分孔應穿過出水巖層，將水引出。(2)當隧道施工切斷天然主通道。對于這種情況，如果采用堵的方法，會對施工和運營安全不利，增加施工成本，而且影響周圍環境。因此必須采取引的方法。如當暗河和溶洞有水流時，就應宜排不宜堵。在查明水源流向及其與隧道位置的關系后，用暗管、涵洞、小橋等設施，渲泄水流或開鑿泄水洞，將水排出洞外。當水流的位置在隧道上部或高于隧道時，應在適當距離外，開鑿引水斜洞(或引水槽)將水位降低到隧道底部位置以下，再行引排。

3.2 洞穴處理

根據巖溶洞穴的大小、位置、穩定性，分別采取相應的工程措施。具體處理如下。

(1)隧道拱部的空洞視其穩定性、溶洞巖石破碎程度采用噴錨支護加固，加設護拱及拱頂回填的辦法處理。(2)拱以上空溶洞，可視溶洞的巖石破碎程度采用噴錨支護加固，或加設護拱頂回填的辦法處理。(3)對已停止發育，徑跨較小，無水的溶洞，可根據其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石回填封閉。(4)當隧道一側遇到狹長而較深的溶洞時，可加深該側基礎通過。(5)當隧道底有較大的溶洞并有流水時，可在隧道底部以下砌筑漿砌片石支墻，支承隧道結構，并在支墻內套設涵管引排溶洞水。(6)當隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎，應在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過。(7)當隧道中部及底部遇有探狹的溶洞時，可加強兩邊墻基礎，根據情況設置橋臺、架梁通過。(8)溶洞上大下小且有部分充填物時，可將隧道頂部的充填物清除，然后在隧底部標高以下設置鋼筋混凝土橫梁及縱梁，橫梁兩端嵌入巖層。(9)當跨越溶洞較大較深時，可采用梁、拱跨越。但梁端或拱座應置于穩固可靠的基巖上，必要時用水泥加固。

3.3 填充物處理

填充物的處理可分為以下4種情況。

(1)如溶洞局部、小部含填充物，可先清除填充物，再按相應的溶洞空穴處理措施處理。(2)如隧底遇充填物溶洞，規模不大，可采用換填局部充填物或設鋼筋混凝土蓋板通過;如規模較大，可采用鉆孔樁基礎以橋式結構跨越;如隧道底部為松散或軟塑狀的粘土或砂粘土沉積物時，為了防止列車運行過程中結構產生固結沉降，應加強對基底的處理，隧道底部的處理可采用注漿加固、換填、樁基等方法。基底換填，如果基底溶洞填充物的厚度小于2.0m(2.0m以下為基巖或微風化地層)，可以考慮采用換填方法，換填材料可以選用漿砌片石、混凝土等;基底注漿加固，如基底溶洞填充物的厚度為隧道仰拱以下2.0～10.0m，可考慮采用注漿加固法。(3)如工作面為含水的粉細砂或致密的粘土、砂粘土，采用滲透注漿、擠密注漿、劈裂注漿都十分困難時，可采用置換注漿法，即在工作面進行注漿工程中，在距離注漿孔2m左右，預留幾個排泄孔并安設孔口管和閥門，將泥砂適量排除，用漿液填充其留下的空隙，起到加固底層的目的。該方法可以降低注漿壓力，促進漿液的擴散。(4)如整個隧洞都在填充物內，可采用臺階法施工，超前小管棚或大管棚注漿，加強支護手段，及早封閉仰拱或臨時仰拱，襯砌緊跟，加強襯砌結構的方法通過。

4 結語

巖溶處理是一項復雜的綜合治理技術。一方面應考慮對周圍環境及居民生產、生活的影響;另一方面應一次根治，不留后患，確保隧道施工和運營安全。以往采用以排為主的方法，會給周圍環境產生嚴重影響，因而目前逐漸轉為以堵為主的原則。但對溶洞進行封堵時，一定應認真測定溶洞的水量、水壓，正確判定水流方向，并對涌出物進行分析，以便合理選擇注漿方式、材料、參數、工藝、設備。對于不同大小、不同位置的溶洞要采取不同的措施。

參考文獻

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