對隧道溶洞處理技術的分析

摘要：隨著社會的發展，人類生活節奏的加快，人們對快速、舒適出行的要求也越來越高，因此交通建設如火如荼的開展開來。但是在隧道建設過程中經過巖溶等不良地質區域時，因為自然條件的束縛這種施工現狀也是無法回避的。由于巖溶區地質情況錯綜復雜，不同的巖溶地質，其處治方法也需要對癥下藥，如若處理方法有失誤，將直接影響到隧道工程的施工質量及施工安全，從而造成施工工程的經濟損失，更為重要的是隧道施工及運營過程中因其潛在的風險未得到有效解決而造成重大的人員傷亡。故巖溶地區溶洞處理問題一直以來都是工程界的難題。這也激勵著從事工程建設的人們對這個問題進行堅持不懈的研究。

關鍵詞：隧道;溶洞危害;處理方法

一、溶洞的形成。

1、在石灰巖地質區，沿著石灰巖層內的節理面或者滲裂面的地表水經過長期與之發生化學反應在表層形成溶溝，或者稱融槽，這樣一來，原先層層分布的巖層便被溶溝分離開來形成柱狀的石柱或石筍。

2、同理，經過上述所講的化學反應，地表水沿石灰巖滲裂裂縫向下滲流發生溶蝕作用，在巖層超過100m深處便會形成落水洞。

3、緊接著，在更深層的巖層下，從落水洞下落的地下水到達石灰巖巖層的含水層后發生橫向流動，又會形成溶洞。

4、溶洞也會隨地下洞穴的形成在巖層地表發生塌陷，如果塌陷的深度大面積小，這樣的溶洞現象稱坍陷漏斗，而深度小面積大則稱陷塘。

5、當地下水的溶蝕與巖層的塌陷作用長期相結合的作用，就會形成坡立谷和天生橋。

二、隧道溶洞的危害

溶洞為巖溶洞穴，是地表水和地下水對溶性巖層經過化學作用和機械破壞作用而形成的地下溶蝕現象。巖溶對隧道的主要危害表現為：

1、洞穴的存在使結構物部分及全部懸空，大大降低隧道使用的可靠度;

2、季節性的巖溶洞穴涌水，給隧道施工和體系帶來不安全和不穩定因素。

3、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;

4、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;

5、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。正確處理溶洞對隧道施工具有重要意義。

因此，制定合理、科學、有效的溶洞處理方案對隧道順利穿越巖溶地段極為重要。

三、隧道溶洞處理原則及處理方案

1、處理方案選擇原則

（1）安全性。安全是對任何工程施工最基本的就要求。確保施工安全與運營安全，圍巖累計變形量不大于10cm，防滲漏水等級為I級。這一點是保證施工正常有序進行的最根本保證。

（2）合理性與可操作性。首先必須符合相關隧道施工的法律法規的規定，嚴格按照法規的基本眼球進行施工與建設。其次，對溶洞處理的設計方案要是可行的，是可操作的，處理方案要建立在目前的溶洞處理技術的水平之內，要充分考慮現場機械裝備狀況和操作人員的技能水平，盡可能降低施工難度。

（3）靈活性好。根據斷面形狀和尺寸，因地制宜地選擇施工方案，而不局限于一種固定的模式，一旦一種方案不能實施或實施效果差時，能較好地轉換為替代方案。同時，這種靈活性還要求隧道施工各部門的通力合作與溝通，只有這兩反方面結合起來，方可達到隧道施工過程中的靈活有效。

（4）具有可連續性。需兼顧溶洞段前后的施工方案的不同，能順利地進行施工工藝、工序的轉換。

隧道建設是一項長遠的工程，必須著眼于它的使用質量及周期，從可持續的角度出發，充分考慮溶洞的潛在危險進行具體的施工處理。保證隧道運行的最長周期。

（5）經濟性強。即在保證施工安全、質量并不破壞環境的條件下的投入對溶洞處理的成本。

2、隧道熔洞具體處理方案

首先保留并加固坍塌體，防止坍方擴大，然后施做套拱和超前大管棚，保證正洞開挖施工安全;管棚施做完成后挖除坍塌體，進入隧道正常開挖、支護工序，并對隧道基底進行注漿加固處理，增強隧底承載力;溶洞段通過后，進行拱部坍腔回填處理。

通過作者的實踐經驗，科學的溶洞處理順序為：封閉掌子面→施作套拱→施作超前大管棚→挖除坍塌體→洞身開挖、支護→邊墻及基底加固處理→坍塌溶腔回填處理。

四、溶洞處理關鍵施工技術

1、噴射混凝土封閉掌子面

在未探明前方地質情況之前，為防止前方出現涌水突泥情況發生，首先保留并加固坍塌體，依靠坍塌體的支撐掌子面，防止塌方進一步擴大，立即對掌子面進行封閉處理。若掌子面前方自溶腔內涌出塊石、碎石夾黏土等充填物穩定掌子面作用，坍體暫不挖除。

2、施作套拱和超前大管棚

為保證施工安全，拱部應采用管棚超前支護并注漿加固溶洞填充物，從而形成復合穩定的固結體，使周圍地層的力學性質得到改變，穩定性能加強;管棚尾端設鋼格柵混凝土套拱，前端打入穩定巖層，形成有效的“棚護”作用。

3、洞身開挖及支護

注漿完成后洞身采用微臺階法開挖，開挖后立即施做初期支護結構，并采用噴射混凝土立即封閉掌子面。溶洞處理段圍巖大部分為溶洞充填物，采用人工配合挖掘機開挖;若出現溶層頂板不穩定時，可炸開頂板，挖除充填物，回填碎石的方法

4、邊墻及基底加固處理

對隧道頂部進行注漿預加固處理僅保證隧道拱部開挖安全，邊墻及基底圍巖力學性能得不到改善，并且曾受到過擾動，極有可能會發生坍塌事故;另外，即使開挖安全通過溶洞段，也會因溶洞段與溶洞前后隧底巖性不同，使后期隧道襯砌結構沉降不均，從而造成襯砌嚴重開裂，甚至影響行車安全。因此，必須對邊墻及基底進行加固處理。

5、拱部坍塌溶腔回填處理

為確保隧道襯砌結構安全，保證運營安全，需對拱部坍塌的溶腔進行回填處理。回天處理應綜合考慮周邊環境及溶洞狀態，并結合隧道結構特點，進行回填。為減小流塑態的泵送混凝土對支護結構的沖擊力和側壓力，回填應對稱、分次、分層施工完成。

6、監控量測

在洞身開挖施工過程中，每5m設一組圍巖量測點，主要監測項目為拱頂下沉和周邊收斂，密切監視每一工況下隧道支護結構的變形情況并及時反饋，指導下一步施工。

結語

巖溶地區的隧道溶洞如果處治不當，會給隧道施工和運營帶來各種問題和危害，因此，在巖溶發育地區進行隧道施工時，一定要進行詳細的地質勘探，對隧道前方巖溶進行準確預測，并提前做好穿越巖溶溶洞的應急預案，及時進行隧道溶洞加固處理，防止突泥和突水的發生。實踐證明運用前述方法對溶洞的處理是行之有效的，因為隧道溶洞不相同，所以以后的實際工作應結合現場施工條件以及溶洞的發育大小、巖溶水的發育分布和與隧道的相關位置等具體情況采取綜合治理措施。

在今后的工作中，每個隧道工作者應該結合實際，不斷去研究學習，讓每個隧道工程做到更加完善。

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