淺談公路巖溶隧道施工及質(zhì)量控制

孫永坤

摘要：本文結(jié)合梁忠高速公路“五毒俱全”的禮讓隧道實(shí)際情況闡述施工過程中容易出現(xiàn)的巖溶泄水消能、注漿補(bǔ)水等技術(shù)問題及一些常見的質(zhì)量問題，并根據(jù)工程可能出現(xiàn)的技術(shù)質(zhì)量情況，提出相應(yīng)的質(zhì)量控制原則及方法。

關(guān)鍵詞：巖溶；隧道；施工；質(zhì)量控制

1 工程概況

根據(jù)詳勘，禮讓隧道穿越巖溶槽谷部位，巖溶發(fā)育，左、右線隧道可能產(chǎn)生突水、突泥段落主要位于：左線ZK14+340～ZK14+390、ZK15+232～ZK15+410、ZK15+960～ZK16+040；右線K14+344～K14+420、K15+245～K15+420、K15+957～K16+040。施工中應(yīng)特別注意兩種不同巖性的交界部位巖溶的發(fā)育情況，極可能產(chǎn)生的突水、突泥。此外，隧道穿越煤層采空區(qū)時(shí)應(yīng)預(yù)防老窯采空區(qū)積水在開挖后出現(xiàn)的突水。禮讓隧道枯水期涌水量為50045m3/d；豐水期涌水量為117219m3/d，若左、右洞同時(shí)進(jìn)行施工，則為涌水量為以上值的一半。

2 巖溶隧道防排水施工

1.1 巖溶及巖溶水處治

1.1.1 排水施工

在歷次潰水災(zāi)害發(fā)生前后，根據(jù)以往多個(gè)隧道施工的工程經(jīng)驗(yàn)，要解除隧道富水溶腔的潰水風(fēng)險(xiǎn)，必須要通過一定的工程措施，消除潰水的風(fēng)險(xiǎn)源——高壓溶腔水，排出溶腔內(nèi)對隧道有威脅的巖溶水，降低巖溶水在隧道內(nèi)的水壓。這種針對復(fù)雜的高壓富水充填溶腔，所采取的有計(jì)劃、有目的的釋放溶腔所存儲(chǔ)的能量，降低施工及運(yùn)營過程中水土壓力對隧道形成影響的隧道巖溶處治措施定義為“泄水消能”技術(shù)。

需要指出的是，對于實(shí)際工程而言，沉積層厚度在溶腔底部大小不一，在考慮能否進(jìn)行腔底開洞揭示過程中，一定要先準(zhǔn)確探明泥水分界面的確切位置，以及通過實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確測試沉積層的物理參數(shù)及力學(xué)參數(shù)指標(biāo)，只有通過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的超前探測與測試才能充分認(rèn)識(shí)沉積物的具體特性，進(jìn)而通過數(shù)值模擬得到一個(gè)可行性分析結(jié)果，才能獲得基本合理的結(jié)論。

1.1.2 堵水施工

（1）當(dāng)可溶巖段超前探水孔中總出水量小于10m3/h但個(gè)別探孔出水量大于2m3/h的情況時(shí)采取局部注漿堵水。根據(jù)探水鉆孔探明出水點(diǎn)位置、水量和預(yù)注漿段巖層節(jié)理、裂隙發(fā)育情況，布置注漿孔個(gè)數(shù)和位置，注漿孔孔徑為108mm，開孔孔徑為150mm。注漿后，總出水量小于2m3/h且一處出水量小于0.62m3/h即可結(jié)束注漿。注漿材料采用水泥-水玻璃雙液漿液，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水灰比W/C=0.6-1.1，水玻璃波美度30-40Be，雙液體積比C/S=0.7-1.4。

（2）當(dāng)巖溶發(fā)育段超前探水孔中4孔出水且總量大于10m3/h的情況時(shí)采取全斷面注漿堵水。注漿范圍為開挖輪廓線外5m，注漿掌子面沿開挖方向，以隧道中軸為中心呈傘狀布置。漿液擴(kuò)散半徑為2m，孔底間距不大于3m，開孔直徑底間距不大于3m，開孔直徑為Φ150。根據(jù)探水鉆孔探明的出水點(diǎn)位置，可調(diào)整注漿長度，保留注漿止水巖盤5m，分三段實(shí)施，第一環(huán)長10m，第二環(huán)長20m，其余環(huán)長均為30m。注漿材料與局部注漿材料相同。單孔注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)終壓并繼續(xù)注漿10min以上，進(jìn)漿量在10-20L/min以下時(shí)可結(jié)束本孔注漿。

（3）當(dāng)隧道開挖后地層裂隙水較大，周邊存在大面積淋水或嚴(yán)重滲水，對地表生態(tài)環(huán)境影響較嚴(yán)重，但圍巖穩(wěn)定性較好，不影響掘進(jìn)的情況開挖后周邊注漿堵水（徑向注漿）。注漿范圍為隧道開挖輪廓線外4m，注漿采用Φ42小導(dǎo)管，孔口環(huán)向間距1.2m，縱向間距1.2m，梅花形布置，在集中出水點(diǎn)注漿孔加倍，注漿小導(dǎo)管布置范圍根據(jù)開挖后滲漏水位置合理確定，不一定要全斷面布置，局部點(diǎn)出水可采用局部注漿堵水方法處理。注漿材料同局部注漿。總出水量小于2m3/h且一處出水量小于0.62m3/h即可結(jié)束注漿。

2巖溶隧道施工常見質(zhì)量通病及控制措施

2.1 開挖不當(dāng)或支護(hù)強(qiáng)度不足導(dǎo)致隧道塌方

開挖對圍巖的擾動(dòng)打破了巖體原有的應(yīng)力平衡，隨著因圍巖的開挖卸荷而產(chǎn)生應(yīng)力重分布形成新的應(yīng)力場；在巖溶水環(huán)境條件下，巖體強(qiáng)度變低，開挖時(shí)支護(hù)不及時(shí)或是支護(hù)強(qiáng)度不夠，以致圍巖適應(yīng)不了回彈應(yīng)力和重分布應(yīng)力而發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，從而導(dǎo)致隧道塌方[1]。

然而合理的控制開挖方法和支護(hù)形式也就成了巖溶塌方治理的關(guān)鍵因素，建議按照先預(yù)防，當(dāng)預(yù)防未達(dá)到效果時(shí)再采取治理的形式，具體措施如下：

（1）提前做好水文監(jiān)測，地質(zhì)分析及變形監(jiān)測等工作（預(yù)防）；

（2）按照減小單次進(jìn)尺，分臺(tái)階或減小斷面開挖，加強(qiáng)及貼近支護(hù)（預(yù)防）；

（3）采取反壓回填塌方掌子面，并配合使用重型機(jī)械進(jìn)行型鋼拱架支護(hù)，噴錨完成后，注漿回填塌方空腔保證巖溶地段的穩(wěn)定性（塌方后處理）。

2.2 地下水結(jié)晶堵塞隧道排水系統(tǒng)

在巖溶地帶隧道排水系統(tǒng)往往會(huì)被鈣化的結(jié)晶體及圍巖碎片與泥沙等共同作用而堵塞，使整個(gè)隧道排水系統(tǒng)幾近癱瘓，導(dǎo)致隧道邊墻外側(cè)水位上升，原來未滲水裂縫處開始滲水 [2]。

如何保障隧道排水通暢避免后期無法正常運(yùn)營時(shí)當(dāng)前巖溶隧道施工控制的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容，針對這項(xiàng)內(nèi)容禮讓隧道巖溶水治理主要按照“排為主，堵為輔；保通為主，疏通為輔”的原則進(jìn)行，具體措施如下：

（1）加密富水地段排水管、溝的布置，進(jìn)行洞分流保證排水通暢，加大富水段排水管排水縱坡，增強(qiáng)排水能力（排）；

（2）利用加壓設(shè)備清除隧道排水管內(nèi)的堵塞物以及在隧道排水關(guān)內(nèi)預(yù)先放置高效阻垢劑來發(fā)現(xiàn)和解決隧道排水系統(tǒng)堵塞問題[2]（疏通）；

3結(jié)論

在填充型富水溶腔，采用單純采用管道排水的放水不能滿足解除潰水風(fēng)險(xiǎn)的要求，必須要尋求更為有效的、安全的泄水消能方法。泄水消能技術(shù)是一套治理特大體量高壓富水充填型隱伏溶腔的技術(shù)體系，該技術(shù)適用于處治存在深部巖溶潰水風(fēng)險(xiǎn)的溶腔，是一項(xiàng)針對存在深部巖溶潰水風(fēng)險(xiǎn)的溶腔處治的創(chuàng)新技術(shù)。針對該方案存在的一些弊端，分析提出了更具合理性的“高位排泥排水，低位排水固結(jié)”的泄水消能新技術(shù)，為今后工程運(yùn)用中的進(jìn)一步改進(jìn)提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]趙先科，張運(yùn)亮.巖溶隧道工程典型施工塌方病害防治措施[J].2017，43（8）：48-67

[2]周卓.巖溶地區(qū)地下水滲流結(jié)晶堵塞隧道排水管機(jī)理研究及處治建議[D].長安大學(xué)，2015：

（作者單位：中國水利水電第十四工程局有限公司）