淺析高速公路隧道巖溶處理技術

蔣 飛

(山西省山陰公路管理段,山西 山陰 036900)

0 引言

巖溶是指可溶性巖石(主要為碳酸鹽巖)在流水的溶蝕及侵蝕之下，發生了巖層崩塌、物質流失再沉積等地質作用與現象，巖溶的表現形式分為地上與地下兩大類別，地上表現為洼地、漏斗、落水洞等；地下表現為溶洞、溶隙、暗河等。

隨著我國扶貧攻堅項目的推進，我國高速公路建設的主戰場已經轉移至老少邊窮地區，這些地區多處在崇山峻嶺之中，需要開鑿大量的隧道才能完成公路交通建設。開挖隧道，遭遇到多種類型的復雜的巖溶地質問題，給隧道的施工帶來很大的困難。

1 巖溶帶給高速公路隧道建設的危害

分析巖溶的存在給高速公路隧道建設帶來的危害影響，主要可歸結為以下三大類：巖溶洞穴的塌陷危害；巖溶突水、突泥危害；巖溶堆積物的危害。

1)巖溶洞穴的塌陷危害。

因為存在巖溶洞穴的關系，所以隧道四周的山體或墻體出現少部分甚至是徹底懸空的現象非常普遍，而這給隧道帶來的潛在危害便是降低了其可靠程度，無論是給高速公路隧道的施工還是施工借出后投入運營都會留下安全隱患。巖溶洞穴在受到強震(比如開山放炮、機械挖掘)、重力加載等外力作用的時候，巖土體重力與圍巖摩阻力的平衡關系很容易被打破，產生失穩性質的塌陷問題。隨著洞穴的塌陷，一方面是會造成隧道施工的安全事故，另一方面也會給地表構造帶來不良影響，使地表建筑物發生裂縫、坍塌的問題，甚至地表水水位會下降、消失，直接影響到人民大眾的正常生活。

2)巖溶突水、突泥危害。

一旦隧道中爆發突水、突泥，即預示著隧道正處于高壓狀態之下，而在短時間內，隨著突水、突泥的發生，便會沖毀隧道中存放的設備，淹沒施工面，嚴重的情況下甚至會造成隧道塌方，不僅會給高速公路隧道工程的正常施工帶來阻礙，而且還會造成極大的人員安全威脅。

由于巖溶地區的地質大部分情況下都存在著很多裂縫，所以當某一個區域發生了突水、突泥的災害之后，便很容易造成地表的水土流失問題，嚴重的情況下甚至會在較短時間內造成漏洞、天坑等災害，大量的水土流失必然會導致局域荒漠化。

在處理突水突泥災害的過程中，不可避免地將地下污染物排放到周圍環境，造成二次污染。

3)巖溶堆積物的危害。

通常在填充型溶洞中最易于發生堆積物危害，這是因為洞中的土體組成不具較強的摩擦力，因而極易坍塌下沉。此危害的突發性較強，施工人員與機械設備往往來不及躲避，造成施工人員傷亡和機械的損壞。

2 高速公路隧道巖溶處理技術的應用

2.1 巖溶處理技術應用原則

2.1.1溶洞對隧道的影響特點

當溶洞距離隧道5 m以上時，溶洞對隧道的影響很小。

圍巖開挖豎向位移和圍巖應力與溶洞直徑成正比，與溶洞距離隧道的距離兩者之間是反比關系。

若溶洞處于隧道拱頂處，那么帶來最大影響的方面是拱頂下沉位移與水平位移，若溶洞處于隧道基底處，那么對拱頂下沉位移、水平位移造成的影響并不會很大。

2.1.2做好巖溶特征的分類工作

當隧道建設場地四周有溶洞存在時，四周的圍巖應力必定會基于隧道工程的開發而發生相應變化，因此只有根據巖溶的形態規模、有無填充物、涌水大小及動態、地質構造等做好分類工作，才能采取有效的處理技術，才能保證巖溶處理的成功。

1)小型溶洞的處理。

a.對于半填充型或者是無填充型的小型溶洞來說，建議使用回填處理方法；

b.對于填充型的小型溶洞來說，若溶洞位置是在隧道的基底、邊墻處，那么建議采取換填或者是注漿的加固舉措；若溶洞是在拱部位置，那么建議使用超前預注漿或者是加強隧道襯砌的處理舉措。

2)大型溶洞的處理。

a.對于無填充型，如果位于隧道邊墻，可澆筑1.5 m～3 m厚的漿砌片石墻，同時加強支護；如果位于隧道基底，需根據其發育特點進行處理；如果位于拱部，可采取混凝土進行噴涂回填，回填厚度一般為1.5 m～2 m，同時要加強支護;

b.對于填充型，必須借助于超前地質預報的方法，將溶洞所處位置、填充物類型做精準探測，繼而再依據探測結果采用相應的處理舉措。

3)對巖溶管道的處理，要秉承著“維持原排水體系”的原則。

b.對于填充型，多采取長管棚、小導管等支護措施，以達到加強初期支護及二襯強度的目的。

2.2 巖溶處理技術應用實例

2.2.1隱伏型小型巖溶洞穴處理

某隧道工程當施工到ZKI+200里程時，在做拱頂的巖溶探測時，發現拱頂上方的2.5 m處存在以縱向長6 m、寬度為2.5 m、高度為2 m的巖溶洞穴。該溶洞屬于隱伏型的巖溶洞穴，之前隧道開發過程中一直沒有暴露。為了避免該溶洞的存在對以后隧道運行安全帶來的潛在隱患，必須對其進行處理。

處理方法：對該隱伏型巖溶洞穴用長度為4.5 m的超前小導管進行支護，并使用42 mm焊接鋼管對該溶洞做注漿固結處理，長度的選擇依據隱伏巖溶的實際深度。選用普通的水泥砂漿為注漿材料，水灰比保持在：W∶C=0.6∶1～0.8∶1，注漿終壓控制在1.0 MPa～1.5 MPa，如圖1所示。

2.2.2對溶腔壁穩定大型溶洞的處理

若存在于隧道拱腰部以上的大型溶洞并無填充物，表現出溶腔壁的穩定性特征，針對這一類的大型溶洞則建議使用護拱法做出處理。在邊墻進行回填，拱部做支護，基地處依據巖溶實際的發育特征，選用針對性較強的處理手段，同時要注意的是，施工過程中應重視對排水設施的布置。

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隧道在掘進至ZKl2+243里程時，有一大型溶洞被發現處于拱腰處，該溶洞表現出溶腔壁穩定性較高的特征，縱向的長度為10 m、寬度為6 m、高度為14 m。

對該溶洞的處理：開挖隧道，立Ⅰ18鋼拱架、間距保持在0.5 m/榀，吊扣木模，泵送C25混凝土，做護拱的灌注處理，將護拱灌注的厚度保持在1 m。護拱兩邊嵌入到巖石之中的深度要超過0.5 m，并使用錨桿做鎖腳處理，錨桿深入到圍巖當中的深度要超過1.5 m，結束以上這一系列的施工步驟之后，噴射混凝土，完成鋼筋網初期的支護工作。施工時預埋φ110 mm的HDPE透水管，用Ω型排水管引出,如圖2所示。

2.2.3溶腔壁不穩定的大型溶洞的處理

當拱頂出現溶洞，溶洞高度大于20 m，且溶腔圍巖很不穩定時，可考慮用長管棚噴漿處理手段。

隧道的左洞在開挖到ZK27+146時，從隧道的拱頂發現有一大型的干溶洞，長、寬各為11 m,5 m，高度在32 m(直達地表)，而且溶腔壁表現出極不穩定的態勢。

處理方法：首先在溶洞塌陷地表處施作截水溝，并用塑料彩條布做覆蓋，避免地表水、雨水流入溶洞。在ZK27+146里程處構建長16 m φ108 mm的管棚，環向間距40 cm。為防止溶洞墜物落下傷人，應該在管棚上排放沙袋。在隧道中搭建間距為0.5 m/榀的拱架，初噴加厚混凝土完成支護工作(如圖3所示)。

2.2.4發育深度大于30 m的溶洞的處理

當溶洞發育深度大于30 m時，應該采用分層填筑夯實措施。隧道掘進至YK76+460里程時，突然發現有一個特大型的溶洞存在，該溶洞長、寬、深分別是30 m,40 m,35 m。該隧道完全都落在了溶洞中，而且洞頂存在冒頂塌方的問題。結合這一溶洞各方面的表現特點，我們在施工過程中通過多種處理措施的效果比較，確定選用分層填筑夯實的舉措，把隧道的暗洞變成明洞，采用噴錨支護處理舉措來對隧道兩邊的坡面進行支護處理，使用中空注漿錨桿(長度5 m)按1 m×1 m的密度進行施工。

2.2.5有填充物的大型溶洞處理

對于大型溶洞、尤其是存在填充物的大型溶洞來說，處理工作異常復雜，溶洞位置的精準測繪和充分了解填充物性質是必要的前提，目前多使用超前地質預報探測手段完成此項工作。

在該高速公路隧道ZK100+307～ZK100+337段，超前探測顯示左線拱頂里程為ZK100+308～ZK100+330處有一淤泥質富水溶洞，洞寬16 m，溶洞巖質主要為泥灰巖，這一類的巖體存在自穩能力差、裂隙發育的缺點。結合對該溶洞充填淤泥這一特點的考量，我們對該溶洞采取了超前大管棚預注漿法進行處理。

處理方法：采用超前大管棚支護，大管棚長30 m，直徑為108 mm，外插角1°～3°，棚管間距30 cm。采用預留核心土臺階法開挖隧道，立鋼拱架，0.5 m/榀，搭建好管棚后使用42小導管進行徑向的注漿工作，將小導管之間的間距控制在0.5 m、縱向的間距控制在1 m，依據梅花形做排布處理。一般使用水泥單液漿作為漿液，注漿壓為3.0 MPa～4.0 MPa，漿液水灰比為：W∶C=0.6∶1～0.8∶1。在初期支護完成之后，立即施作厚度50 cm的加強型二襯。需要注意的是，在施工中必須預埋110 mm的HPDE透水管，用Ω型排水管引出。

3 結語

在遵循隧道巖溶危害處理原則的基礎上，利用超前地質預報手段，針對溶洞的不同類型與危害性質，采取綜合性的多種支護技術，通過對巖溶洞穴塌陷、巖溶突水突泥、巖溶堆積物等危害的有效治理，可以為隧道施工順利通過溶巖發育區，為山區公路隧道建設安全提供了有力的保障。