常規隧道巖溶的幾種處治措施綜述

陳 宏

(四川西南交大土木工程設計有限公司，四川成都 610031)

喀斯特地貌是具有溶蝕力的水對可溶性巖石(大多為石灰巖)進行溶蝕作用等所形成的地表和地下形態的總稱，又稱為巖溶地貌，其形成原理為石灰巖地區地下水長期溶蝕的結果。我國喀斯特地貌分布較廣、面積大，主要分布在碳酸鹽巖出露地區，其中以廣西、貴州、云南東部所占面積較大；喀斯特地貌主要特征體現在溶洞、天坑等地理現象，其地下形態多以溶洞、溶槽等呈現。

巖溶根據發展程度，可分為極強發育、強烈發育、中等發育、微弱發育四類。極強、強烈發育的巖溶在地下多以暗河或河系出現(以管道水為主)；中等發育巖溶在地下多以裂隙狀暗河呈現(以裂隙水為主)；微弱發育巖溶在地下多以溶隙為主，有少數落水洞、漏斗和巖溶泉。前兩類巖溶在前期勘探中較容易發現，施工前可制定相應對策；因受勘探鉆孔數量、位置，勘探人員自身素質的限制，以及巖溶在地下表現的特殊性，后兩類巖溶在前期勘探中較難發現，在施工過程中，常無征兆的突遇，輕則初支或掌子面坍塌，重則涌水突泥、冒頂，甚至導致人員傷亡，不但延誤建設工期，增加建設成本，同時還增加了建設管理難度。本文結合廣西某隧道各巖溶案例的處治方案，總結了常規巖溶處于隧道不同部位的處治措施。

1 工程概況及地質簡述

本文隧道位于在建的雙向六車道城市快速路上，平面布置為小凈距，縱向設置為人字坡，建筑限界尺寸為13.75 m×5.00 m，內輪廓尺寸為15.13 m×9.69 m，是該快速路建設的控制節點工程。隧址區處于廣西喀斯特地貌地區，洞身圍巖以微風化灰巖、微風化含硅質灰巖、微風化含泥炭質、硅質灰巖夾硅質巖為主，巖體較為完整，但場區屬巖溶強烈發育區，巖體內節理裂隙發育，巖層中較易發育溶蝕溝槽、溶洞等不良地質。

據K2+920～K3+060段工點勘察，隧道圍巖為可溶巖，且揭露有多個溶洞，可能發生涌(突)水、泥現象，旱季一般無地下水，雨季地表水下滲會形成分布不均勻的裂隙水，地下水可能呈點狀或線狀滲入隧道。揭露溶洞分別位于隧道中夾巖墻、拱頂、仰拱底等部分，其規模大小、充填情況不一，有以串珠狀出現，有以獨立溶洞出現。

2 巖溶坍塌及處治概述

2017年4月14日，隧道左線里程K3+071～K3+070段1部開挖完成后(采用人工配合機械開挖)，正在進行鋼架安裝施工時，掌子面拱部土體出現坍塌，隨后情況進一步加劇，從拱頂一直貫穿到地表，坍塌體從掌子面涌出，在地面形成一個長約3 m，寬4 m，深15 m的塌腔。

同時，在隧道右線里程YK3+074～YK3+073段1部開挖完成后(采用鉆爆法開挖)，現場進行噴錨封閉巖面并準備鋼架安裝施工時，掌子面拱部右上側土體發生滑塌，隨后情況進一步加劇，坍塌體從掌子面涌出，由于覆蓋層埋深較淺，滑塌造成YK1+066處地表沉陷約2～4 m。

針對上述巖溶涌泥、坍塌，現場迅速采用回填反壓封閉掌子面，同時對地表坍腔進行封水處理；隧道內巖溶涌、突泥段采用中管棚注漿短臺階法開挖通過，并對初期支護外側采用Φ42注漿加固，型鋼采用HW200×200。

3 常規巖溶處理措施

3.1 常規中、小型溶洞處理

3.1.1 充填型溶洞

(1)對隧道拱部發育的中、小型溶洞，加強拱部超前支護，采用Φ51自進式錨桿，單根長度9 m，有效搭接長度不小于3 m；同時，根據現場實際情況適當清淤后預埋注漿管并泵送C20混凝土充填。

(2)對隧道側墻處發育的中、小型溶洞，先對充填物進行清除處理，而后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

(3)對隧道仰拱基底發育的中、小型充填型溶洞軟弱基礎。

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①小型溶洞則先清除軟弱充填物，其后回填C20混凝土或C20片石混凝土。

②中型溶洞則先采用Φ70鋼花管注漿加固軟弱充填物，其后對仰拱底部2 m范圍內進行換填，形成復合地基，提高基底承載力，從而保證襯砌結構的安全。

3.1.2 空洞

(1)空洞位于隧道拱部，采用超前支護結合鋼架的防護形式，在鋼架背后澆筑2.0 m厚護拱，并對護拱背后進行壓砂充填。

(2)空洞位于隧道側墻，先在側墻外修筑C20混凝土擋墻，再對側墻背后進行回填。

(3)空洞位于隧道底部，采用C20混凝土或片石混凝土對底部空洞進行回填處理，如有排水通道，則應先預埋排水導管。

3.2 大型溶洞處理

3.2.1 充填型溶洞

(2)邊墻發育大型溶洞。當隧道側墻處發育有大型溶洞，先對側墻外一定范圍內清除充填物，而后在側墻外修筑C20混凝土擋墻，同時應在清淤區域及擋墻內預埋排水管道后再進行回填。

(3)仰拱下方發育大型溶洞。當仰拱下方發育有較大規模充填型溶洞時，先對溶洞采用Φ108鋼管樁注漿加固，樁長及間距應根據溶洞的情況具體確定，但應滿足結構基底承載力要求，其后在樁頂施作C30鋼筋混凝土基礎，形成復合承載力基礎。

3.2.2 空洞處理

(1)空洞位于拱頂。空洞位于隧道拱部，采用大剛度的鋼架，大直徑超前管棚進行支護，拱頂以上澆注C20混凝土護拱，厚度不小于2.0 m，護拱之上壓砂或輕質泡沫混凝土充填，并加強二襯結構。

(2)空洞位于兩側邊墻，則在襯砌以外砌筑C20混凝土護墻，厚度不小于10 m，如有排水通道，則先預埋排水導管。

(3)空洞位于仰拱下方，先預埋排水管道，其后采用片石和級配碎石回填，頂部回填C20混凝土，厚度不小于3 m；若空洞位于仰拱單側，則在仰拱底部空洞側設置托梁加固，確保隧道襯砌結構的穩定性。

3.3 巖溶涌、突泥處理

3.3.1 超前地質預報和超前注漿

以工程地質綜合分析為核心，直接探測與間接探測相結合，現場量測與室內分析相結合，由初步探測到詳細探測，必要時采用超前鉆孔予以驗證,制定詳盡的超前預報方案。根據超前地質預報結果，對穿越富水程度和規模較大以及風險高的溶洞軟塑充填物段落，先采用全斷面深孔預注漿進行加固后，再進行開挖。注漿材料可采用純水泥漿、水泥—水玻璃雙液漿等。

3.3.2 本項目涌、突泥處治措施

(1)在隧道K2+852處發生涌泥后，迅速從洞外運渣回填，對掌子面進行反壓，避免出現二次坍塌。

(2)在觀察涌突泥無進一步擴大趨勢后，在掌子面前方回填區域施做操作平臺，同時布置監控量測觀測點。

(3)沿隧道環向，在開挖輪廓外側的涌突泥范圍內打設Φ76鉆桿式管棚(管棚尾端固定于初支鋼架)，對掌子面前方注漿加固，管棚環向、縱向范圍均嵌入完整巖石不少于1 m，鉆桿管棚環向間距40 cm。

(4)注漿完成后，采用短臺階法開挖，嚴禁爆破或劇烈擾動。初支鋼架調整為H型鋼(HW200×200)，預留變形量調整為30 cm，鋼架在施做過程中迅速落底或閉合成環，每榀鋼架在拱腰、拱腳各施設2根6 m長Φ76大鎖腳，鎖腳錨管合力方向與初支軸線方向成20°夾角。

(5)待初期支護完成后，對溶洞部位打設Φ42注漿小導管，進行徑向注漿加固，注漿小導管單根長4.5 m，平面按梅花型布置，漿液采用水泥漿。

(6)坍塌段及影響范圍內加密監控量測斷面,及時采集、分析監測數據；可視情況對此段采取提前施做二次襯砌的措施確保安全。

(7)施工過程中嚴格按照“短進尺，弱爆破”的原則施工，以確保安全。

4 結束語

(1)巖溶地區巖溶發育程度及規模大小不一，前期勘察過程中較難查明，施工過程中應加強超前地質預報，采用多種預報手段相結合的方式，探明巖溶的具體情況。

(2)施工過程中應加強監控量測，及時反映圍巖變化情況，確保施工安全。

(3)溶洞位于隧道不同部位、規模大小不一、充填情況不一，其處理措施亦存在一定差異，不同項目尚應根據具體情況制定針對性的處治措施。

(4)本文主要結合本項目遇到的巖溶情況對處治措施進行綜述，其他項目在參考借鑒的同時，尚應根據遇到巖溶的具體情況制定專項處理方案。