淺析鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)

■趙偉剛

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750)

巖溶是地表水及地下水，對(duì)可溶性巖層進(jìn)行化學(xué)侵蝕、機(jī)械侵蝕、沉積作用等，形成的地下溶蝕現(xiàn)象。巖溶發(fā)育基本要求比較多，涉及到巖石的可溶性、裂隙，地表水或者地下水的侵蝕性、流通性等。我國(guó)是巖溶地區(qū)分布比較廣國(guó)家，在鐵路隧道施工中，經(jīng)常會(huì)遇到巖溶段，對(duì)隧道施工造成的影響具體表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)物部分或者全部呈現(xiàn)懸空狀態(tài)，降低圍巖使用的可靠性，對(duì)施工造成了較大的難度和安全隱患，如何保證巖溶地段施工的安全性、技術(shù)性及可靠性是巖溶段施工處理亟待解決的問(wèn)題[1]。如果巖溶位于鐵路隧道的上方或者側(cè)翼，則處理難度比較小，如果位于隧道底部，則比較棘手，需要酌情處理，以滿足隧道基底承載力的要求，保證列車運(yùn)營(yíng)的安全性。基于此，開展鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

隧道長(zhǎng)6199m，進(jìn)口端位于貴州荔波縣撈村鄉(xiāng)附近，出口端位于廣西環(huán)江毛南族自治縣木論鄉(xiāng)東山村洞肯溝槽。隧道進(jìn)口有鄉(xiāng)村便道可以到達(dá)洞口附近，交通條件一般；出口僅有羊腸小道通往，交通困難；隧道屬中低山溶蝕峰叢洼地地貌，洞身地段多為峰叢、洼地和槽谷，地形起伏較大，坡陡溝深，絕對(duì)高程390～880m，相對(duì)高差最大達(dá)490m，自然坡度一般20～60度。山頂孤峰多為陡崖。隧道最大埋深446m。九萬(wàn)大山二號(hào)隧道共穿越1條斷層，2處可溶巖與非可溶巖接觸帶；九萬(wàn)大山三號(hào)隧道穿越4處溶巖，隧頂有2個(gè)與隧道工程關(guān)系密切的洼地，其中Ⅰ類洼地1個(gè)，Ⅱ類洼地1個(gè)；九萬(wàn)大山四號(hào)隧道洞身穿越4條斷層，1處可溶巖與非可溶巖接觸帶。

二、隧道巖溶處理原則

在本工程巖溶處理中，為最大限度上降低處理難度，保證處理質(zhì)量，避免發(fā)生不必要的安全問(wèn)題，需要嚴(yán)格遵循“探明情況、因地制宜、消除水患、綜合治理”的原則。主要處理內(nèi)容為：全面勘察巖溶地段的規(guī)模、巖溶程度、地質(zhì)水文條件、內(nèi)部填充物等。針對(duì)巖溶發(fā)育比較強(qiáng)烈的地段，要最大限度上維系巖溶及暗河通路，嚴(yán)禁任意封堵[2]。此外，為避免巖溶段發(fā)生突水及涌泥問(wèn)題，還要切實(shí)做好超前孔前探測(cè)，準(zhǔn)備好充裕的抽水設(shè)備，以保證施工的安全性。總而言之，在隧道巖溶處理中要采取截、堵、排綜合治理方式。

三、鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）巖溶洞穴處理技術(shù)

巖溶地段在隧道洞穴中所處的位置不同，采用的方法也不盡相同，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

巖溶位于隧道頂部：可選擇的處理技術(shù)比較多，如：回填法、護(hù)拱+緩沖層法、護(hù)拱+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)、立柱支頂?shù)确椒ǎ伎梢杂行Ы鉀Q隧道拱部巖溶問(wèn)題。但不同方法有其獨(dú)特的使用范圍，比如：回填法適用于溶洞向拱頂以上發(fā)育，且規(guī)模比較小，無(wú)水的空腔或者半充填型溶洞處理中；護(hù)拱+緩沖層法則適用于溶洞向拱頂以上發(fā)育規(guī)模較小或溶洞盡管向上發(fā)育較高但寬度很窄的溶洞；護(hù)拱+緩沖層+噴錨網(wǎng)防護(hù)適用于溶洞縱橫向發(fā)育范圍較廣，但溶洞頂部穩(wěn)定性較好的巖溶處理中。立柱支頂法適用于溶洞縱向發(fā)育范圍大，且溶洞頂部發(fā)育在隧道拱頂以上10m范圍內(nèi)[3]。

巖溶位于隧道底部：可采用回填+換填法、鋼管群樁注漿法、板/梁跨越法等。其中,回填+換填法適用于隧道底部附件存在小型空腔或者半充填型溶洞處理中；鋼管群樁注漿法適用于隧道底部10m～15m范圍的溶洞處理，通過(guò)鋼管群樁注漿來(lái)形成具有足夠承載力的復(fù)合地基，以滿足鐵路施工對(duì)地基承載力的要求；板/梁跨越法適用于隧道底部為較大充填型溶洞施工中。

溶洞位于隧道側(cè)面：可采用護(hù)墻防護(hù)法或者護(hù)墻支頂法進(jìn)行處理。其中，前者適用于浸入隧道開挖輪廓線范圍有限的溶洞處理中，而后者則適用于溶洞發(fā)育范圍比較大的溶洞處理中。

（二）隧道巖溶段地下水的處理

1.超前預(yù)測(cè)

在巖溶段處理中為避免突水及涌泥等問(wèn)題的發(fā)生，采取地質(zhì)分析法、鉆探法、物探法、超前導(dǎo)坑法等相互結(jié)合的方法，因?yàn)閮H憑單一的預(yù)測(cè)方法，可能存在一定的局限性，無(wú)法保證預(yù)測(cè)精度，通過(guò)多種預(yù)測(cè)方法相互結(jié)合，可起到取長(zhǎng)補(bǔ)短、相互補(bǔ)充的作用，為后期巖溶處理提供數(shù)據(jù)支持和理論指導(dǎo)。

2.暗溝處理

本隧道工程穿過(guò)很多無(wú)填充的空溶洞，且底部常年有水流，為避免鐵路建成后，對(duì)水流道路造成阻塞，修建了石砌暗溝在隧道底部，以使溶洞中的水可以由暗溝排出，具體情況如圖1所示。

圖1 暗溝處理巖溶示意圖

3.滲溝、鋪砌排水

為最大限度上保證水流的通暢性，在本隧道工程巖溶處理中，還采用滲溝排水法，主要內(nèi)容為：在明洞頂部鋪設(shè)排水，將溶洞中水引入到另一側(cè)，然后通過(guò)溶洞自行排出。明洞砌鋪和隧道底部滲溝示意圖分別如圖2和圖3所示。

圖2 明洞砌鋪示意圖

圖3 隧道底部滲溝示意圖

（三）溶洞大廳的處理

溶洞大廳處理效果，對(duì)整個(gè)鐵路隧道工程的影響非常大，因此本工程為最大限度上提升巖溶段處理效果，采用指定加固和跨越溶洞相互結(jié)合的方法[4]。針對(duì)溶洞發(fā)育實(shí)際情況，尋找合理的處理措施。本工程應(yīng)用到溶洞大廳處理技術(shù)包括以下幾種：

第一，支撐墻加固處理技術(shù)。先對(duì)所有填充物進(jìn)行清除，接著用砌片石墻對(duì)溶洞頂板進(jìn)行支頂加固，若遇底部有水流，需要合理增置涵洞，將溶洞中水排泄出，為保證加固效果，需要在隧道邊墻上預(yù)留檢測(cè)孔道，增加防護(hù)鏈或者柵欄等防護(hù)設(shè)施，具體加固處理圖如圖4所示。

圖4 支撐墻加固處理圖

第二，用挖孔樁支頂加固。對(duì)于深度大的溶洞，采用挖孔樁施工加固，先將樁底面嵌入到基巖里，接著將樁頂?shù)匿摻畈宓戒摻罨炷恋装謇铮⑴c底板連接一體。具體加固圖如圖5所示。

圖5 挖孔樁支頂加固處理圖

第三，采用棧橋跨越。底板采用鋼筋混凝土板梁制作，以對(duì)邊墻進(jìn)行承托。支墩和懸臂橫梁上分別支承托梁[5]。將懸臂橫梁采用錨桿錨固在基巖里。操作便捷，成效顯著。具體施工如圖6所示。

圖6 棧橋跨越施工圖

（四）巖溶地段隧道支護(hù)

在大型充填式溶洞或裂縫發(fā)育的巖溶隧道施工中，一般采用預(yù)注漿堵水加固外，還可采用小導(dǎo)管注漿、大管棚、鋼架支撐、超前錨桿、噴射混凝土墻、掛鋼筋網(wǎng)等支護(hù)措施。

（五）巖溶地段開挖

巖溶地段開挖分為溶洞充填物和巖溶裂隙的開挖，圍巖條件應(yīng)為軟弱破碎，開挖方法接近軟弱圍巖隧道開挖。遵循“預(yù)加固、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量、襯砌緊跟”的開挖原則[6]。開挖爆破時(shí)，嚴(yán)格控制好藥量，利用微振動(dòng)控制爆破技術(shù)，以對(duì)充填物的干擾降到最低，并結(jié)合臨時(shí)仰拱、臨時(shí)鋼架等進(jìn)行及時(shí)支護(hù)封閉。

四、施工體會(huì)

第一，九萬(wàn)大山二號(hào)隧道巖溶發(fā)育程度高，處理過(guò)程比較復(fù)雜，通過(guò)超前預(yù)測(cè)，探測(cè)清楚隧道施工前方巖溶地段的地質(zhì)條件、水文條件、巖溶規(guī)模等，然后按照探測(cè)結(jié)果，制定有針對(duì)性的巖溶處理方法及安全保證措施，促使施工任務(wù)高效、安全地完成。

第二，在巖溶地段處理中要以質(zhì)量和安全為主題，在保證施工安全的基礎(chǔ)上，提升隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為后期安全運(yùn)營(yíng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在具體質(zhì)量過(guò)程中，充分結(jié)合巖溶的種類、規(guī)模、形狀、所處位置等，選擇與之相適的處理技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)巖溶標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)化質(zhì)量[7]。

第三，巖溶特征千奇百怪，分布范圍無(wú)規(guī)則可言，包括有填充的巖溶、無(wú)填充巖溶、有水巖溶、無(wú)水巖溶等，有的分布在隧道頂部、有的在側(cè)部、有的在底部，甚至有出在你貫通整個(gè)隧道斷面的巖溶。適用的巖溶處理方法也呈現(xiàn)多樣性，需要結(jié)合巖溶所處的位置、對(duì)鐵路隧道造成的影響等不同情況，具體選擇不同處理技術(shù)。

本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了鐵路隧道工程巖溶段施工處理技術(shù)，分析結(jié)果表明，巖溶地段是鐵路施工中比較常見的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，對(duì)鐵路隧道施工的安全性及后期運(yùn)營(yíng)的安全性都有較大影響。需要結(jié)合巖溶地段實(shí)際情況，選擇與之相適的處理技術(shù)，才能降低巖溶地段對(duì)鐵路隧道工程造成的影響，保證各道工序都能高效、安全地完成，促使我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)持續(xù)發(fā)展。