淺談隧道巖溶處理原則及措施

蔣 波

(四川省雅西高速公路有限責(zé)任公司, 四川成都 610047)

淺談隧道巖溶處理原則及措施

蔣 波

(四川省雅西高速公路有限責(zé)任公司, 四川成都 610047)

巖溶根據(jù)其發(fā)育強(qiáng)度，可分為強(qiáng)烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育四種。強(qiáng)烈發(fā)育巖溶(如：暗河、廊道及較大規(guī)模的溶洞)較容易勘測(cè)和預(yù)報(bào)。而對(duì)于后三類巖溶，由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強(qiáng)的特點(diǎn)，在目前的勘探手段及建設(shè)資金有限的情況下，給施工及建設(shè)管理帶來(lái)較多的困難。文章結(jié)合某高速公路工程實(shí)例，就A隧道出現(xiàn)的巖溶情況進(jìn)行分析，總結(jié)出了中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育三種巖溶的一些處理原則和措施。

隧道; 巖溶; 溶洞; 處理措施

巖溶地貌在我國(guó)西南、中南地區(qū)較為普遍。巖溶地貌，是具有溶蝕力的水對(duì)可溶性巖石(大多為石灰?guī)r)進(jìn)行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱，又稱喀斯特地貌。除溶蝕作用以外，還包括流水的沖蝕、潛蝕以及坍陷等機(jī)械侵蝕過程?？扇苄詭r石有3類：①碳酸鹽類巖石(石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等)；②硫酸鹽類巖石(石膏、硬石膏和芒硝)；③鹵鹽類巖石(鉀、鈉、鎂鹽巖石等)。根據(jù)其發(fā)育強(qiáng)度，可分為強(qiáng)烈發(fā)育、中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育四種。在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，主要表現(xiàn)為暗河、廊道及較大規(guī)模的溶洞。這類巖溶地質(zhì)在地質(zhì)勘探時(shí)容易發(fā)現(xiàn)，并會(huì)引起施工及建設(shè)管理單位的高度重視，通常采取繞避、架橋等方式處理。另外三種發(fā)育強(qiáng)度的巖溶地貌更為普遍，多表現(xiàn)為溶蝕、中小型串球狀洞穴、單個(gè)小型洞穴等形態(tài)。對(duì)于巖溶區(qū)域，由于巖溶表現(xiàn)形式的多樣性及規(guī)律性不強(qiáng)的特點(diǎn)，在目前勘探手段及建設(shè)資金有限的情況下，給施工和建設(shè)管理帶來(lái)較多的困難。本文結(jié)合工程實(shí)例，就A隧道出現(xiàn)的巖溶地質(zhì)進(jìn)行分析，總結(jié)出了中等發(fā)育、弱發(fā)育、微弱發(fā)育三種巖溶的一些處理原則和措施。

1 實(shí)例工程地質(zhì)概況

該隧道位于四川雅安境內(nèi)，主要工程地質(zhì)危害為巖溶，長(zhǎng)度約1.1 km，約占整個(gè)隧道長(zhǎng)度的55%。在地表可見較明顯的溶蝕空洞，巖溶問題是隧道施工階段的關(guān)鍵地質(zhì)問題。

根據(jù)地表調(diào)繪，在YK89+156R80 m～YK89+074R120 m范圍發(fā)育有溶洞，沿斜坡方向呈帶狀分布，頂板埋深1～3 m，屬淺表性溶洞；長(zhǎng)度約4～7 m、寬度約2～6 m、高度約1～5 m，其內(nèi)無(wú)地表水及地下水出露，為干洞。隧道穿越段屬垂直滲流帶，富水條件較差，地下水總體較貧乏，鉆孔未揭露有溶隙水。隧道穿越段高出排泄基準(zhǔn)面約100 m。

2 巖溶段對(duì)隧道開挖影響及處置措施分析

與地下水發(fā)育的巖溶不同，隧道開挖揭露溶洞時(shí)，遇見的主要施工危害不是涌突水，而是由于溶蝕充填形成的臨空面極不規(guī)則，且溶蝕孔壁穩(wěn)定性極低，當(dāng)掌子面揭露或靠近溶蝕充填孔壁時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)定性問題，會(huì)出現(xiàn)掌子面塌方，臨空面鑲嵌的白云巖塊石在震動(dòng)下，穩(wěn)定性降低，失去穩(wěn)定，對(duì)人員安全和臺(tái)車設(shè)備造成危害。

由于巖溶段有一定危害，且?guī)r溶段與白云巖段接觸界限明顯，揭穿巖溶時(shí)具有一定的突然性，因此對(duì)巖溶段采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，判斷巖溶段的地質(zhì)特征，是順利通過巖溶段的保證。主要步驟為，預(yù)先對(duì)巖溶段采用物探手段確定異常段，初步判定巖溶可能出現(xiàn)范圍，再通過超前鉆孔確定巖溶的充填特征。

巖溶段原設(shè)計(jì)為Ⅲ級(jí)圍巖，由于巖溶影響，整體穩(wěn)定程度下降，但并不是所有的溶蝕充填都采用統(tǒng)一的支護(hù)措施。根據(jù)不同的巖溶特征采用不同的支護(hù)形式。

3 處理措施

3.1 拱頂及側(cè)壁出現(xiàn)巖溶、溶洞時(shí)采取的處理措施

2008年9月26日A隧道右線施工到Y(jié)K88+332.22時(shí)，隧道右側(cè)出現(xiàn)溶蝕洞穴，其可見高度10 m、寬3～7 m、順?biāo)淼婪较蜓由?，溶洞?nèi)填充物為黏土夾石，溶穴壁穩(wěn)定性極差；通過TSP203進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，地質(zhì)雷達(dá)分別對(duì)拱頂、兩側(cè)邊墻、底板進(jìn)行了探測(cè)。最后用水平鉆機(jī)在掌子面中間、拱頂、邊墻等部位共鉆取了4個(gè)孔，對(duì)以上幾種預(yù)報(bào)方法得出結(jié)果進(jìn)行了分析和討論，在掌子面前方約30 m左右存在溶洞(圖1)。經(jīng)研討后的施工方案如下：

圖1 溶洞位于側(cè)壁及拱頂坍塌示意

(1)清理溶穴坍塌物；

(2)對(duì)清理后的溶穴壁進(jìn)行加固(噴錨網(wǎng)支護(hù))；

(3)隧道拱部90°范圍內(nèi)溶穴采取回填C20混凝土，再預(yù)留孔吹砂充填；

(4)溶洞位于隧道底部，其深度小于3 m時(shí)采用C20片石混凝土回填，深度大于3 m時(shí)由四方會(huì)審后，現(xiàn)場(chǎng)確定；

(5)本段內(nèi)洞身支護(hù)加強(qiáng)(工字鋼間距調(diào)整為0.7 m)；

(6)分三臺(tái)階開挖，采用短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)繼續(xù)掘進(jìn)；

(7)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)管理人員和安全員在掌子面值班,并做好每一循環(huán)的地質(zhì)素描、圍巖級(jí)別判定卡等記錄。

3.2 拱頂出現(xiàn)巖溶、溶洞，且造成坍塌時(shí)采取的處理措施

2008年11月13日凌晨5點(diǎn)，開挖工作面拱部出現(xiàn)坍塌(圖2)。具體情況如下：此段圍巖為白云巖，由于受一組小斷層群的影響，從K88+248開始出現(xiàn)圍巖破碎，并時(shí)常出現(xiàn)坍塌(導(dǎo)致拱頂出現(xiàn)3～4 m高的空洞)等現(xiàn)象，11月13日12時(shí)頂部圍巖突然坍塌，砸壞3榀拱架，并造成現(xiàn)在的工作面的危險(xiǎn)局面：巨大巖塊(寬約7 m，長(zhǎng)約8 m，厚約5 m)一端砸在初期支護(hù)上，另一端砸在掌子面上部溶洞的底板上，整體凌空掛在掌子面上方，十分危險(xiǎn)。針對(duì)這種情況，由專家對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行考察并研討制定了相應(yīng)的處置方案。

圖2 溶洞坍塌處示意

(1)從最后面一榀受擾動(dòng)已經(jīng)開裂的鋼拱架處開始向后5 m范圍(K88+245～240)內(nèi)，立I18工字鋼拱架，間距50 cm，施作φ25中空注漿錨桿，間距@100×50 cm,錨桿長(zhǎng)度L=5 m；

(2)將掌子面附近采用碎石土進(jìn)行回填，初步形成在安全區(qū)下方有6 m長(zhǎng)的平臺(tái)，平臺(tái)高度在拱頂下約2.5 m處；

(3)對(duì)所有加固段掛φ8鋼筋網(wǎng)，并噴C20混凝土；

(4)在能確保安全的(距工作面約5 m)地段，采用人工填筑一道頂部寬度不小于1 m的漿砌片石封閉工作面；

(5)在漿砌片石封閉工作面以前，預(yù)埋兩根φ150鋼管。鋼管的一端留在漿砌片石外邊；另一端設(shè)置在溶洞中隧道兩側(cè)的位置，此端管口的高度設(shè)置在高出隧道拱頂1 m處；

(6)采用泵送C20混凝土回填隧道兩側(cè)溶洞；

(7)施作雙層超前φ50×5注漿小導(dǎo)管，第一層外插角10°，第二層外插角60°，其他參數(shù)均為：導(dǎo)管長(zhǎng)度5 m，環(huán)向間距50 cm，每1 m一個(gè)循環(huán)，注水泥漿和水玻璃雙液漿，水灰比0.7～1，注漿順序從下到上進(jìn)行；

(8)采取微臺(tái)階開挖方式進(jìn)行開挖和清除封堵，臺(tái)階長(zhǎng)度2～3 m(具體長(zhǎng)度以便于機(jī)械出渣為宜)。必要時(shí)采用環(huán)向?qū)Э臃绞介_挖；

(9)溶洞塌方區(qū)初期支護(hù)參數(shù)：①I18工字鋼拱架，拱架間距50 cm，仰拱成環(huán)；②其他按V級(jí)加強(qiáng)型參數(shù)執(zhí)行；

(10)拆除用于加固的護(hù)拱支護(hù)，對(duì)砸壞的三榀拱架以及其他變形已侵入二襯空間的鋼拱架進(jìn)行換拱處理(拆除原有的初期支護(hù)，擴(kuò)挖出足夠空間再重新施做初期支護(hù))。

4 結(jié)論

4.1 處理原則

(1)對(duì)巖溶發(fā)育地段，首先應(yīng)采取多種超前地質(zhì)預(yù)報(bào)手段相結(jié)合的方式(如：TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)合采用地質(zhì)雷達(dá)物探手段，必要時(shí)可用進(jìn)行超前鉆孔手段進(jìn)行輔助和驗(yàn)證)，較為準(zhǔn)確地定位出溶洞位置、大小，以便制定出下一步的施工處理措施；

(2)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，對(duì)于拱頂下沉、周邊收斂、初支變形以及溶腔體穩(wěn)定性、變化情況等應(yīng)密切關(guān)注，以保證施工安全；

(3)對(duì)巖溶較為發(fā)育地段，必須將溶腔內(nèi)的大量松動(dòng)、軟弱填充物清除。

4.2 處理措施

4.2.1 中等發(fā)育的巖溶

(1)拱部空溶洞：視其規(guī)模大小及穩(wěn)定性，可采取噴錨網(wǎng)支護(hù)加固溶腔體、增設(shè)護(hù)拱、回填混凝土、預(yù)留孔洞吹砂填充、加強(qiáng)拱部襯砌等措施；

(2)邊墻空溶洞：在邊墻空洞部位采取干砌片石、漿砌片石等措施；

(3)底部空溶洞：視其穩(wěn)定性，采取加強(qiáng)拱部襯砌、干砌片石、漿砌片石、鋼筋混凝土蓋板、樁基礎(chǔ)等措施。

4.2.2 弱發(fā)育、微弱發(fā)育的巖溶

若隧道拱部、邊墻或底部存在小型干溶洞或空腔體，內(nèi)部無(wú)水，無(wú)填充物，可用砂石料、漿砌片石、水泥砂漿、混凝土等將其填滿，必要時(shí)可少量注漿。

U455.49

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[定稿日期]2015-06-03