高铁隧道岩溶段综合施工技术

高铁隧道岩溶段综合施工技术

姜磊

中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150008

摘要：隧道工程施工中岩溶的危害主要来自岩溶洞穴、岩溶水及其填充物等方面，最直接的表现为易造成隧道涌水、突泥或者开挖中局部围岩坍塌、掉块，影响施工进度，危害人员和机械的安全，一旦处理措施不当，会给建成后隧道运营带来更大的损失。根据商合杭铁路太湖山隧道的岩溶地质情况，本文重点介绍穿越隧道断层破碎带、溶蚀裂缝、溶槽、溶管及溶洞等问题时采取的施工处理措施。

关键词：隧道、岩溶地质、处理措施

1工程概况

太湖山隧道位于安徽省巢湖市含山县境内，进口位于林头镇关口水库一侧，穿越太湖山，出口位于含山县东关镇，起点里程DK468+662，终点里程DK472+280，全长3618m。其中，隧道进口～DK468+675、DK468+960～DK469+143段弱风化灰岩岩石较硬，节理裂隙发育，溶蚀现象严重；DK470+980-DK471+370段为灰岩接触带及灰岩段，受构造影响，岩体破碎，地下水位岩石裂隙水及岩溶水，可能发生突水突泥。

2隧道超前支护

隧道岩溶段要根据设计要求和超前地质预报结果，针对不良地质区段采取超前支护体系；普通破碎地段采取超前小导管注浆支护；针对规模较大的填充型溶洞或断层破碎带，采取超前大管棚注浆支护；断层破碎带岩溶发育较强烈地段，根据地质情况，采取大小管棚注浆或超前预注浆方式，保证施工安全。

3隧道开挖

隧道岩溶段按照挖前必探，先评价后开挖的原则进行施工，根据施工图及地质预报情况确定开挖方法，对于一般围岩段采用三台阶临时仰拱，对于断层破碎带或大型填充溶洞采用4步CD开挖法。

（1）4步CD法施工示意图

（2）三台阶临时仰拱施工示意图

4隧道支护与衬砌

隧道岩溶段根据设计图纸及时进行支护，在岩溶发育地段采取强支护手段，确保施工安全。初期支护完成后，对隧道周边进行岩溶探查，采用地质雷达探测，发现异常采用钻探进行验证，将探测结果报设计院复核，根据设计院分析意见再进行二次衬砌施工。

5隧道岩溶地段施工处理措施

5.1穿越断层破碎带或接触带施工处理

太湖山隧道有三个断层,在接近岩溶区域或断层破碎带富水区域时，先采用TSP地震波对不良地质体掌子面前方100m范围内的的规模、位置、性质进行详细的预报，预判前方围岩等级和地下水情况，有异常时适当加密探测；然后在地震波探测的基础上实施超前钻孔验证，并辅以红外探水测定，每次探测长度以60m为一循环，相邻探孔前后搭接5m。

根据水压、水源补给和涌水量判断岩溶发育情况，采取管道引排、超前注浆或帷幕注浆等有针对性地施工措施。

岩溶隧道注浆加固方案

超前帷幕注浆方案如下图所示：

5.2 溶蚀裂隙施工处理

（1）无填充溶蚀裂隙地段：地下水不发育时，采用超前小导管通过，施作初期支护后应对裂隙做注浆处理；水量较小时，先排水、后采用超前小导管通过；水量较大时，先注浆堵水再开挖施工。

（2）填充溶蚀裂隙地段：地下水不发育或水量较小时，采用超前小导管处理，较大裂隙充填泥沙，浅埋裂隙发育地段，采用管棚法施工；水量较大时，应采用以疏为主，堵排结合的处理方法。

（3）开挖后隧道周边存在大面积渗漏水时,采用径向注浆进行封堵,径向注浆的范围应为隧道开挖轮廓线外0.5～1.0倍洞径；溶蚀裂隙局部有股状涌水时，采用注浆封堵进行处理。

径向注浆方案如下图所示：

5.3 溶槽、溶管处理

（1）探水孔水压和出水量较大，掌子面前方溶槽溶管比较发育时，为了防止涌水突泥，应根据溶槽溶管方向和发育位置，采用全断面预注浆封堵和局部预注浆截流。

当任一探孔水压大于1MPa或出水量大于20m³/h时，采取全断面注浆封堵。

当任一探孔水压在0.5MPa与1.0MPa区间或出水量在10m³/h与20m³/h区间时，采取周边注浆及掌子面局部注浆。

当任一探孔水压在0.2MPa与0.5MPa区间或出水量在2m³/h与10m³/h区间时，采取开挖后局部注浆和周边径向注浆、补充注浆结合的方法进行封堵。

（2）掌子面前方探水孔流出清水、出水量小于等于2.0且水压小于等于0.2MPa时，隧道排水不影响周边环境、相邻结构物及施工进度时，可采用排水方案进行处理。

5.4 溶洞处理

溶洞的治理按照规模大小、填充情况及地下水大小进行划分，从而制定合理的治理方案。

（1）全断面注浆封堵

全断面预注浆加固的方法主要针对较大规模溶洞，内充泥砂量大，且地下水含量丰富，揭穿后可能发生涌水、突泥时，所采取的封闭注浆加固处理措施。注浆加固范围为隧道开挖轮廓线以外1-2倍洞径，注浆长度30米，注浆终止压力为水压力的2-3倍，注浆扩散半径2-3米，每次开挖预留5米止浆墙。

（2）置换注浆

置换注浆法主要针对溶洞内充填致密的黏土、砂粘土或含水的粉细砂，采用劈裂、挤密、渗透等注浆方法困难时所采取的处理措施。

（3）填充封闭

无水、跨径较小或已停止发育的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土回填封闭，并应加深、加强边墙基础。根据溶洞岩石破碎程度的不同，对拱部以上干、空溶洞可采用喷锚支护加固、注浆、加设拱部及拱顶回填等方法处理。底板下发育的溶洞应挖除充填物，回填混凝土等；有水流的空腔，回填不得阻断过水通道。

（4）基底处理

采用加强基底处理主要针对溶洞空腔仅在隧道底部且深度较大，或者填充物松软不能承载结构物的，可采用换填、桩基、注浆加固、跨越等基底处理措施。

采用梁、板、支墩或悬臂梁承托纵梁、拱桥跨越处理主要针对溶洞内充填物松软、溶洞规模较大，或者溶洞虽小，但不得堵塞水流时基础处理措施。拱的拱座或梁、板的两端应置于稳定牢固的岩层上，并采用混凝土加固。

基底溶洞充填物厚度小于2m，采用换填方法，换填材料可选用混凝土换填。

基底溶洞充填物厚度2m～10m，宜采用注浆处理,注浆孔应深入基岩。

基底溶洞充填物厚度超过10m，按照设计图纸采用钻孔桩、粉喷桩等进行处理。

（5）隧道一侧遇狭长而较深的溶洞，应加深、加强该侧的边墙基础。

（6）溶洞在隧道上方通过,溶洞内的充填物无水或少量含水, 应采用支顶加固进行处理，支顶加固可采用支撑墙、柱、拱及嵌补等措施。

5.5 溶洞段施工注意事项

（1）高度重视超前地质预报工作，不断总结经验，提高预报准确性，规避和化解岩溶隧道施工风险。

（2）岩溶隧道施工岩溶发育具有不均匀性和复杂性，必须做好施工应急预案。

（3）采取引、堵、跨、绕四种方法进行岩溶处理，规避岩溶隧道施工风险。

（4）岩溶隧道浅埋段或暗河地区原则在旱季或枯水季节施工，施工组织设计进行合理安排。日降雨量大于200mm时，岩溶隧道停止溶腔处理，连续2日强降雨存在突水隧道停止施工。

（5）岩溶隧道溶腔必须结构加强，及时封闭成环，及时进行二次衬砌施做。

6总结

隧道施工中出现岩溶地质条件下的溶洞、突泥、涌水等现象十分普遍。只有在施工过程中认真做好超前地质预报，了解岩溶发育的规律和特点，遇到不同岩溶结构采取不同的处理措施，才能有效地保证岩溶隧道施工的安全、质量和进度。

参考文献:

隧道衬砌混凝土施工质量通病及防治措施 彭薇 《低碳世界》 2014, (16)

谈铁路隧道溶洞处理技术 杨永胜 《工程建设与设计》 2018，（9）

《高速铁路隧道工程施工技术规程》Q/CR9604-2015

《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》TB 10753-2018