浅谈公路隧道溶洞处理技术

浅谈公路隧道溶洞处理技术

舒荣壮

中国五冶集团有限公司 成都市610000

摘要：溶洞为岩溶洞穴，是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，大大降低隧道使用的可靠度；季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。因此，制定合理、科学、有效的溶洞处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段极为重要。论文根据某公路隧道溶洞分布的具体情况，介绍了此溶洞处理方法，以期对溶洞处理的设计与施工有一定借鉴意义。

关键词：公路；隧道；溶洞形成；影响；方案处理

引言：

    在岩溶隧道施工过程中，由于存在溶洞，不仅影响施工进度，而且影响施工安全，在施工过程中，往往要结合工程地质和超前预报，对隧道前方是否存在溶洞、溶洞类型等进行分析，以保证隧道施工过程中的安全。通过工程地质与超前地质预测分析，确定溶洞类型后，对溶洞的合理处置也在很大程度上将影响隧道的施工进度及安全,同时不同地质条件下岩溶发育特征不同，相应处理措施也会有很大差异。因此，结合工程实际，对岩溶隧道不同类型溶洞的处理措施进行研究显得极为重要，并且对后续类似溶洞的处理也具有一定的参考价值。

一、岩溶地貌的形成与发展

1.1可溶性岩石分布。

    以某高速公路建设项目为例，在该隧道施工中遇到的岩石种类以石灰岩为主。石灰岩系沉积岩，其主要矿物成份为碳酸盐类，如：方解石和白云石[2]。该工程的溶洞主要出现在石灰岩类岩石中，有可能出现的部位为石灰岩围岩内部。

1.2透水性好及裂隙发育的石灰岩，主要分布在断层及断层破碎带。

    同样以某高速公路修建为例，该区域处于受压的放射状结构系统中，由于强烈的地质构造活动，产生了大量的褶皱、断裂和破碎带，而这些都是该区岩性裂隙的主要成因。

1.3具有侵蚀性的地下水。

    通过实地考察，所遇溶洞标高较高，且该洞口未见有溪流，该岩体中的地下水为季节性的上层淤积，且没有汇水的情况，因此可推断工程所遇溶洞为一种已经不再发育的死溶洞，且洞穴中有大量的填充物，内部含水量极少,而在施工后出现的溶洞类型与上述判断基本相符。

二、溶洞对高速公路隧道施工带来的影响

溶洞的位置特征不同，所以对隧道施工产生的影响也不同。比如，存在于隧道底部的溶洞，填充物比较松散而且都比较厚，所以对基底的处理比较困难。存在于隧道边墙的溶洞，经常会有带水的充填物涌入，增加了施工的难度。此外，还有存在于隧道拱部大小不定的溶洞，很多会造成塌陷现象的发生。大多溶洞涌水中都夹杂着大量必须被处理掉的的杂质，施工相当困难。长时间的涌水，可能会造成地表下沉、开裂。所以，地表下如果存在溶洞，那么地表到溶洞这一段距离内的水流是有一定的通道的，因此，在地下施工过程中，遇到有地下结构范围内的溶洞，都要采取相应的处理措施。

三、溶洞常规处理技术方案

3.1超前地质预报

    地质预报通常使用地质物理探索、钻孔勘探与水洞探险共同使用的勘探方式，掌子面打孔需要采取高效的钻机勘探，减少预报的时间，节约工程资金，为工程规划选取供应水文地貌的基础资料。

3.2初期支护工作

    相关工作人员冲刷干净了熔岩表面以后，需要及时进行初期支护施工，在溶洞表面设置5-8m长，间隔1m的锚杆支护，同时喷射上15cm厚度的防水混凝土。于熔岩两处未漏空断层，采取截面高度160mm工字钢的钢拱架对其进行支护施工，距离控制在60cm的钢拱架避免直接基础岩石表面，需要添加混凝土让其链接，提供承载能力；拱墙使用锚固举措，锚杆纵横距离控制在1m左右，直径通常控制在20mm左右，同时复喷上厚度为20cm的防水混凝土。在喷射混凝土的过程中，需要从下而上展开，避免出现表面不均的情况，支护施工结束以后需要立即清理余下的物料。

3.3隧道结构与支护工作

    在公路隧道通过IV级以下围岩时，起初挖掘以后岩体形状变大，尤其是溶洞填充物被损坏，起初挖掘时会导致溶洞稳定性快速下滑。造成公路隧道初期支护与二次支护结构部件承受压力聚集，促使隧道结构产生变化。因此，在公路隧道施工中需要立即与设计院交流、沟通，及时进行探勘，拟定科学有效的挖掘与支护方式，同时制定预留沉降量变化和监控量测方式，必须要随时增加支护设备，让初期支护施工尽可能预先完成，确保起开挖围岩受力均匀。

3.4防水与排水技术工作

    对因为地下水流构成的岩溶隧道，根据以疏堵结合处置方式，限量排放的修护方法，尽可能不损坏自然构成的地下水流。在排出地下水时，需要及时监督控制地下水流压力。假设地下水排出量很大，溶洞因为压力下滑过大，同时速度快，会大大提高溶洞塌方的概率。假设地下水排出量校，要根据排堵联合的方式进行排水。假设遭遇富水溶洞，需要立即转变开挖方式，及时处理公路隧道中的沟渠问题，避免水流过大淹没道床。

四、高速公路隧道溶洞的处理措施

4.1分析溶洞的特征

    1)区域地质情况调查分析

    当隧道经过岩溶地区时，应对区域地质情况进行详细的调查分析，了解地表及地表水的具体情况，确定这些情况的分布和隧道的位置关系。

    2）地质资料分析

    施工前认真查阅超前地质预报资料，对于资料显示靠近开挖范围的溶洞进行超前溶洞钻探，并结合实际的地质情况，初步研究隧道内溶洞所处的位置、规模、溶洞内填充物的来源及周围岩石的稳定情况。

    当隧道距离溶洞30米左右时，采用地质雷达对溶洞进行探测，确定溶洞的位置、规模；初步确定溶洞内充填物的来源及周围岩石的稳定情况；当隧道距离溶洞10米左右时，采用钻孔的方法，准确探测溶洞。找到溶洞的准确位置，确定充填物的类型和周围岩石的性质。

五、工程施工应注意的问题

在公路隧道工程施工过程中，溶洞处理技术的运用是很关键的一部分，直接牵涉到隧道总体安全性与可行性，所以假设在公路隧道工程施工中需要先加强地质勘探与地质预报作业，准确判断公路隧道施工段有无溶洞，假设有，需要着重勘探检测溶洞。

    在公路隧道施工过程中，对富水岩溶地段施工需要以顺坡为核心，在富水岩溶地段展开挖掘施工，如此必须要按照工程施工特点与施工工期需要展开全面考虑。假设工程有平行导坑反坡施工产生，平行导坑和掌子面距离避免过大，与此同时在溶洞施工中尽可能避免开展小导坑施工。

    在施工方案之中，需要整体规划溶洞处理，尤其是假设公路隧道施工路段有诸多溶洞给，在技术处理方面需要思考到一切路段溶洞影响，防止公路隧道安全性受到威胁。

结束语

    通过以上处理措施的实施，安全通过了此处溶洞，经长时间不间断量测表明，该段围岩变形已稳定，支护结构表面无明显渗漏水现象。尽管安全通过了此处溶洞，并且此次处理方案也直接为后面的几处溶洞的处理提供了借鉴经验，但是在今后的岩溶隧道施工中，必须加强地质超前预探、预报工作，对隧道前方岩溶进行准确预测，并提前做好穿越岩溶溶洞的应急预案，防止突泥和突水的发生。需要引起广大业内人员注意的是，溶洞处理一般只注重结构的环向刚度的加强，较为忽视结构的纵向刚度的加强，这样会因溶洞前后侧结构基底刚度差异而导致后期运营时衬砌病害的产生。

参考文献：

[1]王晓莉,苏高强.滇东北地区高速公路岩溶隧道溶洞处理施工技术[J].云南水力发电,2020,36(7):83-85.

[2]方振华,余庆,岳志勤.成贵铁路上高山隧道超大型溶洞处理技术与应用[J].人民长江,2021,52(11):105-110.