基于超前地质预报的隧道岩溶处理方案研究
沈英柱
摘要：在隧道施工中，需要对施工范围内的岩溶问题进行超前预报及处理，本文结合陈家垄隧洞开挖实例，通过采用超前地质预报对可能存在于施工区域附近，对正常施工造成不利影响的岩溶问题进行预报，准确获悉了隧底、掌子面及拱墙等岩溶分布信息;针对不同的溶沟尺寸、含水情况等地质信息，选用不同等级的施工处理方案，合理组织作业，顺利完成岩溶处理项目，为隧道工程后期安全顺利施工提供可靠保障。
Abstract： During tunnel construction， it is necessary to predict and deal with karst problems in the construction area in advance. This article combines the Chenjialong tunnel excavation example and adopts advanced geological forecasting to predict the karst problems that may exist near the construction area and adversely affect normal construction. The karst distribution information such as the tunnel bottom， face and arch wall is accurately learned; according to different geological information such as the size of the karst ditch， the water content and so on， different levels of construction treatment plans are selected， and the operation is rationally organized and the karst treatment project is successfully completed， which provides a reliable guarantee for the safe and smooth construction of the tunnel project in the later stage.
關键词：隧道施工;岩溶;超前地质预报;施工处理方案
Key words： tunnel construction;karst;advanced geological forecast;construction treatment plan
中图分类号：P642 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）25-0155-02
0 ?引言
在一些地区，地下水的运动会对其周围可溶性岩石造成溶蚀，形成可以容纳暗河或暗湖的地下管道和洞穴[1-3]，复杂多样的溶蚀形式会对地下隧道的正常施工造成不利影响，容易引起隧洞施工中的局部塌陷或突涌问题，增加施工难度，若忽视岩溶的处理，长期以往对隧道的正常服役年限有非常大的折损[4-7]。本文以陈家垄隧道工程施工中遇到的岩溶问题为例，采用超前地质预报方法，对施工过程中可能存在岩溶的区域进行超前探测，准确探明岩溶分布情况，针对溶沟尺寸大小及岩液发育程度，采用不同等级的岩溶处理措施，严格按设计要求组织施工，高质量完成岩溶处理工作，为隧道后期安全、顺利施工提供坚实的保障。
1 ?工程概况
陈家垄隧道属于张吉怀铁路项目10标，工程总施工距离780.3m，隧道施工中最大埋深为83.3m。根据地层结构勘探，陈家垄隧道施工范围内的地质构造以剥蚀构造丘陵地貌为主，地势不均起伏度大，在隧道掌子面以石灰岩为主要构成，岩体存在裂隙，岩石多呈碎块状，隐伏岩溶，且局部存在溶沟发育，具有一定的施工风险。
针对陈家垄隧道复杂的工程地质情况，根据实际岩溶分布情况，隧底岩溶的横向平均深度主要位于3-15m，局部较深;掌子面岩溶部分深度大于50cm;部分边墙背后存在溶洞。将工程中岩溶处理分为隧底岩溶处理、掌子面岩溶处理、拱墙岩溶处理，并分别采取不同施工处理方案。
2 ?岩溶处理
目前对于岩溶的处理方法一般为：①严格进行超前地质预报工作，仔细对岩溶等不良地质进行勘探与分析，结合短期预探（水平钻孔超前物探、地质雷达探测法）、中长期预探（长距离超前物探）与宏观预探进行综合超前预探方法，详细获悉附近区域内对施工造成影响的岩溶地质分布信息;②当施工区域内存在溶沟且含水较少时，对水体的来源与发展情况进行调查后排出。③当施工区域内存在无水溶沟，可直接采用混凝土进行填充，并适当进行锚杆加固;④当隧底部分区域存在溶沟偏大且含水量多时，在隧洞底部修筑桥涵结构进行跨越;⑤加强施工过程中的监测力度，及时根据监测结果调整施工技术与措施;⑥在对岩液地段进行施工时，需要及时对隧道进行支护或超前支护，岩体过于脆弱时，可提前对隧道全断面进行衬砌。
2.1 隧底岩溶处理
2.1.1 预报工作
陈家垄隧洞地质情况复杂，通过超前地质预报，及时了解不良地质具体构造及岩溶分布情况，为准确施工处理方案提供依据。
地质雷达探测可对隧洞不良地质段岩液的位置、规模及围岩完整性进行准确探测。通过地质雷达对隧底岩溶情况进行初步预报，扫描疑似隧底岩溶区域;根据预报结果;每排布置5个探孔，沿隧道施工前进方向每5m的间距向前推进;依据钻孔探测结果，隧底岩溶包含充填物为饱和粉质黏土（3至30m厚）且局部伴有孤石，绘制隧底的岩溶分布信息图，并与监理、设计等单位进行地质情况确认。
2.1.2 岩溶处理措施
由于隧底岩溶处理范围较大且周期较长，为保证隧底岩溶处理期间初期支护结构稳定及隧道结构的安全，隧底钢管桩注浆加固处理在该段仰拱初期支护封闭成环后进行，注浆量通过工艺性试验确定，钢管桩注浆加固由小里程开始逐段向大里程方向施作，为加快施工进度，也可根据现场情况跳段施作。
根据岩溶横向的平均深度不同，对隧底岩溶发育情况采取不同等级的处理措施。当隧底岩溶横向平均深度在3m以内时，直接采用混凝土进行充填。当隧底岩溶的深度全部超过3m或者在局部隧底区域较深，采用钢管桩（直径108mm，厚9mm，间距50cm×50cm）进行岩体加固。由于隧底岩溶地质情况复杂，为确保钢管桩的施工质量，采用隔桩施工工艺，以减少钻孔完成后塌孔问题;在对隧道底部结构的仰拱进行开挖时，扩充0.5m，用来设置混凝土垫层，垫层两侧各设有钢筋网片用于加固;及时对仰拱进行初期支护，并尽量提前初期支护的生效时间;钢管桩加固，内设钢筋笼浇筑水泥砂浆（水灰比为1∶1）;灌注水泥砂浆时，将混凝土泵管伸入管底，并匀速上提，尽量保证钢管桩的施工质量;边墙处钢管桩需加密设置，两侧分别设置两根斜向钢管桩（外插角为10°与20°）;进行钢管桩施工时，竖直钢管桩保持1%范围以内的垂直度误差，及10%设计桩间距范围内的误差;钢管桩混凝土在养护下达到龄期后，对处理地段隧底的复合地基承载力进行试验检测，根据现场施工情况，按每个施工循环，即每个台车长度范围检测一次。
当隧底岩溶的深度全部超过15m，增加加固钢管桩的直径与壁厚（直径203mm，厚11mm）;浇筑水泥砂浆时，待注浆压力为2MPa时采用细石混凝土灌注，充填成桩;钢筋笼的主筋应高于初期支护上表面30cm以上，向外偏约60°角度成喇叭口状，并与仰拱二次衬砌的主筋牢固焊接，保证钢管桩对仰拱的支撑作用;基底钢管桩注浆加固施工过程中，加强洞内及洞外监控量测，及时分析数据，监测是否存在异常情况发生。
2.2 掌子面岩溶处理
2.2.1 预报工作
嚴格执行超前地质预报工作，采用水平钻孔超前探测，精准地探测出断层内的构成情况，根据地质复杂情况、掌子面前方岩溶地质分布信息，分析判断对掌子面岩溶的处理措施。
当地质雷达探测到掌子面疑似溶沟时，先通过超前水平钻确认，在监理、设计单位对岩溶情况确认后揭开。
2.2.2 岩液处理措施
根据溶沟尺寸大小与岩溶平均深度的不同，对掌子面岩溶发育情况采取不同等级的处理措施。
当掌子面溶沟平均深度在50cm以下且不包含水体时，直接采用混凝土进行填充封闭。填充混凝土时，分层浇筑，每次浇筑混凝土后铺设钢筋网片;在局部深度相对较大的地方设置砂浆锚杆进行固定。
当掌子面岩溶平均深度在50cm以上时，用混凝土封闭掌子面与溶沟壁;溶沟内预埋双壁打孔波纹管并外裹无纺布，沿拱架底延伸至侧沟;采用复合式衬砌施工方法进行初期支护，外空腔采用混凝土分层填充至整体密实;待初期支护施工完成后，在支护外侧设置一层防水板。
当掌子面岩溶揭示深度在5m以上或者含水量较大，属于非正常情况，需停止施工进程，及时上报，根据岩溶问题严重程度，重新设计施工方法。
2.3 拱墙岩溶处理
2.3.1 准备工作
对于边墙的溶沟分布情况需尽早组织探测预报，防止初期支护后方溶沟较多，影响工程施工进度。每排5个探孔，包括拱顶、起拱线、拱墙，每间隔5m向前推进，在疑似存在岩溶情况的部位适当增加孔位。依据钻探情况详细绘制岩溶分布情况图纸，经监理、设计及建设相关部门对拱墙岩溶情况进行确认后开始处理岩溶问题。
2.3.2 岩液处理措施
根据岩溶分布情况图，设置相应的钻孔注浆布置图，每处溶沟均有注浆系统（至少包含一根注浆管与一个排气管）进行注浆;注浆管梅花形布置（直径50cm，间距1.2m）;注浆压力控制不变，分批次灌注水泥砂浆至溶沟填充完毕。
3 ?结束语
本文以陈家垄隧道工程施工中遇到的岩溶问题为例，对实际工程中针对岩溶处理措施进行了详细描述。通过在陈家垄隧道工程施工中采用超前地质预报，对陈家垄隧道施工场地周围岩溶分布信息进行了全方位探测，详细探明了岩溶分布信息;按照隧底岩溶、掌子面岩溶、拱墙岩溶等不同区域的进行了岩溶种类划分，并采取了不同的施工处理方案;针对每种区域的岩溶不同发育程度，合理选择了岩溶施工处理参数;严格按设计要求组织施工，加强对工程施工过程中的监测力度，及时根据监测反馈信息，调整或采取相应的施工措施，顺利完成了岩溶处理工作，降低了岩溶问题引起的隧道施工质量问题，保证了整体工程安全顺利开展。
参考文献：
[1]程巧建.隧道岩溶超前探测及溶洞处理技术研究[J/OL].公路，2020（05）：357-362[2020-05-24].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1668.U.20200509.1351.132.html.
[2]Li X H， Zhang Q， Zhang X， et al. Detection and treatment of water inflow in karst tunnel： A case study in Daba tunnel[J]. Journal of Mountain Science， 2018，15（7）：1585-1596.
[3]王梦恕.对岩溶地区隧道施工水文地质超前预报的意见[J].铁道勘察，2004（01）：7-9，18.
[4]林振华.隧道岩溶施工处理技术[J].广东土木与建筑，2020，27（04）：49-52.
[5]李术才，李树忱，张庆松，等.岩溶裂隙水与不良地质情况超前预报研究[J].岩石力学与工程学报，2007（02）：217-225.
[6]林传年，李利平，韩行瑞.复杂岩溶地区隧道涌水预测方法研究[J].岩石力学与工程学报，2008（07）：1469-1476.
[7]李军，苏焕全，汤兴文.岩溶地貌隧道不稳定溶洞处治措施[J].西部交通科技，2016（11）：57-59，87.
