岩溶地段隧道处置方法.docx

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岩溶地段隧道处置方法

岩溶地段隧道处置方法

摘要：

在岩溶地质隧道施工中,常常碰到涌水和大小不同的溶洞阻碍工程施工问题,本文结合江西省万载至宜春高速公路XX隧道施工进程中的岩溶地质情形，重点探讨了隧道岩溶段断层破碎带、浅埋软弱围岩、隧道偏压、突泥涌水等常见问题采取的处置方法，简单介绍了规模较大溶洞及跨越溶洞区采取的处置方法。

关键词：

岩溶地质、隧道、处置方法

岩溶是地表水和地下水对溶性岩层通过化学作用和机械破坏作用形成的地下溶蚀现象，不同的岩溶发育成不同的溶洞、裂隙等。

岩溶地段隧道不良地质要素有断层地段、软弱围岩、突泥涌水、冲沟、溶洞及采空区等几个方面。

当隧道穿过可溶性岩层时，有的围岩破碎，容易发生坍塌。

有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处置。

有时碰到填满饱含水分的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，乃至使地表开裂下沉，形成“天窗”，隧道的初期支护压力剧增。

有时碰到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。

有的溶洞、暗河迂回交织、分支错综复杂、范围宽广，处置十分困难。

正确处置岩溶地质对隧道的施工具有重要意义。

1.超前地质预报

本地质纵断面图上标明前方有断裂破碎带时，采纳TGP或TSP地质超前预报系统，用地震反射波法度前方150m范围内围岩情形进行预测。

通过超前预报，及时发觉异样情形，预报掌子眼前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提早做好施工预备，保证施工平安，同时还可节约大量资金。

因此隧道地质超前预报关于平安科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、幸免事故损失、节约投资等意义重大，具有重大的社会效益和经济效益。

若围岩相当破碎时，采纳超前探孔探明前面是不是存在溶洞、冲沟等；然后结合超前地质预报资料，进行详细分析，制定相应的施工方案。

案例：

XX隧道

XX隧道出口左洞开挖至ZK10+833处，掌子面拱腰左侧有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞有含泥流水，水流量较大，该处围岩埋深约31米。

经对ZK10+833掌子面进行超前探孔，发觉掌子面右边3#孔-9#孔范围内溶腔纵向宽度最大为6.3米，其它探孔临时未发觉溶洞，依照超前探孔的结果，作如下处置：

加密初期支护参数，在ZK10+833掌子面右边拱脚至拱顶处采纳2°仰角打入长9米Φ89*6mm长管棚进行超前支护，确保隧道施工质量与平安。

2.断层破碎带处置方法

关于洞身断层破碎带的处治应遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、紧封锁、勤量测”的原那么，依照超前地质预报探明的断层特点采取有效方法。

在有地下水的情形下，采取全断面预注浆对地下水进行封堵，并增强隧道衬砌防排水设计，视断层软弱、破碎情形采纳双排或单排注浆小导管进行超前支护，对衬砌结构进行增强，并通过基础设置注浆小导管提高衬砌结构承载力。

将通过断层地段的各施工工序之间的距离缩短，尽快将断层地段进行全断面衬砌封锁，以减少岩层暴露、松动和地压增大；爆破掘进通过断层时，严格把握炮眼数量、深度和装药量，尽可能减小爆破对围岩的震动；采纳上下导坑掘进、先拱后墙衬砌法施工时，其下导坑不宜超前过量，开挖后当即进行初期支护；支护宁强勿弱，并应常常检查加固。

案例：

XX隧道

XX隧道入口左洞开挖至ZK8+910.8处，掌子面围岩为松散土，自稳能力极差，拱部显现塌方，地表塌陷，并在ZK8+894-ZK8+910.8段显现多处环向裂痕。

处置方法：

（1）对已经完成初期支护的ZK8+892.5-ZK8+910.8段紧贴钢支撑内壁采纳间距80cm的I18工字钢作为临时支撑增强初期支护，在新增环向工字钢双侧纵向各增加一排I18工字钢与环向I18工字钢焊接牢固，在每根纵向工字钢底部增加长5米间距80cm的Φ89*6mm的锁脚管棚，在水平方向按1.6米间距增加I18工字钢作为横撑；

（2）由于塌方对ZK8+892.5-ZK8+910.8段已经完成的初期支护破坏较严峻，环向采纳长5米环向间距2米的Φ50*5mm注浆小导管进行加固，每榀工字钢11根，并与工字钢焊接牢固；

（3）为了下一步的继续平安施工，对ZK8+910.8掌子面进行挂网、C25喷射混凝土进行封锁后，并补打长5米的超前小导管进行超前支护；

（4）从ZK8+910.8-ZK8+925.8段开始I18工字钢间距按40cm进行施工，初期支护依照FS5c变更间距支护形式进行施工；拱部超前支护为长3.5米环向间距50cm的Φ50*5mm注浆小导管进行施工，注浆小导管施工1.6米为1个循环，增强超前支护，以保证隧道的施工平安；初期支护为3.5米的Φ22mm的砂浆锚杆和锁脚锚杆改成长3.5米Φ50*5mm的注浆小导管，环向间距不变；隧道中线右边拱部上每榀工字钢增加一根长9米Φ89*6mm的锁脚管棚，避免偏压阻碍。

（5）从ZK8+905-ZK8+920段在地表线横向斜向下3°角打一排间距1米的Φ108*6mm长管棚，长度至隧道右边边开挖线。

3.浅埋软弱围岩段处置方法

关于隧道浅埋段，视具体覆盖层厚度、地质情形采纳大管棚、注浆小导管、地表小导管、地表砂浆锚杆、地表注浆等辅助施工方法，洞内通过初期支护设置工字钢拱架，二衬采纳钢筋混凝土对衬砌结构进行增强，同时

隧道软弱围岩地段，采纳短台阶法进行开挖，施工中增强监控量测，充分利用反馈信息来指导施工；合理组织分部开挖与支护台阶长度，开挖后及时进行初期支护。

对困难施工地段增设环向中空注浆锚杆，加速围岩固结，增强围岩的自稳能力；严格按“先排管、后注浆、再开挖、注浆一段、开挖一段、支护一段、封锁一段”的作业程序进行施工。

案例：

XX隧道

XX隧道入口左洞开挖至ZK8+857处，掌子面围岩为中风化碳质灰岩，节理裂隙较发育，左侧拱顶有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土并持续坍塌，围岩稳固性较差。

该处围岩埋深约12米。

处置方法：

（1）ZK8+857-ZK8+861段由原设计支护类型FS5c，其中I18工字钢间距为0.6m变更为I18工字钢间距为0.4m，初期支护依照FS5c变更间距支护形式进行施工。

（2）对ZK8+857溶洞空腔处腔壁采纳Φ22砂浆锚杆、I18工字钢和钢筋网进行喷射砼回填，并在孔内预埋一根Φ108钢管进行注C25砼，两根Φ108钢管用于排气及排水。

（3）通过超前钻孔探测围岩情形，前方1.5米处有泥土层，存在大型溶洞隐患，初步探明溶洞走向，在溶洞区域仅管棚无法知足超前辅助施工的作用，增加单层环向间距50cm，长5m超前注浆小导管，增强围岩超前支护，幸免坍塌，保证隧道施工平安。

4.隧道偏压段处置

隧道入口端覆盖层埋深较浅，而且岩体间隙裂隙水发育，下雨时容易形成洞内拱部淋雨状，极易产生冒顶坍塌现象，隧道出口端山坡自然坡度较陡，洞身段围岩级别低，易产生滑坡或崩塌现象。

整个隧道全长范围勘探分析，山体坡度向线路右边倾斜，左侧偏压。

关于存在偏压问题的隧道,在特定的地质条件下,如关于隧道仰坡岩层表现为顺层,倾角较大的岩层来讲,关于长度为4m的砂浆锚杆,由于其形成的孔径较小,握裹体质量比较差,提供抗拔力有限。

因此往往难知足保证仰坡的稳固,仰坡的岩层易沿着这些弱结构面滑动,仰坡不加处置或方法不够,隧道开挖时,边仰坡易发生开裂滑坡现象,给仰坡的稳固和隧道的施工带来不利阻碍。

依照隧道仰坡所处的地质情形,应相应的延长锚杆的长度或改变支护方式。

施工时应注意施工进程中的不稳固因素,采取相应的加固来减小其不利阻碍。

案例：

XX隧道

XX隧道入口左洞开挖至ZK8+857处，掌子面围岩为中风化碳质灰岩，拱顶左侧有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土持续坍塌，由于持续大雨的阻碍，现溶洞顶山体已塌陷，塌陷区域呈椭圆形范围；前方ZK8+861-ZK8+890段为偏压溶洞区。

处置方法:

（1）ZK8+861-ZK8+890段由原设计支护类型FS5c，其中I18工字钢间距为0.6m变更为I18工字钢间距为0.4m，初期支护依照FS5c变更间距支护形式进行施工；

（2）洞口长管棚已被塌方破坏，从ZK8+857处开始超前钻孔探明前面围岩情形，并依照探明的情形在溶洞区的拱部采取Φ89*6mm短管棚进行超前支护；

（3）将初期支护原设计长为3.5米的Φ22mm的砂浆锚杆和锁脚锚杆改成长3.5米Φ50*5mm的注浆小导管，环向间距不变；

（4）在ZK8+857-ZK8+890偏压浅埋段开挖线拱顶上部2米处地表线横向斜向下3°角打一排间距2米的Φ108*6mm长管棚，若是碰到薄弱地层再对长管棚进行加排加密处置，长度至隧道右边边开挖线；

（5）在ZK8+857-ZK8+890偏压浅埋段，隧道中线右边拱部上每榀工字钢增加两根长9米Φ89*6mm的锁脚管棚，避免偏压阻碍。

（6）地表塌陷区设置沉降观测点，按期观测地表的沉降情形。

5.突泥涌水处置方法

5.1处置原那么

对隧道岩溶段地下水的处置原那么是宜疏不宜堵．为防岩溶水的突泥涌水，施工中采取超前探孔，预备足够的抽水设备，顺坡施工隧道作业面设置双侧排水沟进行施工排水，确保施工平安。

复杂情形下应采取截、堵、排、综合治水的方法，堵水时，只能改变水流方向。

案例：

XX隧道

XX隧道入口左洞开挖至ZK8+925.8处，掌子面围岩为中风化灰岩夹碳质，岩体破碎，自稳能力较差，拱部显现石块塌落，岩缝夹杂泥土；在掌子面左侧拱脚和中部轴线、右边拱部显现大股涌水，水流很急。

处置方法：

ZK8+925.8～ZK8+930段由原设计FS5b变更为FS5c，依照FS5c复合式衬砌形式进行施工；掌子面拱脚处增加5个纵向排水孔，增加2道Φ110mm环向透水管，确保排水通畅，保证隧道施工平安。

设计图纸前方为溶岩发育地带，施工进程中采取短进尺、增加超前探孔，显现围岩转变，及时到现场确信方案后再进行施工。

5.2阴沟排水

隧道穿过无填充的空溶洞，如图4-2所示顶部常有水流下，沿溶洞水流通道由消水洞自排出。

为不致因修建隧道后阻塞水流道路，在隧底修建石砌阴沟使溶洞水通过阴沟仍沿原有通路由消水洞自行排出。

5.3涵洞、泄水洞排水

当溶洞自行排水通道不顺畅，地下水又很发育，不足以排除溶洞涌水时；为不使溶洞地下水危及隧道平安，在溶洞底设置涵洞和泄水洞系统排水．为引水汇排，对岩层进行了钻孔引水，隧道边墙及泄水洞相应地段预留泄水孔洞，以利引水，集中汇水后由泄水洞排除。

5.4渗沟、铺砌排水

为保障水流畅通，隧底溶洞水流通道采纳渗沟排水，明洞顶铺砌排水，将水引入溶洞另一侧，由溶洞自行排走，参见图5-4。

5.5注浆堵水，并加固围岩

在岩溶地域隧道施工中曾碰到大量岩溶突水涌泥现象，并诱发地表塌陷和水源枯竭。

给施工和生产生活带来许多危害,对环境带来不利阻碍时，应采取注浆堵水。

注浆堵水是一项由软弱地层预加固技术进展而来的防治涌水患害新技术，在松散软弱结构围岩、裂隙围岩隧道防水方面取得了显著成效。

封堵岩溶水、固结岩溶流泥，洞内注浆优于地表注浆，预注浆优于地表注浆。

因岩溶彼此串通，与地表直接沟通，地表注浆往往造成浆液冲破表土，漫铺地面，浪费极大；后注浆是在岩溶已被施工开挖揭露，专门是当发生涌水突泥以后所花费注浆量极大。

案例：

XX隧道

XX隧道右线入口掘进时显现涌水，致使距隧道距离约300米处的一座水库断水，阻碍了本地村民的饮用水及浇灌水等问题。

处置方法：

（1）对隧道内YK9+652-YK9+700段采纳长5mΦ50*6mm注浆小导管注浆堵水，间距2m*2m梅花形布置，采纳双浆液注浆（水泥+水玻璃）。

涌水量较大浅部注浆困难时，为了保证注浆质量，采纳长10mΦ108mm钢管引流泄压，全数注浆完成后，再对该孔注浆。

（2）考虑到注浆完成后水头压力过大，保留适量的排水量，在涌水点处采纳Φ108mm钢管用于排气及排水。

6.小溶洞的处置方法

对地下水不发育的小溶洞，采纳浆砌片石或干砌片石回填处置，必要时压浆填充。

6.1浆砌封锁，回填压实

对隧道侧墙通过溶洞，施工中采纳回填封锁处置。

隧道底部用片石混凝土回填，靠边墙1m范围内用浆砌片石或喷射砼回填，其余回填石碴，参见图6-1。

案例：

XX隧道

XX隧道出口右洞开挖至YK10+811.3处，掌子面围岩为中风化灰岩，节理裂隙较发育，左侧拱顶和右边拱脚至拱顶两处有溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞内夹有泥土，洞内泥土持续坍塌，围岩稳固性较差。

处置方法：

（1）YK10+811.3-YK10+808.3（计3米）段由原设计支护类型FS4b变更为FS5a进行支护，其中I16工字钢变更为I18工字钢，初期支护、超前支护及二衬依照FS5a支护形式进行施工。

（2）对YK10+811.3-YK10+808.3（计3米）段溶洞空腔进行工字钢挂钢筋网支护加固，并用喷射混凝土进行回填，对封锁空腔直接回填完整，对未封锁发育溶腔回填深度1.5米。

工字钢一端与钢支撑相连，另一端横向焊接一根与溶洞等宽的工字钢，与双侧溶壁支撑。

6.2隧道回填，上部护拱防护

当隧道穿过垂直发育之溶洞，无填充物、干燥、溶洞高大，洞壁有裂隙，但已停止发育。

处置方法：

在隧底以下部份用块石、碎石回填密实，距隧底1m处用浆砌片石回填，拱顶浆砌片石护拱厚1m，其上回填必然厚度干砌片石，以防溶洞有落石掉块时，起到缓冲作用，参见图6-2。

6.3换填片石，增强衬砌

在处置规模较小，沿裂隙发育的槽状溶洞时，溶洞有填充物。

其处置方法为：

拱部及边墙部位上的溶洞在衬砌外缘设1.0m厚浆砌片石，对隧道底部溶洞（如无充填物用洞碴回填），向溶洞方向扩挖l.5m，回填浆砌片石，其上再作50cm厚混凝土，混凝土内设工字钢。

6.4隧底底板梁处置

对隧道底部为填充或有不需其它方法处置的小型空洞可采纳底板梁增强衬砌通过。

如图6-4所示，将隧道铺底或仰拱设计为平板型，在底板及边墙下部加设钢筋，灌注钢筋混凝土，一起形成钢筋混凝土梁。

7.规模较大溶洞的处置方法

7.1支顶加固

支顶加固，通常采纳的方法有：

支承墙、柱、拱和嵌补等。

7.1.1支承墙加固

处置方法：

清除填充物，用浆砌片石墙支顶加固溶洞项板；底部水流通路处设置涵洞，排泄溶洞水；隧道边墙留检查孔道，加防护链或栅栏等防护设施，以保平安，参见图7-1-1。

7.1.2支承柱加固

处置方法:

依照溶洞形态的不同，采纳支承柱，嵌外加固溶洞顶板，回填间隙并压浆加固溶洞基底，如图7-1-2。

支承柱采纳圬工支承柱距离增强顶板，以减少顶板悬空跨度，柱的间距依照顶板厚度和节理、溶缝发育情形，考虑稳固及受力条件确信。

对空洞采取混凝土基础的浆砌片石柱子以支顶加固后，进行隧道正常施工。

7.1.3拱桥支顶加固

关于因溶洞填充松散，不宜采纳墙、柱支顶，回填加固不牢靠，采纳注浆施工工程费用高，可采纳钢筋混凝土拱桥支顶加固，如图7-1-3所示。

6.1.4挖孔桩支顶加固

处置方法：

对大深度的溶洞，采取挖孔桩，桩底面嵌入基岩内，桩顶钢筋伸入钢筋混凝土底板内，与底板联成一体，如图7-1-4所示。

7.2跨越通过溶洞方法

如溶洞较大，堵塞或加固施工困难，不经济；或溶洞虽小，但有水流，又不宜堵塞；还有的溶洞较深或充填物极松软，不易建造基础。

在这种情形下，依照具体条件，采纳从结构上跨越溶洞方法。

7.2.1简支梁跨越

隧道衬砌采纳拉杆拱、边墙梁结构。

底部采纳简支梁跨越通过。

参见图6-2-1。

7.2.2栈桥跨越

处置方法：

采纳钢筋混凝土板梁作底板，承托边墙。

托梁别离支承于支墩和悬臂横梁上。

悬臂横梁采纳锚杆锚固于基岩内。

施工简便，成效良好。

参见图7-2-2。

7.2.3拱桥跨越

处置方法：

采纳拱桥跨越溶洞并承托道床及墙拱衬砌。

岩溶水通过拱桥引入泄水洞排出。

7.2.4边墙拱跨越

处置方法：

采纳拱脚下边墙部位设混凝土拱跨越．拱内为防堆积物内挤，另设挡墙支挡。

如图7-2-4所示。

8.总结

岩溶地质下隧道显现溶洞、突泥涌水等现象超级普遍，施工进程中只有认真做好超前地质预报，了解岩溶发育的的规律特点，在碰到不同的岩溶构造采取不同的处置方法，才能切实保证岩溶隧道施工的平安、质量及进度。