灰岩地段隧道岩溶处理的应用与研究
岩溶是隧道施工中经常遇到的一种地质现象，易于导致开挖面涌水、突泥，围岩及支护结构变形、开裂及坍塌，影响施工进度，危及施工安全，破坏周围环境，以黔张常铁路5标段为例，阐述岩溶地区隧道施工的处理工艺和处理方案的选择。通过大量的工程实践，对严重岩溶地区隧道的施工工艺及技术得到了一定的经验，对于充填型溶洞、空腔型溶洞等措施处理，取得了一些经验，对后续同类工程施工具有很大的指导意义。
标签：黔张常铁路；隧道；岩溶
1 前言
岩溶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。正确处理岩溶地质对隧道的施工具有重要意义[1，2]。
2 隧道岩溶特点
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，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，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，甚至使地表开裂下沉，形成“天窗”，隧道的初期支护压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。
3 隧道岩溶处理原则
根据国内岩溶隧道施工经验， 岩溶处理应遵循 以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理的原则。
3.1 以疏为主
就是尽量不改变岩溶水的径流和渗流路径， 保持地下水的原始循环和贮存状态， 从而减少地下水的流失， 保证施工、结构和环境安全， 达到建设绿色环保工程的目标。
3.2 堵排结合
就是根据隧道内涌水量大小、所含泥砂程度， 并考虑对隧道运营安全和环境的影响， 将堵水和排水结合起来， 决定治理方案。堵就是对于可能或已经涌出工作面的岩溶水或充填物进行封堵（小型溶腔）， 改善围岩的力学性能， 提
高围岩的抗渗能力， 保证开挖安全和隧道建成后的防渗漏等级。但堵并不是全堵， 只要能阻断岩溶水向隧道渗透的主要通路即可， 其加固范围一般为隧道开挖轮廓线外（ 0. 5 ～ 1. 0）D 。对于规模较大的干溶洞或暗河， 当封堵困难时， 可采取在隧道外部修建排水洞或在隧道中修建涵管或桥梁进行跨越， 既达到了排水目的， 又保证了施工和运营安全。
3.3 因地制宜、综合治理
就是根据隧道所处的工程地质和水文地质条件及周围环境条件， 采取多种方法进行综合治理。例如， 当大量的水被封堵在隧道开挖范围以外后， 对于隧道的局部渗漏水， 可采取以堵为主， 限量排放的措施， 并通过超前管棚、径向注浆和喷锚支护等辅助手段加固隧道顶部的围岩， 防止坍塌； 通过换填、钻孔桩、粉喷桩、树根桩、注浆等方法加固隧道底部的松软地层， 提高其强度和整体性， 防止基底沉降。
對于大面积渗漏水、局部滴漏水或小股状岩溶水，如水量和水压不大等情况， 分别采用径向注浆、局部注浆、补充注浆等方法进行封堵。
4 隧道岩溶处理实例
本文以新建黔张常铁路某几座隧道为例，阐述岩溶施工处理。
4.1 吴家铺一号隧道空腔型溶洞处理
4.1.1 发现溶洞阶段
吴家铺一号隧道上台阶施工至里程DK112+931处，在隧道中心线左约3.5米（拱顶）处出现溶洞，为沿竖向节理發育的管道型溶洞，洞径约1.5米，最大洞径达2.5米，向上通至地表，但未找到洞口，向下发育深度暂不明确。发现时溶洞时，洞内无水，但洞壁潮湿，溶洞内出现线状水流。
上台阶施工至里程DK112+933处，在隧道中线右约5.5米（右拱脚）处出现溶洞，也为沿竖向节理发育的管道型溶洞，洞径约1.5米，最大洞径达3.5米，上通至地表，但未找到洞口，向下发育深度不明确。溶洞内沿洞壁有水流。
4.1.2 探查阶段
为确定吴家铺一号隧道溶洞尺寸及走向，对其进行进一步探查，布置了12个30米深度的超前水平钻孔和96个5米深度的加深炮孔配合物探（GPR、红外探水等）进行探测。
4.1.3 探明阶段
隧道线左拱腰溶洞里程DK112+931，隧道中心线左偏2.5m，溶洞呈管道状，
溶洞竖直高度8m，贯通至中台阶，溶洞最大宽度2.5m，沿隧道纵向长度6m，存在渗水；隧道线右拱脚溶洞里程DK112+932，隧道中心线右偏5.5m，溶洞呈管道状，溶洞竖直高度大于10m，贯通至下台阶，溶洞最大宽度3.5m，沿隧道纵向长度10m，存在渗水。
4.1.4 处理阶段
（1）溶洞处理按“边施工、边探测”原则进行，施工中不得随意封堵地下水通道。
（2）针对DK112+931左侧拱部溶洞初期支护背后预留3根φ200mm双壁波纹管，管口高于拱顶不小于45m，管口采用土工布封闭，在仰拱底部与原溶洞连通。
（3）进一步揭示并探明DKll2+933处右侧溶洞发育情况，预留出排水通道。
（4）DK112+928～DK112+938掌子面右侧溶洞段在原设计基础上各台阶各增加一组锁脚锚管。
（5）掌子面前茭歉据超长炮孔探测情况，若发现空洞地段小导管长度应增长，嵌入基岩长度不小于1m。
（6）初期支护封闭后，对溶洞段采用C20混凝土回填，厚度高于拱顶以上2m，并预埋两根φ150mm吹沙管，后接入排水系统，混凝土达到设计强度后采用吹沙回填，回填厚度不小于2m。
4.2 夏家堡隧道充填型溶洞处理
4.2.1 产生溶洞阶段夏家堡隧道进口施工至DK118+450.6处，在隧道中线拱顶处出现两个小型柱状溶腔，溶腔内无水，有充填物，填充物为土质及角砾土，腔壁湿润。施工至DK118+452.4时，发现线右拱脚处出现一小型状溶腔，拱顶的小型溶腔在继续延伸，但有终止发育趋势。日施工至DK118+453.6时，发现前面所揭示的溶腔突然增大，拱顶与拱脚处溶腔已贯通，形成了弧长约7米、深度约5米、沿隧道洞身方向贯通约3米的溶洞，溶洞内无水，有充填物，充填物为角砾土。
4.2.2 探查阶段
为确定夏家堡隧道溶洞尺寸及走向，对其进行进一步探查，布置了4个15米深度的超前水平钻孔和8个5米深度的加深炮孔（原设计）配合物探（GPR、红外探水等）进行探测。
勘探钻孔孔深均为15m，遇溶腔时钻探须钻穿溶腔至完整基岩不少于5m；勘探孔一般以不取芯钻探为主，遇异常情况（如断层破碎带、溶洞填充物）时应
干钻取样，并做好现场记录；勘探钻孔司钻人员必须固定，并配专业技术人员在场，钻探资料应现场完成记录和描述；孔口应安设孔口管和止水闸阀，以便控制揭露岩溶水时的水流，孔口管必须安设牢固，防止水压将孔口管冲出伤人；勘探钻孔有水时，应按预报实施细则要求安装水压、水量测量计，进行监测工作，并绘制时间-水压-水量变化曲线。
4.2.3 探明阶段
经4个超前水平钻孔探测后，溶洞并未继续延伸，发育区段仅为DK118+450.6～DK118+453.6段；探测结果如图4。
4.2.4 处理阶段
（1）上台阶拱脚和最大跨处在原设计的基础上左右侧各增加一组Ф42锁脚注浆锚管，L=4m。锁脚锚管与水平线夹角15°～30°范围内，并必须深入基岩中，与钢架用“L”筋焊接牢固；锁脚锚管采用砂浆锚杆注浆工艺并灌注M20水泥砂浆（M20水泥砂浆配制时应采用中细砂，粒径不大于2.5m；砂胶比宜为1：1～1：2（重量比）。灌浆中途不应停止，直至孔口有浆液溢出，若无浆液溢出应进行补注。
（2）对DK118+450.6～DK118+453.6段已揭示的溶洞采用C25
喷射混凝土回填，约100m?，地表2m采用黏土防水层夯填，约76m?；初支进行挂网喷浆，并预留注浆管以便于注浆处理。
（3）拱部采用Ф42双层小导管并注水泥浆。
（4）在溶洞内预埋两侧两根Ф100mm盲管沿初支將水引至两侧水沟，管口采用土工布封闭；衬砌背后加密环向盲管，由原设计变更为1.5m/环，并将水引入中心排水沟；对水压进行观察，若衬砌后有承压水则在地表施做3个水平孔泄水孔引排至洞外。
（5）加强地表沉降观测，如地表出现陷坑，须及时回填，并防止地表水灌入。
（6）为防止掌子面坍塌，掌子面开挖时预留核心土，应严格按三台阶临时横撑法施工。
5 结语
（1）岩溶处理是一项复杂的技术， 应因地制宜， 综合治理。一方面应考虑对周围环境及居民生产、生活的影响； 另一方面应一次性根治， 不留后患， 确保隧道施工和运营安全。
（2）准确、先进的地质预测、预报手段对于溶洞的处理非常重要。目前， 超前钻探是一种最直观、有效的方法， 施工中应给予高度重视；为确保安全，务必采用“先探明，后施工”的处理方案。
（3）巖溶处理应尽量避开雨季和暴雨天气，尤其是埋深较浅的溶洞。
（4）对溶洞进行封堵时， 一定应认真测定溶洞的水量、水压， 正确判定水流方向， 并对涌出物进行分析， 以便合理选择注浆方式、材料、参数、工艺、设备。对隧道周边局部地段的溶洞进行封堵后， 为了防止溶洞水沿纵向流动， 对非溶洞区围岩或支护结构造成破坏， 在溶洞区两侧应设置一定厚度的隔水帷幕。其做法主要有两种： 第一， 通过径向深孔注浆的办法， 形成深孔截水帷幕； 第二， 通过局部扩大开挖断面， 形成变径， 加强衬砌， 形成混凝土止水帷幕， 同时必须作好隧道的防排水工作， 保持排水通畅。
（5）溶洞区隧道结构一般需要加强， 同时为了运营以后的维修和补强方便， 隧道的开挖轮廓线和净空都应适当放大。
参考文献：
[1]李治国，隧道岩溶处理技术[J].铁道工程学报，2002，74（04）：61-63.
[2]李广涛.广州地铁三号线北延段岩溶处理设计[J].隧道建设，2009
，29（01）：61-62.
作者简介：高颇（1983-），男，本科，工程师，研究方向：道路桥梁。
