巖溶對(duì)隧洞工程的危害及處治技術(shù)

1、 巖溶對(duì)隧洞工程的危害及處治技術(shù) 向孟君摘要：隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，我國(guó)在一些領(lǐng)域上已經(jīng)走在了世界前沿，但目前我國(guó)在建造技術(shù)上依舊處于較為落后的地位，尤其是對(duì)巖溶地區(qū)勘探方面的技術(shù)還不夠完善，導(dǎo)致巖溶地區(qū)對(duì)隧洞工程施工造成極大的危害和重大影響。只有運(yùn)用科學(xué)的技術(shù)手段，結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況，正確分析巖溶結(jié)構(gòu)特征，才能滿足隧洞工程的需要。本文將結(jié)合云南省滇中引水工程-紅河段施工，針對(duì)隧洞施工過(guò)程中遇到的巖溶問(wèn)題提出一定解決方案。在此施工過(guò)程中，并未改變水利形態(tài)，或引起水頭增高，保證項(xiàng)目正常施工的基礎(chǔ)上，有效的保護(hù)生態(tài)平衡。同時(shí)施工過(guò)程中累計(jì)了一些工程治理經(jīng)驗(yàn)，希望此工程報(bào)告可以為相關(guān)人員提供一定參考經(jīng)

2、驗(yàn)，進(jìn)而促進(jìn)我國(guó)工程建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展。關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);隧洞工程;危害及處治技術(shù)一、工程概況根據(jù)前期勘察結(jié)果，地田坡隧洞檢修支洞下游工作面穿越畔山-大田山巖溶水系統(tǒng)之磨依河巖溶水系統(tǒng)，隧洞穿越段伏流上游徑流面積約10km2。地田坡伏流系統(tǒng)位于磨依河左岸，明流流入溶洞后變?yōu)榉?，推測(cè)延伸方向北東5065，長(zhǎng)約0.45km，最終匯入磨依河。伏流入口高程1493m，推測(cè)伏流出口為磨依河河床，高程1410m，暗河平均比降18.4%，隧洞底板高程1435m，伏流進(jìn)口至隧洞軸線直線距離150m，推測(cè)與隧洞交叉位置高程1465m，高于隧洞底板59m，伏流進(jìn)口枯季流量2.5l/s，雨季大于2m3/s，推測(cè)伏流系

3、統(tǒng)與地田坡隧洞以2050角度相交于里程HH79+564附近。地田坡隧洞施工支洞下游工作面開(kāi)挖至里程HH79+627處，在順流左側(cè)邊墻底部揭露一巖溶管道（溶洞），為地田坡伏流系統(tǒng)。經(jīng)對(duì)溶洞勘察及測(cè)繪，隧洞軸線與溶洞走向交角約4247，溶洞底板高程約1419m，低于隧洞底板約16m，溶洞最大高度約27m，隧洞位于溶洞空腔中部，溶洞底部最大寬度約10m，巖溶規(guī)模由交叉處向伏流上、下游逐漸變小，可見(jiàn)段最小洞徑約0.51.0m、溶洞長(zhǎng)約60m。目前暗河流量約35L/s，正常過(guò)水痕跡高約35m，伏流河床比降約5%，溶洞底部砂礫石、淤泥厚約0.52.0m，兩側(cè)零星發(fā)育一級(jí)階地，高于河床約3m，階地物質(zhì)為砂礫

4、石，礫徑一般35cm，密實(shí)狀態(tài)，階地頂部普遍覆蓋一層厚約510cm的鈣華堆積層。洞頂鐘乳石非常發(fā)育，溶洞內(nèi)見(jiàn)長(zhǎng)約3m、直徑約30cm的樹(shù)木。溶洞兩壁為巨厚層狀灰?guī)r、白云巖，河床底部巖體完整，中部巖體完整性差，上部巖體較破碎，局部受溶蝕切割，形成不穩(wěn)定鍥形體。地田坡隧洞檢修支洞下游工作面巖溶發(fā)育，隧洞軸線與伏流交角約4247，伏流底板高程約1419m，低于隧洞底板約16m。伏流系統(tǒng)水力比降不均一，在隧洞穿越段平均比降約5%，兩側(cè)變陡;伏流系統(tǒng)的發(fā)育方向及規(guī)模受結(jié)構(gòu)面控制;伏流前段的水力坡降比初設(shè)階段推測(cè)的18.4%的要陡，伏流穿越隧洞在高程上發(fā)生變化，使得隧洞從巖溶空腔中部穿越。二、巖溶隧洞勘探

5、階段特點(diǎn)和難點(diǎn)勘探條件差，環(huán)境較為復(fù)雜，勘探設(shè)備使用困難，地田坡隧洞工程技術(shù)人員難以開(kāi)展勘探工作。常規(guī)勘探技術(shù)手段難以適應(yīng)工程需要，對(duì)于巖溶地區(qū)特殊情況缺乏適宜的勘探設(shè)備和科學(xué)的評(píng)估手段，巖溶地區(qū)地質(zhì)問(wèn)題較為復(fù)雜，由于我國(guó)巖溶地區(qū)較多，工程施工中可借鑒的工程實(shí)例較多，但因工程具體情況存在一定差異，實(shí)踐較為困難，技術(shù)手段有待完善。且一般的巖溶勘探經(jīng)費(fèi)都較為緊張，勘探工作量和勘探方法選擇上都會(huì)受到一定影響，勘探報(bào)告對(duì)于隧洞施工作用有限。鑒于上述原因，穿越巖溶地區(qū)的隧洞，參數(shù)勘探較為困難，對(duì)于施工的設(shè)計(jì)難以起到良好的作用1。三、巖溶對(duì)地田坡隧洞工程的危害巖溶對(duì)地田坡隧洞工程的施工和使用都會(huì)造成一定影

6、響，從地田坡隧洞工程施工的角度來(lái)看，溶洞的一個(gè)危害就是會(huì)使得圍巖應(yīng)力分布不均勻且無(wú)規(guī)則。這會(huì)導(dǎo)致隧洞支護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生開(kāi)裂，甚至?xí)?dǎo)致隧洞塌方。而巖溶的發(fā)生與水存在一定聯(lián)系，因此涌水、涌泥現(xiàn)象常會(huì)伴隨塌方發(fā)生，大量的泥沙與水涌入隧洞，將會(huì)造成嚴(yán)重后果，甚至可能會(huì)對(duì)施工人員產(chǎn)生安全上的影響。而對(duì)于整個(gè)地田坡隧洞工程來(lái)說(shuō)，涌入物也會(huì)造成隧洞周邊位移擴(kuò)大，并且導(dǎo)致地表開(kāi)裂下沉，引發(fā)山體活動(dòng)，使得整個(gè)地田坡隧洞工程毀于一旦。即使在施工中一切平穩(wěn)，巖溶也會(huì)在隧洞投入使用時(shí)造成一定影響，隧洞上方或下方巖溶洞穴極易在受外部環(huán)境的變化或有震動(dòng)的影響下，發(fā)生塌方。在巖溶地區(qū)進(jìn)行地田坡隧洞工程，由于巖溶地段的溶洞管道比

7、較多，再加上工程施工也會(huì)造成一系列影響，可能導(dǎo)致對(duì)地下水流域發(fā)生改變，使巖溶水流更加順暢，大量地下水涌入隧洞，這會(huì)引起水滲透補(bǔ)排關(guān)系發(fā)生變化，造成河流斷流、泉水干枯，土地肥力受損，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。如果造成巖溶隧洞施工過(guò)程中大量涌水，地下水和地表水流通會(huì)利于氧化作用進(jìn)行，使地下水具有較強(qiáng)腐蝕性，從而腐蝕隧洞建設(shè)工程，對(duì)施工人員也會(huì)造成一定損害。四、處治方法對(duì)于地田坡隧洞工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)極為重要，我們可以根據(jù)超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提前預(yù)知地質(zhì)狀況，并采取具有針對(duì)性的解決方案降低巖溶給隧洞施工帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，其中掌子面前方地質(zhì)預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，可靠度較高，在實(shí)際工程應(yīng)用中也最為廣泛。由于巖溶勘探較為困難，需借

8、助高端探測(cè)設(shè)備進(jìn)行探測(cè)，并結(jié)合設(shè)計(jì)時(shí)的勘探資料從而做出最科學(xué)的分析，從而得出最科學(xué)合理的處治方案。巖溶處治可以根據(jù)其形態(tài)、規(guī)模大小、填充物特征及涌水量等進(jìn)行分類，見(jiàn)表1。在地田坡隧洞工程施工過(guò)程中，如果將巖溶狀況掌握清楚，并采取超前加固處理，能夠?qū)κ┕て鸬綐O大幫助，而現(xiàn)在超前預(yù)報(bào)技術(shù)以及支護(hù)技術(shù)的發(fā)展為巖溶地區(qū)施工提供了一定保障。目前常見(jiàn)的預(yù)加固措施主要有錨桿、導(dǎo)管超前支護(hù)法以及注漿加固法，在實(shí)際工程施工過(guò)程中交錯(cuò)綜合使用3。本工程初期支護(hù)圖如圖1：為了施工的穩(wěn)定性和安全性，還需要在地田坡隧洞工程施工過(guò)程中對(duì)巖溶進(jìn)行全方面的處治。為應(yīng)對(duì)遇溶洞及巖溶管道的處理，本工程在初設(shè)及招標(biāo)階段，根據(jù)巖溶發(fā)

9、育程度計(jì)列了溶洞回填C20混凝土工程量4820m3。由于隧洞與溶洞斜交且位于溶洞空腔中部，需對(duì)交叉段的溶洞空腔進(jìn)行混凝土回填處理，同時(shí)預(yù)埋管道作為伏流泄水通道。對(duì)交叉段隧洞底板以下溶洞空腔采用C20混凝土回填形成隧洞底板基礎(chǔ)，并在溶洞底部回填區(qū)內(nèi)預(yù)埋4根直徑1.2m的排水管作為伏流過(guò)水通道，回填結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2。回填混凝土施工前，應(yīng)清除溶洞內(nèi)的爆破洞渣，爆破后對(duì)回填區(qū)溶洞底部的原狀松散堆積層進(jìn)行清除，如堆積層厚度小于1m應(yīng)清除至基巖，如厚度大于1m可按清除1m控制。同時(shí)將溶洞內(nèi)長(zhǎng)度大于0.5m的樹(shù)枝清除，清除的棄渣及樹(shù)枝不得堆積在溶洞內(nèi)以免堵塞暗河通道?；靥顓^(qū)溶洞壁應(yīng)采用高壓水沖洗以保證混凝土

10、與溶洞的結(jié)合強(qiáng)度?；A(chǔ)清理完畢后應(yīng)經(jīng)四方現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收后方可澆筑回填混凝土。埋管前應(yīng)先澆筑底部混凝土，下層埋管底部回填混凝土厚度不得小于0.5m，管底高程應(yīng)高于原河床高程0.5m，每層管道的管壁間距不得小于1m，具體結(jié)合清理后的基礎(chǔ)情況適當(dāng)調(diào)整埋管軸線位置及高程，管道縱向坡度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求4?；靥罨炷潦┕?yīng)注意做好管道的固定及接頭的包裹處理，防止管道浮動(dòng)、徑向變形及接頭漏漿，必須保證管道的過(guò)水?dāng)嗝娉叽?。分層回填混凝土厚度不大?m，應(yīng)采用摻粉煤灰、設(shè)冷卻水管、控制分層澆筑時(shí)間等措施做好混凝土溫控，防止產(chǎn)生溫度裂縫。冷卻水管采用50的HDPE管，間排距1.0m，水平距離混凝土邊緣為1.0m。冷卻水管

11、布設(shè)時(shí)需進(jìn)行限位固定，當(dāng)混凝土澆筑高度超過(guò)冷卻管并振搗密實(shí)后，即可進(jìn)行通水，通水流量不小于1.0m/h，通水持續(xù)時(shí)間不小于72h，每隔12h需方向通水5。隧洞軸線剖面圖見(jiàn)圖3，工程量見(jiàn)表2。承包人施工前需報(bào)溶洞處理施工專項(xiàng)方案和應(yīng)急預(yù)案。嚴(yán)格按照監(jiān)理審批的方案和預(yù)案內(nèi)容及要求進(jìn)行施工。需加強(qiáng)對(duì)溶洞附近的變形觀測(cè)，人員在溶洞內(nèi)作業(yè)時(shí)須全程配置安全警戒人員;每次地田坡隧洞上游開(kāi)挖爆破后必須對(duì)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行復(fù)核，防止溶洞內(nèi)巖體失穩(wěn)，同時(shí)需對(duì)溶洞暗河內(nèi)的進(jìn)行安全排查，防止鐘乳石失穩(wěn)掉落;汛期溶洞施工安全風(fēng)險(xiǎn)增加，施工方需制定溶洞內(nèi)水位暴漲的防汛安全應(yīng)急預(yù)案6。進(jìn)行專項(xiàng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，查明隧洞周圍的巖溶發(fā)育情

12、況（不小于洞周徑向10m范圍）7。對(duì)隧洞跨伏流段河床底部進(jìn)行勘探，采用物探手段（地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法）查明覆蓋層厚度及深部巖溶發(fā)育情況。結(jié)語(yǔ)：巖溶給地田坡隧洞工程施工帶來(lái)了極大難度，如果處理不當(dāng)，會(huì)對(duì)工程施工安全及工程穩(wěn)定帶來(lái)一定隱患。因此在施工過(guò)程中，需對(duì)巖溶有一個(gè)全方面的認(rèn)識(shí)，該工程已經(jīng)嚴(yán)格按照上述技術(shù)處理方案進(jìn)行施工，目前安全質(zhì)量及進(jìn)度均達(dá)到了預(yù)期效果，為相關(guān)工作人員提供了一定技術(shù)借鑒，促進(jìn)我國(guó)工程技術(shù)水平日益提升，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。Reference1鮑宏偉. 淺談巖溶地層隧洞施工中典型溶洞的處理技術(shù)與措施J. 2021（2011-13）：155-156.2趙偉剛. 淺析鐵路隧洞工程巖溶段施工處理技術(shù)J. 太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020， 000（001）：177-179.3付崇民. 干作業(yè)法成