巖溶地段隧道處理措施

1、巖溶地段隧道處理措施摘 要：在巖溶地質(zhì)隧道施工中,經(jīng)常遇到涌水以及大小不同的溶洞影響工程施工問題,本文結(jié)合江西省萬載至宜春高速公路XX隧道施工過程中的巖溶地質(zhì)情況，重點探討了隧道巖溶段斷層破碎帶、淺埋軟弱圍巖、隧道偏壓、突泥涌水等常見問題采取的處理措施，簡單介紹了規(guī)模較大溶洞及跨越溶洞區(qū)采取的處理措施。關(guān)鍵詞：巖溶地質(zhì)、隧道、處理措施巖溶是地表水和地下水對溶性巖層經(jīng)過化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用形成的地下溶蝕現(xiàn)象，不同的巖溶發(fā)育成不同的溶洞、裂隙等。巖溶地段隧道不良地質(zhì)要素有斷層地段、軟弱圍巖、突泥涌水、沖溝、溶洞及采空區(qū)等幾個方面。當(dāng)隧道穿過可溶性巖層時，有的圍巖破碎，容易發(fā)生坍塌。有的溶洞位于隧

2、道底部，充填物松軟且深，使隧道基底難于處理。有時遇到填滿飽含水份的充填物溶槽，當(dāng)隧道掘進(jìn)至其邊緣時，含水充填物不斷涌入坑道，難以遏止，甚至使地表開裂下沉，形成“天窗”，隧道的初期支護(hù)壓力劇增。有時遇到大的水囊或暗河，巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交錯、分支錯綜復(fù)雜、范圍寬廣，處理十分困難。正確處理巖溶地質(zhì)對隧道的施工具有重要意義。1.超前地質(zhì)預(yù)報當(dāng)?shù)刭|(zhì)縱斷面圖上標(biāo)明前方有斷裂破碎帶時，采用TGP或TSP地質(zhì)超前預(yù)報系統(tǒng)，用地震反射波法度前方150m范圍內(nèi)圍巖情況進(jìn)行預(yù)測。通過超前預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，預(yù)報掌子面前方不良地質(zhì)體的位置、產(chǎn)狀及其圍巖結(jié)構(gòu)的完整性與含水的可能性，為

3、正確選擇開挖斷面、支護(hù)設(shè)計參數(shù)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，并為預(yù)防隧道涌水、突泥、突氣等可能形成的災(zāi)害性事故及時提供信息，使工程單位提前做好施工準(zhǔn)備，保證施工安全，同時還可節(jié)約大量資金。所以隧道地質(zhì)超前預(yù)報對于安全科學(xué)施工、提高施工效率、縮短施工周期、避免事故損失、節(jié)約投資等意義重大，具有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。若圍巖相當(dāng)破碎時，采用超前探孔探明前面是否存在溶洞、沖溝等；然后結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報資料，進(jìn)行詳細(xì)分析，制定相應(yīng)的施工方案。案例：XX隧道XX隧道出口左洞開挖至ZK10+833處，掌子面拱腰左側(cè)有一處溶洞，沿洞身縱向發(fā)育，溶洞有含泥流水，水流量較大，該處圍巖埋深約31米。經(jīng)對ZK10+833

4、掌子面進(jìn)行超前探孔，發(fā)現(xiàn)掌子面右側(cè)3#孔-9#孔范圍內(nèi)溶腔縱向?qū)挾茸畲鬄?.3米，其它探孔暫時未發(fā)現(xiàn)溶洞，根據(jù)超前探孔的結(jié)果，作如下處理：加密初期支護(hù)參數(shù)，在ZK10+833掌子面右側(cè)拱腳至拱頂處采用2°仰角打入長9米89*6mm長管棚進(jìn)行超前支護(hù)，確保隧道施工質(zhì)量與安全。2.斷層破碎帶處理措施對于洞身斷層破碎帶的處治應(yīng)遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測”的原則，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報探明的斷層特征采取有效措施。在有地下水的情況下，采取全斷面預(yù)注漿對地下水進(jìn)行封堵，并加強(qiáng)隧道襯砌防排水設(shè)計，視斷層軟弱、破碎情況采用雙排或單排注漿小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加

5、強(qiáng)，并通過基礎(chǔ)設(shè)置注漿小導(dǎo)管提高襯砌結(jié)構(gòu)承載力。將通過斷層地段的各施工工序之間的距離縮短，盡快將斷層地段進(jìn)行全斷面襯砌封閉，以減少巖層暴露、松動和地壓增大；爆破掘進(jìn)通過斷層時，嚴(yán)格掌握炮眼數(shù)量、深度和裝藥量，盡量減小爆破對圍巖的震動；采用上下導(dǎo)坑掘進(jìn)、先拱后墻襯砌法施工時，其下導(dǎo)坑不宜超前過多，開挖后立即進(jìn)行初期支護(hù)；支護(hù)寧強(qiáng)勿弱，并應(yīng)經(jīng)常檢查加固。案例：XX隧道XX隧道進(jìn)口左洞開挖至ZK8+910.8處，掌子面圍巖為松散土，自穩(wěn)能力極差，拱部出現(xiàn)塌方，地表塌陷，并在ZK8+894-ZK8+910.8段出現(xiàn)多處環(huán)向裂縫。處理措施：（1）對已經(jīng)完成初期支護(hù)的ZK8+892.5-ZK8+910.8

6、段緊貼鋼支撐內(nèi)壁采用間距80cm的I18工字鋼作為臨時支撐加強(qiáng)初期支護(hù)，在新增環(huán)向工字鋼兩側(cè)縱向各增加一排I18工字鋼與環(huán)向I18工字鋼焊接牢固，在每根縱向工字鋼底部增加長5米間距80cm的89*6mm的鎖腳管棚，在水平方向按1.6米間距增加I18工字鋼作為橫撐；（2）由于塌方對ZK8+892.5-ZK8+910.8段已經(jīng)完成的初期支護(hù)破壞較嚴(yán)重，環(huán)向采用長5米環(huán)向間距2米的50*5mm注漿小導(dǎo)管進(jìn)行加固，每榀工字鋼11根，并與工字鋼焊接牢固；（3）為了下一步的繼續(xù)安全施工，對ZK8+910.8掌子面進(jìn)行掛網(wǎng)、C25噴射混凝土進(jìn)行封閉后，并補(bǔ)打長5米的超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)；（4）從ZK8+9

7、10.8-ZK8+925.8段開始I18工字鋼間距按40cm進(jìn)行施工，初期支護(hù)按照FS5c變更間距支護(hù)形式進(jìn)行施工；拱部超前支護(hù)為長3.5米環(huán)向間距50cm的50*5mm注漿小導(dǎo)管進(jìn)行施工，注漿小導(dǎo)管施工1.6米為1個循環(huán)，加強(qiáng)超前支護(hù)，以保證隧道的施工安全；初期支護(hù)為3.5米的22mm的砂漿錨桿和鎖腳錨桿改為長3.5米50*5mm的注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距不變；隧道中線右側(cè)拱部上每榀工字鋼增加一根長9米89*6mm的鎖腳管棚，防止偏壓影響。（5）從ZK8+905-ZK8+920段在地表線橫向斜向下3°角打一排間距1米的108*6mm長管棚，長度至隧道右側(cè)邊開挖線。3.淺埋軟弱圍巖段處理

8、措施對于隧道淺埋段，視具體覆蓋層厚度、地質(zhì)情況采用大管棚、注漿小導(dǎo)管、地表小導(dǎo)管、地表砂漿錨桿、地表注漿等輔助施工措施，洞內(nèi)通過初期支護(hù)設(shè)置工字鋼拱架，二襯采用鋼筋混凝土對襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，同時隧道軟弱圍巖地段，采用短臺階法進(jìn)行開挖，施工中加強(qiáng)監(jiān)控量測，充分利用反饋信息來指導(dǎo)施工；合理組織分部開挖與支護(hù)臺階長度，開挖后及時進(jìn)行初期支護(hù)。對困難施工地段增設(shè)環(huán)向中空注漿錨桿，加速圍巖固結(jié)，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力；嚴(yán)格按“先排管、后注漿、再開挖、注漿一段、開挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的作業(yè)程序進(jìn)行施工。案例：XX隧道XX隧道進(jìn)口左洞開挖至ZK8+857處，掌子面圍巖為中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，左

9、側(cè)拱頂有一處溶洞，沿洞身縱向發(fā)育，溶洞內(nèi)夾有泥土并連續(xù)坍塌，圍巖穩(wěn)定性較差。該處圍巖埋深約12米。處理措施：（1） ZK8+857-ZK8+861段由原設(shè)計支護(hù)類型FS5c，其中I18工字鋼間距為0.6m變更為I18工字鋼間距為0.4m，初期支護(hù)按照FS5c變更間距支護(hù)形式進(jìn)行施工。（2）對ZK8+857溶洞空腔處腔壁采用22砂漿錨桿、I18工字鋼和鋼筋網(wǎng)進(jìn)行噴射砼回填，并在孔內(nèi)預(yù)埋一根108鋼管進(jìn)行注C25砼，兩根108鋼管用于排氣及排水。（3）通過超前鉆孔探測圍巖情況，前方1.5米處有泥土層，存在大型溶洞隱患，初步探明溶洞走向，在溶洞區(qū)域僅管棚無法滿足超前輔助施工的作用，增加單層環(huán)向間距5

10、0cm，長5m超前注漿小導(dǎo)管，加強(qiáng)圍巖超前支護(hù)，避免坍塌，保證隧道施工安全。4.隧道偏壓段處理隧道進(jìn)口端覆蓋層埋深較淺，并且?guī)r體空隙裂隙水發(fā)育，下雨時容易形成洞內(nèi)拱部淋雨狀，極易產(chǎn)生冒頂坍塌現(xiàn)象，隧道出口端山坡自然坡度較陡，洞身段圍巖級別低，易產(chǎn)生滑坡或崩塌現(xiàn)象。整個隧道全長范圍勘察分析，山體坡度向線路右側(cè)傾斜，左側(cè)偏壓。對于存在偏壓問題的隧道,在特定的地質(zhì)條件下,如對于隧道仰坡巖層表現(xiàn)為順層,傾角較大的巖層來講,對于長度為4m 的砂漿錨桿,由于其形成的孔徑較小,握裹體質(zhì)量比較差,提供抗拔力有限。所以往往難滿足保證仰坡的穩(wěn)定,仰坡的巖層易沿著這些弱結(jié)構(gòu)面滑動,仰坡不加處理或措施不夠,隧道開挖時

11、,邊仰坡易發(fā)生開裂滑坡現(xiàn)象,給仰坡的穩(wěn)定和隧道的施工帶來不利影響。根據(jù)隧道仰坡所處的地質(zhì)情況,應(yīng)相應(yīng)的延長錨桿的長度或改變支護(hù)方式。施工時應(yīng)注意施工過程中的不穩(wěn)定因素,采取相應(yīng)的加固來減小其不利影響。案例：XX隧道XX隧道進(jìn)口左洞開挖至ZK8+857處，掌子面圍巖為中風(fēng)化碳質(zhì)灰?guī)r，拱頂左側(cè)有一處溶洞，沿洞身縱向發(fā)育，溶洞內(nèi)夾有泥土連續(xù)坍塌，由于連續(xù)大雨的影響，現(xiàn)溶洞頂山體已塌陷，塌陷區(qū)域呈橢圓形范圍；前方ZK8+861-ZK8+890段為偏壓溶洞區(qū)。處理措施:(1)ZK8+861-ZK8+890段由原設(shè)計支護(hù)類型FS5c，其中I18工字鋼間距為0.6m變更為I18工字鋼間距為0.4m，初期支護(hù)

12、按照FS5c變更間距支護(hù)形式進(jìn)行施工；(2)洞口長管棚已被塌方破壞，從ZK8+857處開始超前鉆孔探明前面圍巖情況，并根據(jù)探明的情況在溶洞區(qū)的拱部采取89*6mm短管棚進(jìn)行超前支護(hù)；(3)將初期支護(hù)原設(shè)計長為3.5米的22mm的砂漿錨桿和鎖腳錨桿改為長3.5米50*5mm的注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距不變；(4)在ZK8+857-ZK8+890偏壓淺埋段開挖線拱頂上部2米處地表線橫向斜向下3°角打一排間距2米的108*6mm長管棚，如果遇到薄弱地層再對長管棚進(jìn)行加排加密處理，長度至隧道右側(cè)邊開挖線；(5)在ZK8+857-ZK8+890偏壓淺埋段，隧道中線右側(cè)拱部上每榀工字鋼增加兩根長9米8

13、9*6mm的鎖腳管棚，防止偏壓影響。（6）地表塌陷區(qū)設(shè)置沉降觀測點，定期觀測地表的沉降情況。5.突泥涌水處理措施5.1處理原則對隧道巖溶段地下水的處理原則是宜疏不宜堵為防巖溶水的突泥涌水，施工中采取超前探孔，預(yù)備足夠的抽水設(shè)備，順坡施工隧道作業(yè)面設(shè)置兩側(cè)排水溝進(jìn)行施工排水，確保施工安全。復(fù)雜情況下應(yīng)采取截、堵、排、綜合治水的措施，堵水時，只能改變水流方向。案例：XX隧道XX隧道進(jìn)口左洞開挖至ZK8+925.8處，掌子面圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r夾碳質(zhì)，巖體破碎，自穩(wěn)能力較差，拱部出現(xiàn)石塊塌落，巖縫夾雜泥土；在掌子面左側(cè)拱腳和中部軸線、右側(cè)拱部出現(xiàn)大股涌水，水流很急。 處理措施：ZK8+925.8ZK8+

14、930段由原設(shè)計FS5b變更為FS5c，按照FS5c復(fù)合式襯砌形式進(jìn)行施工；掌子面拱腳處增加5個縱向排水孔，增加2道110mm環(huán)向透水管，確保排水通暢，保證隧道施工安全。設(shè)計圖紙前方為溶巖發(fā)育地帶，施工過程中采取短進(jìn)尺、增加超前探孔，出現(xiàn)圍巖變化，及時到現(xiàn)場確定方案后再進(jìn)行施工。5.2暗溝排水隧道穿過無填充的空溶洞，如圖4-2所示頂部常有水流下，沿溶洞水流通道由消水洞自排出。為不致因修建隧道后阻塞水流道路，在隧底修建石砌暗溝使溶洞水通過暗溝仍沿原有通路由消水洞自行排出。 圖5-2 暗溝排水示意圖5.3涵洞、泄水洞排水當(dāng)溶洞自行排水通道不暢，地下水又很發(fā)育，不足以排除溶洞涌水時；為不使溶洞地下水

15、危及隧道安全，在溶洞底設(shè)置涵洞和泄水洞系統(tǒng)排水為引水匯排，對巖層進(jìn)行了鉆孔引水，隧道邊墻及泄水洞相應(yīng)地段預(yù)留泄水孔洞，以利引水，集中匯水后由泄水洞排除。5.4滲溝、鋪砌排水為保障水流暢通，隧底溶洞水流通道采用滲溝排水，明洞頂鋪砌排水，將水引入溶洞另一側(cè)，由溶洞自行排走，參見圖5-4。圖5-4 滲溝、鋪砌排水示意圖5.5注漿堵水，并加固圍巖在巖溶地區(qū)隧道施工中曾遇到大量巖溶突水涌泥現(xiàn)象，并誘發(fā)地表塌陷和水源枯竭。給施工和生產(chǎn)生活帶來許多危害,對環(huán)境帶來不利影響時，應(yīng)采取注漿堵水。注漿堵水是一項由軟弱地層預(yù)加固技術(shù)發(fā)展而來的防治涌水災(zāi)害新技術(shù)，在松散軟弱結(jié)構(gòu)圍巖、裂隙圍巖隧道防水方面取得了顯著效果

16、。封堵巖溶水、固結(jié)巖溶流泥，洞內(nèi)注漿優(yōu)于地表注漿，預(yù)注漿優(yōu)于地表注漿。因巖溶相互串通，與地表直接溝通，地表注漿往往造成漿液突破表土，漫鋪地面，浪費極大；后注漿是在巖溶已被施工開挖揭露，特別是當(dāng)發(fā)生涌水突泥之后所耗費注漿量極大。案例：XX隧道XX隧道右線進(jìn)口掘進(jìn)時出現(xiàn)涌水，導(dǎo)致距隧道距離約300米處的一座水庫斷水，影響了當(dāng)?shù)卮迕竦娘嬘盟肮喔人葐栴}。 處理措施：（1）對隧道內(nèi)YK9+652-YK9+700段采用長5m50*6mm注漿小導(dǎo)管注漿堵水，間距2m*2m梅花形布置，采用雙漿液注漿（水泥+水玻璃）。涌水量較大淺部注漿困難時，為了保證注漿質(zhì)量，采用長10m108mm鋼管引流泄壓，全部注漿完

17、成后，再對該孔注漿。 （2）考慮到注漿完成后水頭壓力過大，保留適量的排水量，在涌水點處采用108mm鋼管用于排氣及排水。6.小溶洞的處理措施對地下水不發(fā)育的小溶洞，采用漿砌片石或干砌片石回填處理，必要時壓漿填充。6.1漿砌封閉，回填壓實對隧道側(cè)墻通過溶洞，施工中采用回填封閉處理。隧道底部用片石混凝土回填，靠邊墻1m范圍內(nèi)用漿砌片石或噴射砼回填，其余回填石碴，參見圖6-1。案例：XX隧道XX隧道出口右洞開挖至YK10+811.3處，掌子面圍巖為中風(fēng)化灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，左側(cè)拱頂和右側(cè)拱腳至拱頂兩處有溶洞，沿洞身縱向發(fā)育，溶洞內(nèi)夾有泥土，洞內(nèi)泥土連續(xù)坍塌，圍巖穩(wěn)定性較差。處理措施：（1）YK10

18、+811.3-YK10+808.3（計3米)段由原設(shè)計支護(hù)類型FS4b變更為FS5a進(jìn)行支護(hù)，其中I16工字鋼變更為I18工字鋼，初期支護(hù)、超前支護(hù)及二襯按照FS5a支護(hù)形式進(jìn)行施工。（2）對YK10+811.3-YK10+808.3（計3米）段溶洞空腔進(jìn)行工字鋼掛鋼筋網(wǎng)支護(hù)加固，并用噴射混凝土進(jìn)行回填，對封閉空腔直接回填完整，對未封閉發(fā)育溶腔回填深度1.5米。工字鋼一端與鋼支撐相連，另一端橫向焊接一根與溶洞等寬的工字鋼，與兩側(cè)溶壁支撐。 圖6-1 封閉（回填）處理圖6.2 隧道回填，上部護(hù)拱防護(hù)圖6-2 護(hù)拱防護(hù)處理圖當(dāng)隧道穿過垂直發(fā)育之溶洞，無填充物、干燥、溶洞高大，洞壁有裂隙，但已停止發(fā)

19、育。處理措施：在隧底以下部分用塊石、碎石回填密實，距隧底1m處用漿砌片石回填，拱頂漿砌片石護(hù)拱厚1m，其上回填一定厚度干砌片石，以防溶洞有落石掉塊時，起到緩沖作用，參見圖6-2。6.3換填片石，加強(qiáng)襯砌在處理規(guī)模較小，沿裂隙發(fā)育的槽狀溶洞時，溶洞有填充物。其處理措施為：拱部及邊墻部位上的溶洞在襯砌外緣設(shè)1.0m厚漿砌片石，對隧道底部溶洞(如無充填物用洞碴回填)，向溶洞方向擴(kuò)挖l.5m，回填漿砌片石，其上再作50cm厚混凝土，混凝土內(nèi)設(shè)工字鋼。 6.4隧底底板梁處理對隧道底部為填充或有不需其它措施處理的小型空洞可采用底板梁加強(qiáng)襯砌通過。如圖6-4所示，將隧道鋪底或仰拱設(shè)計為平板型，在底板及邊墻下

20、部加設(shè)鋼筋，灌注鋼筋混凝土，共同形成鋼筋混凝土梁。圖6-4 底板梁處理圖7.規(guī)模較大溶洞的處理措施7.1 支頂加固支頂加固，通常采用的措施有：支承墻、柱、拱以及嵌補(bǔ)等。7.1.1支承墻加固處理措施：清除填充物，用漿砌片石墻支頂加固溶洞項板；底部水流通路處設(shè)置涵洞，排泄溶洞水；隧道邊墻留檢查孔道，加防護(hù)鏈或柵欄等防護(hù)設(shè)施，以保安全，參見圖7-1-1。圖7-1-1 支承墻加固圖7.1.2支承柱加固處理措施:根據(jù)溶洞形態(tài)的不同，采用支承柱，嵌外加固溶洞頂板，回填空隙并壓漿加固溶洞基底，如圖7-1-2。支承柱采用圬工支承柱間隔加強(qiáng)頂板，以減少頂板懸空跨度，柱的間距根據(jù)頂板厚度和節(jié)理、溶縫發(fā)育情況，考慮穩(wěn)定及受力條件確定。對空洞采取混凝土基礎(chǔ)的漿砌片石柱子以支頂加固后，進(jìn)行隧道正常施工。