岩溶铁路隧道灾害及治理措施研究

陈涛

摘 要：伴随着我国铁路工程的发展，岩溶地区铁路隧道施工项目越来越多。本文针对铁路隧道溶洞施工原则、铁路隧道易出现的问题进行探讨，并提出了相应的处理措施，希望对岩溶地区铁路隧道的施工具有一定的帮助。

关键词：岩溶;铁路隧道;灾害;治理措施

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层进行化学和机械性侵蚀破坏、搬运、沉积作用形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。岩石的的可溶性和裂隙性以及水的侵蚀性和流通性是岩溶发育的基本条件。我国岩溶地区分布广泛，随着我国铁路建设项目的不断发展，在岩溶地区开展隧道工程施工已不断增加。岩溶地区的地质条件复杂，溶洞发育，通常在向斜构造比背斜构造岩溶发育强烈，向斜构造的核部岩溶发育比两翼强烈，背斜构造两翼比核部岩溶发育强烈。岩溶对隧道的影响主要表现为结构物部分及全部悬空，大大降低隧道使用的可靠度，溶洞填充物外涌，给施工造成困难和安全隐患，季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素。在岩溶发育地区修建隧道过程中，如何保证工程安全、可靠、顺利的穿越岩溶区的处理技术方案是设计和施工技术人员必须研究和解决的重大课题。

1 铁路隧道溶洞施工原则

1.1 安全原则。不仅要考虑施工安全，还必须考虑未来的行车安全以及环境安全。行车安全不需多说，环境安全体现了人与环境的和谐程度、影响着环境的可持续发展。不能仅仅为了施工便利，不经调查和研究即对溶洞进行简单的处理从而影响整个地下水系，破坏当地的环境平衡。

1.2 充分考虑方案的合理性。在隧道施工之前，要深入了解周边环境、地形地貌及其地质结构，掌握溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物、气体和地下水情况，通过这些确定施工方法。不少地区的溶洞地形比较复杂，且地质条件也不同，在隧道建设施工时，合理选用施工机械，避免造成溶洞倒塌造成人员伤亡。在岩溶区施工隧道需要进行爆破作业时，要充分优化爆破方案严格控制用药量，避免破坏溶洞原有的整体结构造成坍塌等危险。

1.3 施工过程要具有灵活性。溶洞作为长期封闭的地下空间，很难对其形态和环境做出全面细致的预判，在施工过程中也会改变其状态，因此事先确定的施工方案也不是一成不变的，应建立应急预案和动态调整机制。在一种处理方法失去作用时或者效果不明显时，必须及时调整方案。业主、监理、设计和施工等相关单位要建立有效的联通渠道、紧密结合，做到及时沟通，以应对各类突发难题。

2 岩溶涌水突泥致灾机理

岩溶涌水突泥主要与地质构造及施工开挖过程有关。通常，隧道岩溶突水可分为地质因素诱发突水和非地质因素诱发突水两类，由于隧道围岩中普遍存在着节理、构造裂隙、裂缝等地质特征，因此地质因素诱发突水占绝大部分。通常表现为地质体失稳形成突水通道。侵蚀性的水流在构造裂隙中流动使构造裂隙不断扩大形成溶蚀裂隙，宽大的溶蚀裂隙继续发展成岩溶管道，岩溶管道继续溶蚀逐渐形成大的溶洞，出现涌水，并具有出水量大、分布不均、流动迅速和集中排泄的特点。

隧道开挖过程中，集中水源中水压力和开挖面至充水溶腔的距离会影响开挖面附近的水力梯度，这种水力梯度直接影响着涌水突泥的发生。隧道开挖前，岩体处于自然平衡状态，隧道开挖扰动了岩体，形成临空面，并在隧道周边形成松动圈，导致原有的裂隙扩张和新裂隙的产生，改变了围岩的应力状态和地下水的流动状态，加速了水循环。水循环的加速使得地质体加速溶蚀，原有的裂隙、溶隙逐渐变大，形成溶管、溶腔，为突水涌泥的发生提供了通道。

3 防治措施

3.1 综合超前地质预报

铁路岩溶隧道，应根据岩溶及岩溶水发育程度，以钻探法为主，综合地质调查法、TSP法、地质雷达、瞬变电磁等方法，对掌子面前方岩溶发育情况、充填情况及充填物性质，围岩完整程度，地下水进行预报。各种方法相互验证，并对各种预报成果进行地质综合分析，提高预报的准确率。实施过程中，根据预报情况及地质条件动态调整预报方法。

3.2 溶洞水的处理

通常岩溶水的处理要遵循“以排为主，防、排、截、堵相结合”的综合处理要求。优选管道连接方法，即在探明溶洞发育变化规律的前提下，将原有的地下水系进行切断，然后再用涵管或涵洞等管道方式进行连接，绕过溶洞发育的方向，这样既保持了原地下水的流动方向，避免了人为改动导致地下水系混乱的情况，而且还有效地避开了溶洞的发育方向，给溶洞继续发育的环境，管道可以根据溶洞内的情况进行布置，比如在隧道底部或者侧面进行加设，同时有关管道出入口周边至隧道边墙外缘位置要通过浆砌片石来回填密实。当岩溶水流的位置在隧道顶端或高于隧道顶端时，应设置引水斜洞将其开凿到适当距离之外，保证水位不超过隧底标高，这样才可以引排。

如果溶洞确定溶腔内填充物属于饱和水，最好的方法就是限排降压处理法。首先在溶洞揭示前对掌子面做好加固处理，对溶洞进行周边帷幕注浆加固堵水，同时在帷幕外侧要设置若干泄水孔。此过程中，对于水压力的变化要加强监控，并做好应急防范措施。结束隧道开挖工作后，及时进行钻孔并注浆封堵。设置泄水孔，缓缓适量地釋放溶腔应力，与帷幕注浆结合通过是处理富水型溶洞的良好手段。这样溶腔壁的稳定性可以有效增强，可以避免突水突泥的发生，使项目施工的安全性得到保障。

3.3 红外探水

在复杂地质条件下，特别是有岩溶发育区域，在掘进过程中容易遇见隐患问题，如地下水体或含水层理。红外探水除可探测掌子面前方的地质情况外，还可探测掌子面前方顶板上方、底板下方、两边墙外部的地质情况。针对复杂水文地质特点，红外探测仪可实现全空间全方位探测。如若发现前方有水存在，可采用相应的排水措施，如引流、排、堵等，亦可采用跨越或绕避等措施。

3.4 应用桩基技术

进行桩基作业之前，需要对岩溶裂隙情况进行调查，然后确定打入地层桩基的深度。为了保证铁路施工过程中的安全，需要建立起具有水、土及岩石物质形成的封闭单元，在进行钻孔作业之前对存在的岩溶裂隙注入水泥浆。多采用高压旋喷支护方式的基坑，利用高压旋喷桩在地层中建立起止水帷幕，需要保证深度不低于5米，可以更好地保护铁路地基进行支护。在施工过程中需要注意如下几方面内容：基坑需要设计为陡坡、放坡等方式，注入的浆液在保证喷射到岩面部位。如果存在溶洞、漏液等问题时，需要先注入高强度浆体，如果存在裂缝现象，还需要适当加深。支护施工完成之后，需要做好地质勘察工作，可以深入了解岩溶区域中的地质裂隙问题。确定出科学合理的桩基深度，设计好注入浆液的区段和数量。对地下水位进行准确地记录，进行数据分析之后对桩基进行设计。但进行具体的设计之前，应该建立起钻孔灌注嵌岩桩，可以更好地保证桩基的稳定性和重要性。并对桩端部以下的岩石完整性进行检查，确定刚度可以达到设计承载。在实际的施工过程中，还需要及时调整灌注桩孔洞位置。

4 结语

随着科学的进步与发展，隧道岩溶处理技术也越来越成熟，但岩溶作为存在上万年的地下幽闭空间，其成因、形态、环境难以勘察全面，因此针对各种类型隧道岩溶问题的治理措施，在确保隧道施工和运营安全的同时，也要因地制宜、本着敬畏自然、顺应自然的原则，尽量减少对环境的破坏，以促进人和环境的可持续发展。

参考文献：

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