岩溶对隧洞工程的危害及处治技术

向孟君

摘要：随着科学技术不断发展，我国在一些领域上已经走在了世界前沿，但目前我国在建造技术上依旧处于较为落后的地位，尤其是对岩溶地区勘探方面的技术还不够完善，导致岩溶地区对隧洞工程施工造成极大的危害和重大影响。只有运用科学的技术手段，结合地区实际情况，正确分析岩溶结构特征，才能满足隧洞工程的需要。本文将结合云南省滇中引水工程-红河段施工，针对隧洞施工过程中遇到的岩溶问题提出一定解决方案。在此施工过程中，并未改变水利形态，或引起水头增高，保证项目正常施工的基础上，有效的保护生态平衡。同时施工过程中累计了一些工程治理经验，希望此工程报告可以为相关人员提供一定参考经验，进而促进我国工程建设进一步发展。

关键词：岩溶地区;隧洞工程;危害及处治技术

一、工程概况

根据前期勘察结果，地田坡隧洞检修支洞下游工作面穿越畔山-大田山岩溶水系统之磨依河岩溶水系统，隧洞穿越段伏流上游径流面积约10km2。地田坡伏流系统位于磨依河左岸，明流流入溶洞后变为伏流，推测延伸方向北东50～65°，长约0.45km，最终汇入磨依河。伏流入口高程1493m，推测伏流出口为磨依河河床，高程1410m，暗河平均比降18.4%，隧洞底板高程1435m，伏流进口至隧洞轴线直线距离150m，推测与隧洞交叉位置高程1465m，高于隧洞底板59m，伏流进口枯季流量2.5l/s，雨季大于2m3/s，推测伏流系统与地田坡隧洞以20°～50°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开挖至里程HH79+627处，在顺流左侧边墙底部揭露一岩溶管道（溶洞），为地田坡伏流系统。经对溶洞勘察及测绘，隧洞轴线与溶洞走向交角约42°～47°，溶洞底板高程约1419m，低于隧洞底板约16m，溶洞最大高度约27m，隧洞位于溶洞空腔中部，溶洞底部最大宽度约10m，岩溶规模由交叉处向伏流上、下游逐渐变小，可见段最小洞径约0.5～1.0m、溶洞长约60m。目前暗河流量约3～5L/s，正常过水痕迹高约3～5m，伏流河床比降约5%，溶洞底部砂砾石、淤泥厚约0.5～2.0m，两侧零星发育一级阶地，高于河床约3m，阶地物质为砂砾石，砾径一般3～5cm，密实状态，阶地顶部普遍覆盖一层厚约5～10cm的钙华堆积层。洞顶钟乳石非常发育，溶洞内见长约3m、直径约30cm的树木。溶洞两壁为巨厚层状灰岩、白云岩，河床底部岩体完整，中部岩体完整性差，上部岩体较破碎，局部受溶蚀切割，形成不稳定锲形体。地田坡隧洞检修支洞下游工作面岩溶发育，隧洞轴线与伏流交角约42°～47°，伏流底板高程约1419m，低于隧洞底板约16m。伏流系统水力比降不均一，在隧洞穿越段平均比降约5%，两侧变陡;伏流系统的发育方向及规模受结构面控制;伏流前段的水力坡降比初设阶段推测的18.4%的要陡，伏流穿越隧洞在高程上发生变化，使得隧洞从岩溶空腔中部穿越。

二、岩溶隧洞勘探阶段特点和难点

勘探条件差，环境较为复杂，勘探设备使用困难，地田坡隧洞工程技术人员难以开展勘探工作。常规勘探技术手段难以适应工程需要，对于岩溶地区特殊情况缺乏适宜的勘探设备和科学的评估手段，岩溶地区地质问题较为复杂，由于我国岩溶地区较多，工程施工中可借鉴的工程实例较多，但因工程具体情况存在一定差异，实践较为困难，技术手段有待完善。且一般的岩溶勘探经费都较为紧张，勘探工作量和勘探方法选择上都会受到一定影响，勘探报告对于隧洞施工作用有限。鉴于上述原因，穿越岩溶地区的隧洞，参数勘探较为困难，对于施工的设计难以起到良好的作用[1]。

三、岩溶对地田坡隧洞工程的危害

岩溶对地田坡隧洞工程的施工和使用都会造成一定影响，从地田坡隧洞工程施工的角度来看，溶洞的一个危害就是会使得围岩应力分布不均匀且无规则。这会导致隧洞支护结构发生开裂，甚至会导致隧洞塌方。而岩溶的发生与水存在一定联系，因此涌水、涌泥现象常会伴随塌方发生，大量的泥沙与水涌入隧洞，将会造成严重后果，甚至可能会对施工人员产生安全上的影响。而对于整个地田坡隧洞工程来说，涌入物也会造成隧洞周边位移扩大，并且导致地表开裂下沉，引发山体活动，使得整个地田坡隧洞工程毁于一旦。

即使在施工中一切平稳，岩溶也会在隧洞投入使用时造成一定影响，隧洞上方或下方岩溶洞穴极易在受外部环境的变化或有震动的影响下，发生塌方。

在岩溶地区进行地田坡隧洞工程，由于岩溶地段的溶洞管道比较多，再加上工程施工也会造成一系列影响，可能导致对地下水流域发生改变，使岩溶水流更加顺畅，大量地下水涌入隧洞，这会引起水渗透补排关系发生变化，造成河流断流、泉水干枯，土地肥力受损，影响农业生产。如果造成岩溶隧洞施工过程中大量涌水，地下水和地表水流通会利于氧化作用进行，使地下水具有较强腐蚀性，从而腐蚀隧洞建设工程，对施工人员也会造成一定损害。

四、处治方法

对于地田坡隧洞工程建设来说，超前预测预报极为重要，我们可以根据超前预测预报提前预知地质状况，并采取具有针对性的解决方案降低岩溶给隧洞施工带来的风险，其中掌子面前方地质预报较为准确，可靠度较高，在实际工程应用中也最为广泛。由于岩溶勘探较为困难，需借助高端探测设备进行探测，并结合设计时的勘探资料从而做出最科学的分析，从而得出最科学合理的处治方案。岩溶处治可以根据其形态、规模大小、填充物特征及涌水量等进行分类，见表1。

在地田坡隧洞工程施工过程中，如果将岩溶状况掌握清楚，并采取超前加固处理，能够对施工起到极大帮助，而现在超前预报技术以及支护技术的发展为岩溶地区施工提供了一定保障。目前常见的预加固措施主要有锚杆、导管超前支护法以及注浆加固法，在实际工程施工过程中交错综合使用[3]。本工程初期支护图如图1：

为了施工的稳定性和安全性，还需要在地田坡隧洞工程施工过程中对岩溶进行全方面的处治。为应对遇溶洞及岩溶管道的处理，本工程在初设及招标阶段，根据岩溶发育程度计列了溶洞回填C20混凝土工程量4820m3。由于隧洞与溶洞斜交且位于溶洞空腔中部，需对交叉段的溶洞空腔进行混凝土回填处理，同时预埋管道作为伏流泄水通道。對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础，并在溶洞底部回填区内预埋4根直径1.2m的排水管作为伏流过水通道，回填结构设计详见图2。

回填混凝土施工前，应清除溶洞内的爆破洞渣，爆破后对回填区溶洞底部的原状松散堆积层进行清除，如堆积层厚度小于1m应清除至基岩，如厚度大于1m可按清除1m控制。同时将溶洞内长度大于0.5m的树枝清除，清除的弃渣及树枝不得堆积在溶洞内以免堵塞暗河通道。回填区溶洞壁应采用高压水冲洗以保证混凝土与溶洞的结合强度。基础清理完毕后应经四方现场验收后方可浇筑回填混凝土。

埋管前应先浇筑底部混凝土，下层埋管底部回填混凝土厚度不得小于0.5m，管底高程应高于原河床高程0.5m，每层管道的管壁间距不得小于1m，具体结合清理后的基础情况适当调整埋管轴线位置及高程，管道纵向坡度应满足设计要求[4]。

回填混凝土施工应注意做好管道的固定及接头的包裹处理，防止管道浮动、径向变形及接头漏浆，必须保证管道的过水断面尺寸。

分层回填混凝土厚度不大于3m，应采用掺粉煤灰、设冷却水管、控制分层浇筑时间等措施做好混凝土溫控，防止产生温度裂缝。冷却水管采用Φ50的HDPE管，间排距1.0m，水平距离混凝土边缘为1.0m。冷却水管布设时需进行限位固定，当混凝土浇筑高度超过冷却管并振捣密实后，即可进行通水，通水流量不小于1.0m³/h，，通水持续时间不小于72h，每隔12h需方向通水[5]。隧洞轴线剖面图见图3，工程量见表2。

承包人施工前需报溶洞处理施工专项方案和应急预案。严格按照监理审批的方案和预案内容及要求进行施工。需加强对溶洞附近的变形观测，人员在溶洞内作业时须全程配置安全警戒人员;每次地田坡隧洞上游开挖爆破后必须对观测点进行复核，防止溶洞内岩体失稳，同时需对溶洞暗河内的进行安全排查，防止钟乳石失稳掉落;汛期溶洞施工安全风险增加，施工方需制定溶洞内水位暴涨的防汛安全应急预案[6]。

进行专项超前地质预报，查明隧洞周围的岩溶发育情况（不小于洞周径向10m范围）[7]。对隧洞跨伏流段河床底部进行勘探，采用物探手段（地质雷达、高密度电法）查明覆盖层厚度及深部岩溶发育情况。

结语：

岩溶给地田坡隧洞工程施工带来了极大难度，如果处理不当，会对工程施工安全及工程稳定带来一定隐患。因此在施工过程中，需对岩溶有一个全方面的认识，该工程已经严格按照上述技术处理方案进行施工，目前安全质量及进度均达到了预期效果，为相关工作人员提供了一定技术借鉴，促进我国工程技术水平日益提升，为我国经济建设奠定基础。

参考文献

[1]鲍宏伟. 浅谈岩溶地层隧洞施工中典型溶洞的处理技术与措施[J]. 2021（2011-13）：155-156.

[2]赵伟刚. 浅析铁路隧洞工程岩溶段施工处理技术[J]. 太原城市职业技术学院学报， 2020， 000（001）：177-179.

[3]付崇民. 干作业法成孔灌注桩施工过程中对岩溶处理的技术分析[J]. 现代物业：中旬刊， 2019（11）：2.

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