铁路隧道工程岩溶段施工处理技术研究

中铁二十局集团有限公司，陕西 西安 710016

岩溶是一种由地表水和地下水，化学侵蚀、机械侵蚀和可溶性岩层沉积引起的地质现象。修建铁路隧道时经常发生岩溶断面，在部分或全部结构的施工中，对隧道施工的影响尤为明显，不但会降低围岩的使用可靠性，而且会对施工产生负面影响，带来更大的困难和隐藏的安全风险。确保岩溶断面施工的安全性和可靠性是处理岩溶断面时急需解决的问题。如果岩溶位于铁路隧道的上方或侧面，处理难度较低；如果岩溶位于隧道的底部，则处理难度较大，需进行适当的处理以满足隧道基础的承载能力要求，并确保列车运行的安全性。可见，对铁路隧道岩溶段的施工处理技术进行研究至关重要。

1 工程概述

山西中南部铁路通道（瓦日铁路）项目西铁车2号隧道起讫里程为DK1076+119～DK1083+970，全长7851m，隧道最大埋深约234m，最小埋深约27m。该隧道穿越花岗岩、灰岩和灰岩夹页岩，部分地段断裂构造较发育，且规模大、延伸远，断裂构造带水文地质条件复杂。部分隧道洞身沿断裂带岩溶发育，对工程的影响程度较大，施工中存在岩溶水突水、围岩坍塌等风险。

该隧道纵向从鲁村岩溶盆地西侧区域通过。鲁村岩溶盆地南北及西边界被太古界泰山群所圈围，东部则以北东向延展的断裂为边界，形成一个相对独立的岩溶水文地质单元。隧道DK1077+900～DK1078+000段、DK1080+900～DK1081+000段、DK1082+250～DK1082+350段经过灰岩区岩溶发育段，风险较大，必须采取有效的处理措施。

2 隧道岩溶处理原理

在该项目的岩溶处理中，为尽量减少处理困难，确保处理质量，避免不必要的安全隐患，必须严格遵循“认清形势、因地制宜、消除水患、综合治理”的原则，需提前了解岩溶区域的规模、岩溶等级、地质和水文条件等情况。在岩溶相对严重的区域，应尽可能保留岩溶和地下河道，严禁任意封堵。另外，为了防止水和泥浆进入岩溶区，必须事先清楚地识别出孔洞，并准备足够的抽水设备以确保施工安全。总体而言，隧道岩溶应采用广泛的截流、堵塞和排水处理方法。

3 铁路隧道工程岩溶段施工处理技术

3.1 岩溶洞穴治理技术

隧道洞穴中的岩溶剖面位置不同，则使用的处理方法也不同，西铁车2号隧道中的岩溶洞穴主要体现在拱腰部、边墙部和底部的小溶洞，其加固处理方法如图1所示。

图1 西铁车2号隧道岩溶加固处理图（单位：mm）

（1）岩溶位于隧道的拱腰部。当岩溶位于隧道的拱腰部时有很多处理技术可运用，例如回填法、拱形防护+缓冲层法、拱形防护+缓冲层+喷锚网防护法、柱支撑法等，这些方法均可以有效解决隧道拱形岩溶问题。其中，回填法适用于在拱顶上方发育的规模较小的溶洞，如无水腔或半充填的小溶洞；拱形防护+缓冲层法适用于岩溶洞穴，如在拱顶上方有一个小型岩溶洞穴或宽度较窄的岩溶洞穴的情况；拱形防护+缓冲层+喷射锚网防护法适用于各种岩溶洞穴，但需岩溶洞穴的顶部在岩溶处理方面具有更好的稳定性；柱支撑法适用于岩溶洞穴的较大垂直发育区域，要求岩溶洞穴的顶部在隧道拱顶上方10m。西铁车2号隧道中处理拱腰部小溶洞经常采用的方法是回填C10混凝土。

（2）岩溶位于隧道的边墙部。当岩溶位于隧道的边墙部时，可以采用浆砌片石支护法、挡土墙支顶法进行处理。其中，浆砌片石支护法适用于无水腔或半充填的小溶洞；挡土墙支顶法适用于处理范围有限的水下岩溶的洞穴或相对较大岩溶发育的洞穴。西铁车2号隧道中处理边墙部小溶洞经常采用的方法是M7.5浆砌片石支护法。

（3）岩溶位于隧道的底部。当岩溶位于隧道的底部时，可以使用回填置换法、钢管群桩法、板梁交叉法等。其中，回填置换法适用于隧道底部小溶洞或半填满的岩溶洞穴；钢管群桩法适用于隧道底部尺寸为10m×15m的岩溶洞穴；板梁交叉法适合在隧道底部建造大型填充洞室，其复合基础具有足够的承重能力，可以满足铁路建设对基础承重的要求。西铁车2号隧道中处理底部小溶洞经常采用的方法是回填M7.5浆砌片石。

3.2 隧道岩溶段地下水处理

（1）超前预测。为了避免在岩溶段的处理过程中发生水灾和淤积，可将地质分析、钻探、高级试验坑等方法结合使用，因为只使用一种预测方法可能具有局限性，无法保证预测精度。通过组合几种预测方法，可以彼此互补、相辅相成，并为以后的岩溶处理提供数据支持和指导。

（2）设置暗沟。该隧道工程穿过许多空洞而没有填满，并且水全年都在底部流动，为了避免铁路建成后水流路径的阻塞，可在隧道底部修建中央排水沟，以便岩溶洞穴中的水可以通过该沟排出。

（3）设置侧沟。为了确保水流的畅通，该隧道工程的岩溶处理中也采用了渗滤排水法，主要是将排水侧沟设置在隧道的两侧，通过环向、纵向、横向排水管连接，将山洞中的水引到侧沟，然后将水排出隧道。

3.3 洞室处理

岩溶洞穴的处理效果会对整个铁路隧道工程产生重大影响。为了最大限度地发挥岩溶剖面的处理效果，该项目采用了一定的加固措施与穿越岩溶洞穴相结合的方法。该项目应用于洞室的处理技术包括以下内容：

（1）挡土墙加固。首先清除所有填充物，然后用砖石墙支撑洞穴的顶部。如果下面有水流过，则必须增加1条通道来排出洞穴中的水。为了确保加固效果，必须在隧道的侧壁、顶部保留检查孔，并增加保护装置，如保护链或围栏。

（2）用钢架支撑顶部。对于深洞，使用钢拱架或者格栅钢架进行加固。首先将钢架的底部插入基岩或者设置钢垫板，然后用钢架顶部顶住基面，确保支撑具有整体性和稳固性。

（3）用栈桥穿过。栈桥底板由钢筋混凝土底板梁组成，以支撑侧壁。

3.4 岩溶地区的隧道支护

在开挖具有较大裂缝的大型充填岩溶洞穴或进行岩溶隧道施工时，通常使用预灌浆进行阻水加固，也可以使用小型管道灌浆、大型管道棚、钢框架支撑、超前锚杆、喷射混凝土墙以及钢支撑等措施。

3.5 岩溶地区开挖

岩溶段的开挖分为岩溶洞穴充填和岩溶裂缝开挖。岩溶地区的开挖方法应与软弱围岩的隧道开挖相似。在开挖和爆破的过程中，要严格控制装药量，并采用微振动控制爆破技术将填充物的破坏性降到最低，并及时支撑和封闭成环。

4 结论

西铁车2号隧道岩溶发育程度较高，处理工艺相对复杂多样。通过超前预测，可以清楚地掌握隧道开挖前的岩溶剖面的地质条件、水文条件和岩溶规模情况，然后根据检测结果，确定针对性的岩溶处理方法，并采取安全措施，以高效、安全地进行施工作业。

岩溶的处理方法多种多样，必须根据不同的条件选择不同的处理技术。文章结合具体隧道工程实例，分析了铁路隧道岩溶段的施工与处理技术。分析结果表明，岩溶断面是铁路建设中常见的地质构造，对铁路隧道施工的安全性和后期作业的安全性影响较大，因此有必要结合岩溶地段的实际情况，选择合适的处理技术，以减少岩溶地区对铁路隧道工程的影响，确保所有工序都能有效、安全地进行，促进中国铁路建筑业的可持续发展。