公路隧道工程岩溶施工技术研究

李新龙

（陕西省铁路投资（集团）有限公司，西安 710054）

1 引言

岩溶问题在山区公路隧道工程中广泛存在，具有较大的危害性，处理不当会严重影响隧道建设质量和施工安全。在岩溶条件下施工，容易发生突泥、突水等问题，从而威胁施工人员的安全，还会导致施工设备损坏，严重影响施工工期。岩溶问题具有复杂性和不确定性等特点，对于施工技术要求较高，必须采用科学的岩溶施工技术，妥善应对和处理岩溶问题，才能不断提升整体施工质量。希望本文内容能对相关施工领域有所帮助，进一步促进隧道工程施工技术水平的提高。

2 工程概况

本项目为H 市公路隧道工程，隧道全长9 107 m，隧道进口段为三叠系、二叠系地层，岩层性质以中厚层状灰岩为主，部分为白云质灰岩，岩溶发育，存在岩溶、暗河以及部分溶洞群。在前期地质勘察中发现，如果不对岩溶进行特殊处理，在隧道施工过程中可能发生突泥、突砂、突水等地质灾害。本文针对该公路隧道ZK56+720～ZK57+368 区域进行研究，该区域内岩溶问题较为严重，地表可见大量岩溶洼地、落水洞，已成为雨水的下渗通道，尤其是在断层破碎带区域，可溶岩和非可溶岩的基础带岩溶水发育较强。根据隧道实际情况，为了保障隧道施工安全，必须对岩溶施工技术进行优化，同时为后续施工奠定基础，保证工程能够在设计工期内顺利、安全完成。

3 构建模型

为了保证岩溶条件下隧道施工安全，必须建立完善的隧道岩溶预测模型，从而通过超前预测模型获取准确的岩溶位置和岩溶规模，同时，需要对可能发生的突泥、突水等问题进行预测。

3.1 模型网络

根据国内外隧道岩溶预测模型的应用情况，结合本项目隧道工程实际，本文采用TSP202 超前地质预报模型，对长度在100～200 m 以上的隧道区域建立长距离预报模型，结合地质雷达、超前钻孔等建立近距离预报模型，并结合实际地质勘察情况，能够有效提高预报模型的科学性[1]。

3.2 参数计算

采用模型对岩溶进行分析时，需要对其突水量进行测量和预报，从而根据突水量计算结果编制相应的应对方案，保证施工能够顺利开展。在突水量预测模型的参数计算过程中，隧道作业面前部位置的水源潜在涌水量与爆破前作业面的炮眼水流量有直接的关系，且炮眼水流量与流速关系较为密切，炮眼水流速与炮眼水喷射长度存在比例关系，所以，参数计算可以通过式（1）进行：

式中，S 为炮眼水的水平喷射距离；v 为炮眼水流速；y 为炮眼水距离隧道地面的距离；g 为重力加速度。

根据式（1）可以对突水量进行预测。通常情况下，可通过喷射距离预测突水级别，并将突水级别分为突水级、小型突水级、中型突水级和大型突水级。（1）喷射距离S 小于5 m，突水量低于100 m3/h 时，涌水级别为突水级。（2）当喷射距离S 在5～10 m，突水量在100～300 m3/h 时，突水级别为小型。（3）当喷射距离S 在10～13 m，突水量为300～400 m3/h 时，突水级别为中型。（4）当喷射距离S 超过13 m，突水量超过400 m3/h 时，突水级别为大型[2]。突泥量计算根据突泥的流出距离和突泥长度、宽度进行计算，建立突泥风险评价模型，将计算结果和数据与评价模型相结合，从而可以确定突泥规模，为后续处理工作奠定基础，提高处理工作的科学性。

3.3 施工顺序

如果岩溶突水级别为突水级；则可以直接开展钻进作业，如果为小型突水级别，则需要降低放炮规模，并在前期开展试探性掘进工作，以防止放炮规模过大引起坍塌问题；如果为中型突水级别，则需要立即停止施工，开展资料收集和地质勘探工作，确定具体方案后再开展相关作业；如为大型突水级，则必须编制科学的应急处理方案，防止钻进过程中出现大规模坍塌与涌水问题。此外，如果在钻进过程中发现存在突泥问题，则需要根据突泥规模采取相应的处理措施，如突泥规模较大，且泥沙流动速度较快，则需要采用截流和排放相融合的方式将突泥排出。在爆破作业正式开展前，必须按照突泥、突水的实际情况，将作业机械设备转移到安全处，大型设备需要转移到隧道之外，防止因突泥、突水问题导致机械设备损坏；爆破作业必须采用远距离电控方式，不能采用近距离爆破方式，在爆破作业结束后，需要根据突泥、突水的实际情况开展后续施工作业[3]。

4 结果分析

在隧道岩溶危害评估方面，需要根据岩溶水和泥沙的变化情况对其危害性进行评估，之后根据评估结果采取相应的处理措施。在本公路隧道工程中，共发现突水点和突泥点16处，其中有3 处为大型突水点，突水基本为清水，突水流量较为稳定，但是不能确定突水和地下水的关系。ZK348+507 突水点是本公路隧道工程中最大的突水点，且最具有代表性。该突水点与地表水补充关系较为密切，整体变化大，对后续施工影响较大，所以，针对该突水点的处理，是保障后续施工作业安全的重要前提，必须采用科学的处理措施对该突水点进行处理，防止其影响后续隧道施工安全[4]。对于其他13 处岩溶水，能够确定与地表之间存在补水关系，岩溶水中带有部分泥沙，相对来说对后续施工影响较小，采用普通处理措施即可。

根据上述分析结果，为了妥善处理岩溶问题，考虑采用如下4 项应对措施：（1）没有地表水补充或没有地下水活动的岩溶区域，应对其进行快速处理，防止其对隧道稳定性造成影响；（2）对于具有地下水活动的岩溶区域，需要对当地实时降雨量进行观测，明确流量和地表水之间的补充关系，并确定岩溶水中是否存在泥沙、碎石、杂草等杂物，同时确定最大水流量[5]；（3）对岩溶较多的区域，如果岩溶水对隧道施工造成的影响较小，则可采用支护方式进行处理，保证支护结构的稳定性，之后再对其进行系统性处理；（4）在部分平导施工的隧道工程中，分析平导洞岩溶性质后，则采用以排为主的处理措施，以降低地下水对隧道的影响。

5 对策建议

为了保证施工安全与质量，根据上述前期勘察资料，结合本项目实际情况，拟定采用支撑结构通过隧道、以引为主的防水处理和溶槽盲沟处理3 种主要处理方式。

5.1 采用支撑结构通过溶洞

根据本项目岩溶基本情况，为了保障施工安全，必须在隧道内部采用支撑结构，通过对溶洞全部设置支撑，可以起到相应的支撑和保护作用，防止其出现坍塌，同时能够保证溶洞隧道的稳定性。对隧道拱部溶洞空腔采用泵送C25 混凝土形成护拱，护拱厚度设计为2 m，起到支撑和稳定的作用；护拱以上溶洞空腔设置双臂波纹管施作排水设施，波纹管长度根据现场实际情况进行确定；空腔顶部采用C20 喷射混凝土进行封闭处理，腔内采用C25 混凝土进行泵送回填，回填厚度为2 m。过渡段采用工字钢纵向布置拱架作为支撑，长度设计为3 m，间距设计为0.2 m，其余部分采用吹砂回填密实，从而起到良好的支护与缓冲作用。

5.2 采用以引为主的排水原则

以最大突水量ZK348+507 突水点为例，该突水点的拱顶部分露出一个岩溶通道，通道顺岩层布置，岩溶通道直径约为1.5～3.2 m，突水伴随有砂夹卵石，该溶洞突水量和突砂量随着地表水的变化而改变，地表水减少，突水量逐渐减少。针对该问题，拟采用以堵砂夹石为主，畅通排水通道的处理方式：（1）在隧道拱脚处增加2 个纵向排水沟，增加2 个φ110 mm 环向透水管，以提高排水通畅性，保证岩溶隧道施工安全；（2）在暗沟排水处理中，因为隧道穿过溶洞，隧道顶部存在大量积水，积水沿着溶洞水流通道排出，为了防止出现隧道修建后堵塞原有水流通路，在隧道底部修建石砌暗沟，使得溶洞水能够通过暗沟沿着原有通路排出；（3）当溶洞出现排水不畅问题，地下水又很大，不足以将水排出溶洞外时，为了避免溶洞水影响隧道安全，采用在溶洞底部设置涵洞和泄水洞的方式排水。

5.3 溶槽盲沟处理方式

针对溶洞形成的洞穴，采用溶槽盲沟处理方式，在主要渗透水点设置透水盲沟，透水盲沟采用φ300 mm 钢管，在钢管壁上钻取直径为18 mm、环向间距为16 mm、纵向间距为12 mm 的圆孔，钢管外侧采用钢丝网片对其进行覆盖。本项目在实施过程中，在ZK348+507 突水点区域设置了3 个透水盲沟，盲沟设置完成后采用混凝土进行回填[6]。同时，对洞穴的衬砌施工段进行加强处理，采用钢筋混凝土二次衬砌结构，设计厚度70 cm，从而保证了洞穴处理的安全性与稳定性。

6 结语

综上所述，论文结合H 市某公路隧道工程，对其岩溶情况进行建模分析，根据模型分析结果制定相应的应对措施，从而使该工程高质量完成，在施工过程中没有出现安全问题，且公路隧道整体质量得到充分保障，希望本文所述施工方案能对我国公路隧道工程施工起到一定的借鉴作用。