城市轨道交通暗挖岩溶隧道地质灾害防治技术分析

文／李春龙 重庆市铁路（集团）有限公司 重庆 401124

引言：

随着城市轨道交通体系的完善与发展，相关建设项目规模与数量呈明显上升趋势，在现有技术的支持下，隧道暗挖施工模式的应用愈发普遍，但是在特殊地质的影响下，比如岩溶地质，极易在施工过程中发生地质灾害，不仅不利于轨道交通的建设，也为施工现场带来安全隐患。因此，为保证此类交通建设工程暗挖隧道施工顺利，应在施工期间采取地质灾害防治技术，坚持防大于治的原则有效处理熔岩，保证城市轨道交通建设工程顺利进行。

1.探究由暗挖岩溶隧道带来的地质灾害

暗挖隧道也被称为平挖隧道，即采用不挖开地面的施工方式，无论是开挖作业还是衬砌修筑作业，均在地下展开。在城市轨道交通工程中，暗挖隧道能够引发的地质灾害有涌水、突泥、地表沉降等，在较为严重的情况下，还容易出现坍塌等重大安全事故，不仅威胁到现场施工人员的人身安全，也会为建设方带来严重的经济损失。由此可见，基于暗挖岩溶隧道的地质灾害类型较多，一旦发生就有可能带来无法挽回的沉重损失，因此，在城市轨道交通暗挖岩溶隧道施工期间，应围绕地质灾害落实规范的预防、治理工作，结合工程施工条件与现场情况优选防治技术方案，以此保证现场施工安全，以及轨道交通工程建设质量[1-2]。

2.基于城市轨道交通分析暗挖岩溶隧道地质灾害防治技术

2.1 确定地质灾害处理范围

由于岩溶地质基本上都属于碳酸盐岩地貌，由各种沉积类型的碳酸盐岩地层发育而成，若是在这一地质结构上开展施工作业，需要面对不稳定的岩溶地基、容易出现塌陷现象的岩溶地表以及可能发生开裂、突水、变形问题的岩溶地面。因此，在开展城市轨道交通暗挖岩溶隧道施工作业时，需要面向隧道及其周围对其地质进行仔细勘查，掌握暗挖岩溶隧道的分布地层、基岩、地下水类型、孔隙水赋存情况、岩溶裂隙水含量等信息，掌握施工区段多样化的岩溶形态，分析可能出现的地质灾害，然后确定岩溶地质灾害处理范围。以注浆加固这一主流防治技术而立，若是城市轨道交通的暗挖岩溶隧道地质灾害需要用到此项技术加以预防、治理，那么在实际施工过程中，相关人员应把握岩溶地质的相对复杂性，将其应用于溶洞断面和溶洞内断面的处理工作中，依托于隧道拱腰上方和外扩洞泾等方面预加固处理技术的落实实现对岩溶地质灾害的有效防控[3]。

在对岩溶地质灾害处理范围进一步确认时，相关人员应根据隧道区段溶洞的具体类型采取针对性处理技术措施，具体如下：

（1）半填充和非填充溶洞

可选用C15 或C20 素混凝土材料对非填充和半填充的岩溶溶洞进行填充，针对剩余部位和空间，则结合使用水泥砂浆即可，为使密实度达标，可以采用注浆填充技术，以此保证技术实施效果。

（2）全填充类型溶洞

对于全填充类型的溶洞而言，首要步骤是对溶洞内的填充物进行分析，根据其性质判断注浆必要性。

此外，若是溶洞内存在断面，开展相关加固作业需要涵盖隧道拱顶环周边5cm 范围，然后再开展断面开挖作业，这主要是因为隧道穿过粘土、砾岩、溶沟、裂缝发育等区域，若是不采用上述措施极易影响加固效果。针对已经掌握具体位置信息与分布情况的溶洞，最好选用注浆填充技术，并结合运用水平注浆，以此处理溶洞内现有的断面地层，保证岩溶地质灾害处理加固效果[4]。

2.2 溶洞处理技术

在对溶洞进行处理时，为防治相关地质灾害，实现对可能发生的各类地质灾害加以控制，可以选择加固技术，在此之前，需要运用钻孔施工方法探测溶洞边界。当钻孔发现溶洞后，在其周围进行加密孔的布置，需要注意的是，开展钻孔作业时，应对钻孔间距进行控制，确保其不大于2.0m。开展加密钻孔作业时，应预留注浆孔，同时利用洞顶位置钻孔排气，将其作为排气孔使用，每个溶洞内部必须至少具有一个排气孔，然后待验证出具体的范围后采用C15 或者C20 混凝土回填密实，若不密实则利用预留的注浆孔，运用注浆管开展注浆加固作业。

2.3 断面加固技术

对于城市轨道交通暗挖岩溶隧道工程而言，对于需要实施暗挖技术的全线路线，可以选用地表深层注浆工艺或是溶洞内部水平注浆工艺，确保实现对开挖断面及两侧的有效加固。在对全断面展开加固处理以后，应保证加固效果能够达到设计要求。其中，在制定具体的断面加固技术方案时，需要将安全施工贯穿始终，做好止水、固土等施工作业，在当前暗挖隧道断面加固技术体系中，对周围结构与环境影响较小的施工工艺为注浆加固，即面向地下岩溶及周围土层开展注浆加固作业。在落实相关技术操作时，应把握以下要点：

第一，注浆口布置。在对注浆口进行布置时，最好选用三步注浆法，在三组钻孔浆液压力之下，对于溶洞地基进行分析处理，严格按照注浆顺序，对各注浆孔进行注浆。

第二，注浆控制。对于同一序注浆孔，应坚持以下原则：首先，注浆时从下至上、从外至内协同展开，以工程施工设计及现行标准要求控制注浆量和注浆压力，同时根据第二序、第三序注浆孔设计注浆终压，确保定压注浆质量符合预期；其次，遵循“多孔少注”原则开展注浆作业，保证注浆孔均能实现均匀注浆，避免压力差过大，防止其他孔洞无法顺利流入浆液；最后，对于同一圈的注浆孔，应该采取间隔施工方式。

第三，布孔关键。开展实际的布孔作业时，相关施工人员需要提高盲区布孔、掌子面孔布设的重视程度，并围绕工程暗挖段的具体开挖断面面积、情况等信息，调整断面注浆孔相对坐标，使其全部相同。在这一施工阶段，较为容易出现逐渐盲区，这主要是因为注浆孔设计搭接紧密性较差，在该情况下，将对掌子面前方位置的注浆量造成影响，使其相对较少，因此，为有效解决这一问题，施工人员在布置注浆孔时，应采取盲区布孔方式完善作业[5-6]。

3.实例分析

为强化城市轨道交通暗挖岩溶隧道地质灾害防治技术研究的真实可靠性，故引入某轨道交通工程，围绕其暗挖岩溶隧道施工情况以及可能面对的地质灾害开展防治技术分析，结合工程实例确定技术方案，提高施工安全与经济性。

3.1 项目简述

某地轨道交通1 号线起于窦官站，贯穿贵阳市观山湖区、云岩区、南明区、贵阳经济技术开发区，止于小孟工业园站，大致呈南北走向。全长35.1km，地下线路长29km。本文主要对暗挖岩溶隧道区段进行分析，南端接暗挖蛮坡车站，北端出地面与区间路基相接，地下隧道穿鹿冲关森林公园，全长2.4km，其中，蛮坡至安云路站区间1.8km。本次工程的暗挖岩溶隧道选用全包防水模式。

暗挖隧道属于单面下坡，地下水类型为岩溶裂隙水，施工期间需要穿越白云岩、泥岩等地层，埋深区间为9-45.8m。该区段前半段等级和后半段等级分别为Ⅳ和Ⅲ，围岩分别为Ⅴ级和Ⅳ级。预计的隧道用水量在3.3-10L/min 范围内，洞长10m。

3.2 地质灾害分析

在该区段的城市轨道交通暗挖岩溶隧道施工中，进洞施工节点为蛮坡站竖井，在未揭穿溶洞前地表龙滩口已经存在地下水溢出情况，根据实地勘查，岩溶隧道底部与龙滩口之间的高差在35m 左右。在该情况下，溶洞极易出现突泥、涌水等地质灾害。在相关人员专项勘查以及施工揭露溶洞情况的综合分析下，确定了岩溶通道，该通道横穿左右线隧道，根据勘查结果，左洞出露溶洞在该区段隧道右侧拱腰周围，整体向暗挖岩溶隧道顶板左上方和右隧道方向发育；另一侧则出露在岩溶溶腔，整体向左隧道方向以及右隧右上侧至龙滩口出露方向发育。在开挖揭示和施工区域各类地质勘察资料的综合分析下，该区段隧道的岩溶特点如下：

第一，具有相对丰富与稳定的溶洞水，主要由大气降雨下渗补给、地下岩溶管道水、当地居民生活污水组成，因而地层岩体的岩溶裂隙水和地下水水量相对稳定；第二，该区段原地下水从地表龙滩口排出，主要经由岩溶管道实现，附近不存在其他排水管道；第三，该暗挖岩溶隧道区段中遇到的溶洞，其前后围岩均处于较为完整的状态，水体出露现象未曾发生；第四，在暗挖岩溶隧道底部与龙滩口之间35m 高差的影响下，若是对岩溶水的地表排出加以维持，那么该暗挖岩溶隧道需要承受35m 左右的水头高度。

3.3 防控治理技术方案优选

根据上述地质及其灾害分析可知，该城市轨道交通暗挖岩溶隧道工程在施工过程中容易发生涌水、突泥等地质灾害，影响施工作业的高质量、安全推进，外加此类地质灾害的治理过程较为漫长、复杂，甚至可能出现灾害反复的情况。因此，结合上述分析可知的地下水、溶洞特点，较为合适的防治技术有三种，具体如下：

3.3.1 封堵治理

围绕暗挖岩溶隧道涌水、突泥等地质灾害提出的封堵预防与治理方案，其技术核心在于：通过回填施工期间揭露的溶洞，依托于注浆封堵地下水的方法预防此类地质灾害的出现，同时实作抗水压衬砌。但是如若落实此项技术方案，从客观理论的角度来看存在一些问题，即：第一，该暗挖岩溶隧道揭露的岩溶水类型为地下水排泄通道，整体属于末端环节，因而具有水量大的特点，若是直接对其进行封堵，不仅操作困难，由此也会形成较为严重的封堵隐患；第二，即便通过封堵防治的方式暂时防治了涌水、突泥现象，但这带来的直接后果是地下水位提高，在岩溶地貌发育不具有规律性的特质下，当原本的地下水系受到破坏，施工人员应难以准确确定新的水头高度，35m 的勘测分析数据失去效用。此外也难以确定暗挖岩溶隧道纵向影响段落的长度，在无法获得这一信息时，无论是抗水压衬砌的厚度，还是其施作长度，均将无法确定。这导致各项操作均具有一定盲目性，而这会导致潜伏在高压水作用下的隧道边墙、仰拱发生爆裂，危及行车安全。

3.3.2 引排治理

对于围绕暗挖岩溶隧道涌水、突泥等地质灾害提出的引排预防与治理方案，其技术核心在于：以现有的工程施工图纸为基准进行泄水洞的设置，用以排水。根据该工程的详细勘察报告显示，若是选用这一防治方案，那么在考虑到这一区段隧道水量相对较小、溶洞隧道工程风险较高的情况下，需要落实2 个泄水洞设计，且保证泄水洞长在1.5-2.0km 之间。同时拟当雅关隧道、蛮坡站一安云路站区间部分隧道施工期间涌水量过大难以进行封堵、不能按全封防水进行施工时，经论证后，必要时施作泄水洞。通过此项技术方案确实可以保证该区段岩溶隧道的岩溶水排放干净，但是从区段施工情况来看，集中用水情况主要发生在本溶洞，其与地段并未出现集中出水现象，这意味着此项举措仅对这一溶洞发挥作用，如仅此设置长度在2km 左右的泄水洞，整体得不偿失，且施工周期也较长，需要加大施工投资，不利于该城市轨道交通工程经济效益的实现。

3.3.3 封堵、引排相结合的技术方案

根据上述工程分析，地下水通过龙滩口的溶洞管道自下而上自然排出，高差在35m 左右，若是采用洞内封堵技术，则得到35m 左右的水头理论高度。通过对该工程的现场施工情况进行分析发现，从溶洞涌水前后的区间段落开挖揭示围岩完整，开挖及初支面都较干燥，根据这一情况可以做出以下判断，即：区段存在集中出水情况，但是其围岩相对完整，出水位置在地表龙滩口。在该情况下，围绕暗挖岩溶隧道涌水、突泥等地质灾害提出的封堵与引排相结合的预防与治理方案，其技术核心在于：采取全封抗水压衬砌，将其布置在溶洞前段和溶洞后段，同时设置用于地下水排出的排水竖井，以此维持原地下水状况。在封堵与引排相结合的情况下，既可以实现引排治理效果，也可以控制资金成本的投入，同时恢复原有水路，保证暗挖岩溶隧道承受水压处于可控状态，降低施工安全性的同时强化地质灾害防控效果。

3.3.4 方案优选结果

该城市轨道交通暗挖岩溶隧道地质灾害的防治方案比选具体如表1所示：

3.4 封排结合方案实施

根据表1内容可知封排结合的防治处理方案内容，其中，抗水压衬砌长度暂定为溶洞前、后各20m，根据压水试验再进一步确定实施长度。具体技术操作如下：

3.4.1 排水系统设置

主要是通过设置竖井与横通道排水系统的技术方案替代原龙滩口的地下水排出通道。根据专项勘察结果，原本的出水通道天然形成，因而无论是宽窄还是路径，均较为曲折，且内部存在孤石，排水能力存在不确定性。因此，将“竖井+横通道”排水系统设置在龙滩口地下水出口附近，使地下水沿该通道引入新修的麻冲大沟排出。其中，竖井结构为圆形，规格为Φ2000，其底部与隧道底板相比应再低5m 左右，通过横通道将其与右隧道揭露溶洞相连接，在“半圆拱+直边墙”的通道形式下，实现稳固连接，其中，半圆拱的拱高、拱宽以及直边墙高分别为1m、2m和2m。

3.4.2 隧道水路联通，实现左洞地下水右引

在布置右隧道岩溶管道时，应在暗挖岩溶隧道纵向宽的2-3m 处实施，并横向向左延伸，直至抵达隧道右侧，再次向右延伸确保地下水得以在右侧隧道底部涌出，避免给暗挖作业造成影响。为实现对地质灾害的有效防治，拟于隧道底部设置压水板封闭地下水，使其仅能通过排水通道向外排出。其中，应在隧道底部下1m 左右的位置设置压水板，而且，其左侧和右侧均要嵌入溶洞，嵌入参数控制在2m 即可，纵向长度暂按溶洞外各3-5m。需要注意的是，在压水板施作完毕后，且确保衬砌强度达到设计数值后，施工人员应对隧道底部出水情况进行仔细检查，判断压水板的封堵效果，以此为基础确定抗水压衬砌设计长度。

3.4.3 抗水压衬砌

在抗水压衬砌环节，有关技术实施应把握以下要点，分别为：

第一，先开展左侧隧道揭露岩溶段的衬砌作业，选用C40 钢筋混凝土开展初次衬砌，长度为溶洞前后各20m，完成后开展强度检验，符合要求后开展下一环节；第二，依据规范压水试验对右侧隧道初次抗水压衬砌长度进行确定，若是之后发现出水情况严重，则要做好补做作业；第三，开展右侧隧道初次抗水压衬砌工作时，选用同规格钢筋混凝土开展工作，若是无渗漏水，则补做左侧隧道初次抗水压衬砌；第四，开展第二次压水试验，用以确定第二次抗水压衬砌长度。

3.4.4 围堰加固及防水施工

注浆加固溶洞前后的抗水压衬砌段围堰，按照施工设计控制止水段厚度，加固深度控制在5m 左右；选用丙烯酸盐喷膜防水层，强化防水效果，同时抗水压衬砌分2 次施作，一、二次抗水压衬砌间不铺设防水层，且施工缝错开。

结语：

综上所述，随着城市轨道交通的快速发展，有关隧道的施工技术体系愈发成熟，暗挖隧道技术运用愈发普遍。针对岩溶地区的隧道暗挖作业，施工前应围绕施工现场开展仔细的调研与专项勘查工作，以此为基础分析可能发生的地质灾害类型，比如涌水、突泥等，然后结合分析结果选定防治技术措施，坚持防大于治的施工原则，从而降低施工风险，保证工程建设质量。