1.清华大学土木工程系 北京海淀 100083；2.国家铁路集团武广高铁公司 湖北武汉 430212；3.中铁咨询公司 北京丰台 100061；4.中铁十八局集团第三工程有限公司 河北涿州 071000；5.中铁十八局集团第五工程有限公司 天津塘沽 300450
摘要：本文在了解岩溶地层特点的基础上，针对现有超深埋特长隧道施工情况，整合实践案例，分析如何合理运用岩溶地层超深埋特长隧道施工技术，以此为保障工程建设质量奠定基础。
关键词：岩溶地层；隧道施工；超前地质预报；地下水
从本质上讲，岩溶是指水对岩盐、碳酸岩盐等可溶性岩石实施以化学溶蚀作用为核心，以流水的崩塌、冲蚀等机械作用为辅助的地质作用，及由这些作用产生的现象的总称。了解我国各地岩溶面积分布情况可知，占据了总体面积的百分之三十五点八六。由于岩溶地层具有多变性、隐蔽性等特点，所以在隧道施工时，极容易影响实践工程建设质量，严重的还会威胁现场工作人员的生命财产安全。因此，下面对岩溶地层超深埋特长隧道施工技术的运用进行研究。
1.案例介绍
某地在进行客运专线隧道建设工作时，整体隧道长度为419米，由于所处地理位置为“山”字型构造区，且经过多次构造运动，沉积建造较为复杂，属于南北向构造，其中也伴随北东向的次生构造。施工单位在现场调查中发现，岩体表层溶蚀为小峰丛状，溶沟和溶槽已经发育。同时，现场还存在很多溶洞，洞高通常都在1到3.2米之间，内部填充粉质为粘土。如下图1所示，其为现场部分隧道施工情况。
图1 现场部分隧道施工情况
2.隧道施工难点分析
根据现场调查分析可知，隧道施工区域内部属于低山溶蚀峰丛地貌，溶蚀强烈，且地表存在灰岩溶沟和溶槽，溶隙发育为峰丛和峰林状。由于隧洞处在垂直渗流带，内部填充硬塑状粉质粘土，没有积水或是滞流水，但在暴雨季节，地表水下渗会构成管道水。因此，在隧道施工期间，很容易受暴雨影响产生短期的岩溶轨道涌水，而溶洞填充构成的突泥现象，也会影响隧道施工建设质量【1】。
3.岩溶地层超深埋特长隧道施工技术运用分析
3.1超前地质预报
以本文概述案例为例，施工单位在进行隧道施工前，要想避免突水与岩爆现象的发生，要结合地质调查法、超前钻探等内容，有序进行超前地质预报工作。在这一过程中，施工人员能明确掌子面前方及周边岩溶发育状态，如水压、填充物质等。由于TSP超前预报系统依据地震波会在不稳定地质体中构成的反射波特性中，预报隧洞掌子面前方及周边的地质状态，因此具体现场排布与测量原理如下图2、3所示：
图2 TSP现场排布 图3 TSP测量原理
3.2处理地下水
依据超前地质预报信息，全面研究地下水分布状态，而后按照施工现场规范和工作安全要求，在掌子面开挖出水点一定距离后，提出适宜的处理对策。其中，最常见的就是揭示后径向注浆与超前预注浆堵水。
3.3预防岩爆
这项工作要从以下几点入手：其一，通过引用多种先进方法，如喷射混凝土、超前钻孔等，构建合理的岩爆防御系统，可以减少这类灾害的出现；其二，若掌子面的挖掘量与孔径的两倍一致，那么就要保障支撑系统和挖掘同步实施。但要是岩爆强度增加，要求施工人员在临时支撑的同时实施系统支撑；其三，掌子面的背面属于岩爆发生率最大区域，因此在施工建设期间，既要强化喷护，又要引用现代化钻孔技术。
3.4富水及岩爆区域的施工
具体工作包含：其一，若混凝土的水灰比比例在0.35到0.43之间，要结合百分之六的混凝土量引用沸石粉，且科学管控速凝剂应用量。通常情况下，应用速凝剂数量达到混凝土总量的百分之七为最佳，这样能达到预期喷射效果；其二，对岩爆区而言，混凝土中钢纤维材料含量要在每立方米30到50千克之间；但对富水区而言，这一含量要控制在每立方米0.8到1.2千克之间；其三，通常情况下引用的喷射混凝土技术能满足岩爆区的施工要求，但在富水区施工中要在引用技术的同时提出适宜的引排方案，并按照由下至上的顺序进行操作；其四，在富水区施工建设期间，若引用喷灌混凝土锚杆，必须要保障锚杆与辅助排水措施得到充分应用，且不会影响支护结构【2】。
3.5处理岩溶及岩溶水
第一，施工揭示发育有岩溶现象，亦或是对岩溶水发育段的处理。在这一过程中，施工单位要适当优化二衬结构，并注重引用全环钢筋混凝土结构进行施工，且要向岩溶或岩溶水不发育区域拓展10到30米。其中，在处理岩溶水时要以疏导为主导，尽可能提高或保持现有排泄通道。在衬砌之后，排水系统要拥有安全储备，且条件支持的情况下通过增加积水钻孔、排泄廊道等方式，做好排水泄压工作。在处理岩溶段衬砌时，要结合以跨越结构为核心的圬工基础进行工作，在支持换填的情况下，也可以选择混凝土换填或回填达到预期目标。需要注意的是，在这一阶段，施工单位要对岩溶及岩溶水发育区域进行初期支护，并适宜增加开挖轮廓，这样不仅能为施工建设提供安全途径，而且可以帮助员工全面勘察溶洞状态，并保障后续施工建设项目有序落实。
第二，处理隐伏岩溶。在开挖隧道之后，施工单位在正式进行二次衬砌前，要全面勘察溶洞内部的隐伏岩溶情况，并明确具体发育状态。通过观察拱墙开挖轮廓线外五米内的发育岩溶，明确其展现出特点、形态等，提出有效的处理对策：空溶洞可以结合回填、支顶等方式进行处理；充填溶洞从原则上讲是不需要进行处理的，但在需要的情况下要做好注浆加固工作。在处理隧道底部隐伏岩溶时，要结合跨越结构，控制注浆的应用，以此预防原本岩溶水排水途径受到影响，降低整体隧道结构的质量安全。
通常情况下，施工单位在隧道施工中若是遇到溶洞问题，会依据托梁+板跨的方式进行建设，一方面隧道基底的溶洞可以回填洞渣，并结合“托梁+钢筋混凝土板”的跨越结构建设；另一方面溶洞发育及影响段初期支护、二次衬砌工作都要进行结构型式强化工作。通常情况下，初期支护在减少钢拱架距离或提高配筋率后，就能达到预期要求，而二次衬砌要增设钢筋网。
结束语
综上所述，岩溶地层超深埋长隧道施工难度高，面临问题多，因此需要施工单位在掌握以往工作经验的基础上，结合现有先进技术理念进行全面探索。同时，还要针对施工潜藏问题，预先提出有效的施工技术，只有这样才能保障隧道施工质量及现场员工的人身安全。
参考文献：
[1]刘宁，张春生，褚卫江，et al. 超深埋长隧道地应力场综合反分析方法与应用[J]. 中国公路学报，2018，31（10）：73-82.
[2]卢永灿. 高压富水地层超深埋特长隧道施工技术研究[J]. 山东工业技术，2017（8）：124-124.
论文作者:高军1，2,林晓3,陈拥军4,王伟4,翁小川5
论文发表刊物:《房地产世界》2019年12期
论文发表时间:2019/11/18
标签：岩溶论文; 隧道论文; 溶洞论文; 地层论文; 超前论文; 混凝土论文; 深埋论文; 《房地产世界》2019年12期论文;