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摘要：本文通过对卧佛山岩溶隧道地质水文条件的分析，对施工中由于溶蚀而可能导致的坍塌、突水、突泥等难题进行研究，在保证隧道安全施工时，有效的主要施工工艺方面作出了探讨总结，对类似岩溶隧道工程具有一定的参考意义。
1、工程概况
京包铁路集宁至包头段增建第二双线工程卧佛山隧道，位于内蒙古卓资县境内，丹拉高速公路卧佛山隧道东北侧300米，平行于公路隧道穿越卧佛山中前部。隧道最大埋深250m，全长2460m。
本隧道不良地质为岩溶：隧道通过地层主要是太古界大理岩，局部岩体破碎，节理裂隙发育，经地表调查发现，岩体中发育一定岩溶现象，以溶孔、溶隙为主，偶见小规模溶洞。在施工过程中可能产生坍塌，突水、突泥及基础下沉等地质灾害。
2、隧道施工方案
2.1总体施工方法
（1）施工前根据设计资料，对隧道沿线地表进行调查，对可能危害及结构安全的漏斗、落水洞，进行回填夯实，对一些洼地要尽量进行截堵，防止地下水通过各种渠道进入隧道，危及施工。
（2）加强地质监控预报工作。采用TSP-202地质超前预报系统进行地质预报，结合超前钻探资料进行综合分析研究，提出施工方案及技术对策，做到心中有数，使施工处理有备、有力、有序。
（3）、对岩溶、破碎带、断层等不良地段的施工采用段台阶施工，用以人工辅以小型机具（风镐等）开挖，必须采用爆破开挖时，要采用微震控制爆破技术严格控制爆破规模，减少振扰。严格按照软弱围岩“管超前，严注浆，短进尺，弱爆破，强支护，早封闭”的原则进行组织施工。
（4）、根据溶洞分布、类型、岩层的稳定程度和地下水流情况，分别采取引、堵、越、绕等措施进行处理。
（5）、严重软弱（如溶泥）、破碎地段，采用超前预注浆或长管棚注浆超前加固措施，富水地段采用双液注浆加固，同时封堵地下水。
（6）、施工前对地表进行详细勘察，注意研究岩溶状态，估计可能遇到溶洞的地段。
（7）、当施工达到溶洞边缘，各工序应紧密衔接，如加强施工支护与及时施做衬砌混凝土，同时设法探明溶洞的形状、范围、大小、充填物及地下水等情况，据以制定施工处理方案和安全措施。
（8）、施工中准备足够数量的抽排水设备。
（9）、施工中注意检查溶洞顶板，及时处理危石。当溶洞较大较高时，应设置施工防护架或钢筋防护网。
（10）、溶洞未作出处理方案前，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。
（11）、处理情况复杂的溶洞，要根据现场具体情况制定安全措施，以确保施工安全。
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2.2主要施工技术
隧道开挖前，首先完成洞口截水沟、洞口土方及边仰坡防护施工。洞口明洞采用明挖法施工，开挖至明暗分界线后，先施做护拱混凝土，然后施做暗洞超前大管棚，随后进入暗洞施工。暗洞开挖根据围岩情况，Ⅴ级围岩地段采用弧型导坑预留核心土法施工，必要时采用CRD法施工，每循环进尺控制在0.6m以内；Ⅳ级围岩地段采用三台阶法施工，必要时预留核心土，每循环进尺控制在1m以内；Ⅲ级围岩地段采用全断面开挖，必要时采用三台阶法施工，每循环进尺控制在2.5m以内；Ⅱ级围岩地段采用全断面开挖，每循环进尺控制在3.0 m以内。
3溶洞处理关键的施工技术
3.1喷射混凝土封闭掌子面。在未探明前方的地质情况之前，为防止前方出现涌水突泥情况发生，首先保留并加固坍塌体，依靠坍塌体支撑掌子面，防止塌方进一步扩大，立即对掌子面进行封闭。采用喷射C20钢纤维混凝土封闭坍塌体表面，厚度20cm，掌子面前方自溶腔内涌出块石、碎石夹黏土等充填物稳定掌子面的作用，坍塌体暂不挖除。
3.2施作套拱和大管棚。为保证施工安全，拱部采用φ108大管棚超前支护并注浆加固溶洞填充物，形成稳定的固结体，使周围地层的力学性质得以改变，稳定性能加强；管棚尾部设钢格栅混凝土套拱，前端打入稳定岩层，形成有效的“棚护”作用。
首先施作导向墙，导向墙长度1.5m，厚度80cm，采用两榀格栅钢架定位，并起到增强刚度的作用，在钢格栅架上焊接37根1.5m长φ127的无缝钢管作为导向管，间距及外插角同大管棚，完成后浇筑C25模筑混凝土。大管棚37根，每根20m，外插角5°，环向间距0.3m，注浆材料采用1：1的水泥浆，注浆压力0.8~1.0MPa。
管棚钢管采用φ108无缝钢管，节长3m或6m，第一根钢管加工成锥形，采用丝扣连接同一截面接头不超过50%，相邻钢管接头相错距离不小于1m，机械顶进。钢管前部四周钻孔注浆，孔径15mm，间距15～30cm，呈梅花形布置，尾部1.5m止浆段不钻孔。
3.3洞身开挖及支护。注浆完成后洞身采用微台阶法开挖，台阶长度3～5m，开挖后立即施作初期支护结构，并采用喷射混凝土封闭掌子面。
3.3.1初期支护采用加强支护参数。参数如下：全环设I20b工字钢加强支护，间距@=0.6m，拱部增设φ42小导管注浆加固溶洞填充物，每根长4.0m，间距1.0m（纵向）×0.8m（环向），C25喷射混凝土厚度25cm，φ8钢筋网片间距20×20cm。溶洞处理段围岩大部分为溶洞填充物，采用人工配合机械开挖，对于石质围岩采用松动爆破开挖，以尽量减少对溶洞填充物的扰动，避免引发二次坍塌。
3.3.2边墙及基底加固处理。对隧道顶部加固及进行注浆处理仅能保证隧道拱部开挖安全，边墙及基底围岩力学性能得不到改变，并且受到过扰动，极有可能发生坍塌事故；另外即使安全溶洞段，也会因为溶洞段与溶洞前后围岩性质不同，使后期隧道二次衬砌受力不同而造成不均匀沉降，造成衬砌开裂，甚至影响到行车安全。因此必须对边墙及基底进行加固处理。
3.3.3边墙采用φ42超前小导管注浆加固溶洞填充物，小导管每根长4.0m，间距@=0.4m（环向）×2.4m（纵向），外插角a=25°，浆液采用1：1的水泥单液浆，采用劈裂注浆方式，注浆压力2MPa。
3.3.4基底采用φ75钢管桩对隧底围岩注浆加固，加固范围为仰拱开挖线以下5m，钢管桩间距1.0m，梅花形布置。钢管桩采用φ75mm，&=6mm的无缝钢管加工制作而成，每根长5.5米，尾部伸入仰拱的支护结构中，同时为增强钢管桩的纵向结构，在钢管的尾部采用I16工字钢焊接连接，以增强纵向受力性能，浆液采用1：1的水泥单液浆，采用劈裂注浆方式，注浆压力2.0MPa。
3.3.5拱部坍塌溶腔回填处理。为确保隧道衬砌结构安全，保证运营安全，需对拱部坍塌体溶腔进行回填处理，在考录周边环境及溶洞状态，并结合隧道本身特点，采用C15泵送混凝土回填。为减少流塑状态的混凝土对支护结构的侧压力和冲击力，回填应对称、分层、分次完成，隧道支护结构两侧混凝土面高差不得大于50cm，层厚不大于30cm，每次混凝土施工厚度不大于2.0m，且方量不大于50m3。
3.3.6监控量测。在洞身开挖施工过程中，每5m设置一组监控测量点，主要监测项目为拱顶下沉及周边收敛，密切观测隧道支护结构的变形情况并及时反馈，指导下一步施工。
4、结论
4.1在岩溶地区进行隧道施工必须采用地质超前预测预报技术，并将其作为首道工序进行严格执行，坚持一探一挖制度，施工时应采用多种预测预报手段，综合对比、相互验证，以弥补各种手段现存技术上的不足，获取足够准确的地质信息。
4.2岩溶洞穴处理要因势利导、因地制宜、技术可靠、经济可行。对于高压富水充填型溶洞采用多种注浆方案、注浆材料、注浆工艺进行加固和堵水是一种有效的办法。注浆起到填充、挤密、劈裂和置换作用，注浆后地层结构发生了变化，围岩渗透系数有所降低，在长短管棚超前支护和注浆后围岩加固提的共同作用下亦能保证开挖和支护的安全。本文从施工的主要工艺方面对岩溶隧道的施工给出了可行的方案。
论文作者:刘云鹤
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/7/29
标签：溶洞论文; 隧道论文; 围岩论文; 注浆论文; 岩溶论文; 混凝土论文; 超前论文; 《基层建设》2016年10期论文;