隧道穿越溶洞施工技術

原正峰

摘要：隧道穿越溶洞施工，風險大、不確定因素多，溶洞類型復雜多樣，給施工帶來極大的困難。施工中采用溶洞回填技術加上超前支護和初期支護措施的不同組合，選擇合適的開挖方法，利用信息技術指導施工，可以安全順利的穿越溶洞。

關鍵詞：溶洞 回填

中圖分類號：U45文獻標識碼： A

1. 引言

當隧道穿過可溶性巖層時，有的溶洞位于隧道底部，充填物松軟且深，隧道基底難于處理；有的溶洞巖質破碎，容易發生坍塌；有時遇到大的水囊或暗河；巖溶水或泥砂夾水大量涌入隧道；有時遇到填滿飽含水分的充填物溶槽，當坑道掘進至其邊緣時，含水充填物不斷涌入隧道，難以遏止，甚至地表開裂下沉，山體壓力劇增；有的溶洞、暗河迂回交錯、分支錯綜復雜、范圍寬廣，處理十分困難。本文介紹了含水填充型溶洞涌水涌泥的處理。

2. 工程概況

杉木墩隧道位于銅陵縣鐘鳴鎮境內，隧道全長982.49m，隧道進出口里程分別為：DK151+778.51、DK152+761；隧道最大埋深約136m，其中DK152+350～DK152+761段為灰巖區，局部地段巖溶發育，巖石破碎。

3. 工況

2011年6月26日掌子面開挖至DK152+550，揭示圍巖為灰巖，強風化～弱風化，節理裂隙發育，沿裂隙面充填軟弱夾層，DK152+546～+550段拱部左側2m至右側拱腰發育有一小型溶腔，溶腔內充填軟塑狀粘土，局部夾塊石，2011年6月29日掌子面開挖至DK152+548處，拱部突然發生涌泥、掉塊，且伴有水流涌出，內有較大孤石，涌泥后在DK152+548～+540段拱部以上形成空腔，高度約10m，寬度約6m。涌泥將開挖臺車向后推出8m遠，并嚴重損毀，掌子面前已支護好的一榀工字鋼變形侵限，在掌子面前方形成涌泥堆積物，堆積物最上方漏出一溶洞口。如下圖：

涌水涌泥位置隧道埋深約70米，開挖采用三臺階法開挖，襯砌結構采用Ⅴb型襯砌結構，超前支護采用φ50超前雙層小導管，鋼架采用Ι22a型工字鋼，間距0.6m，鋼筋網采用φ6.5圓鋼，網格間距25cm×25cm，噴射混凝土采用C30噴射混凝土。

通過觀測，溶洞形態推測如下圖:

4．總體施工方案

涌泥發生后，溶洞內填充物由于掌子面堆積物達到暫時平衡，溶洞內仍然有泥水混合物未流出，如果輕易將涌泥堆積物挖除，溶洞內填充物將繼續向外涌泥，對機械和人員將非常不安全。經過反復研究，對溶洞先采用回灌混凝土和注漿回填并超前預加固后，再挖除涌泥堆積物繼續向前開挖，這個方法基本上可以確保安全。

5. 施工方法及工藝

涌水涌泥發生后，禁止人員和機械設備停留掌子面前，對掌子面進行觀察，待涌水涌泥基本穩定后，在涌水涌泥堆積物后方開挖積水井，利用抽水泵將溶洞內水流泵送至臨時排水設施，防止水浸泡隧道基底。然后采取以下措施進行處理。

5.1 反壓封閉

利用尼龍袋裝沙土，在掌子面前方堆積物從坡腳堆碼至坡頂，堆碼兩層，對掌子面進行反壓，反壓將掌子面全部封閉，靠拱部位置預留0.5m2灌漿孔。沙袋外采用C25噴射混凝土封閉，封閉厚度30cm，并設置Φ8鋼筋網，網格間距20cm×20cm。

5.2 初支監控

掌子面后方10m范圍鋼架加密設置拱頂下沉與周邊收斂監控測點，每隔2m設置一組監測點，每隔4小時對拱頂和收斂監測一次，并及時整理數據得出結論反饋施工，以便進一步采取措施。

5.3 初支加強

反壓封閉，掌子面穩定后，對掌子面前縱向6m范圍內初支加強支護，沿鋼拱架環向方向打設砂漿錨桿，砂漿錨桿長度3m，環向間距3m，加固范圍上臺階140度范圍內，錨桿頭焊接在鋼拱架上，焊縫長度不小于5cm。并將變形鋼架拆除，重新安裝鋼架，拆除一榀，安裝一榀，除按照設計要求施做外，按照上述方法進行加強。

5.4 溶腔回填

待掌子面前方空腔穩定后，在預留孔向溶洞頂送入φ133泵送混凝土管，要盡可能接近頂部，并對預留孔口進行封閉，封閉完成后，溶腔采用泵送C35混凝土回填，回填高度至少達到3m，在拱部形成加固圈，混凝土塌落度要適當大些，使混凝土盡可能流到溶洞的每一個位置，回填完成后，利用泵送管孔對回填背后進行吹沙，吹沙厚度不小于50cm。

5.5 埋設引水管

利用泵送混凝土管或利用鑿巖機鉆孔埋設引水管，引水管直徑不小于φ50，縱向每2m設置一處，將溶洞內流水引至洞內。在后面做初期支護和二次襯砌施工時，將水引至隧道內永久排水溝，保證溶腔內水不會聚集形成壓力水，影響運營安全。引水管埋設如下圖：

5.6 超前支護

待回填混凝土強度達到70%后，拆除掌子面前方部分堆碼沙袋，在拱部140度范圍內施做洞身φ89管棚，管棚壁厚5mm，管棚內注水灰比1:1水泥漿。開挖時采用φ42超前單層小導管配合施工。

5.7 仰拱、二襯緊跟

掌子面后方仰拱緊跟至距掌子面35m范圍內，同時二襯緊跟。

5.8 開挖支護施工

待泵送砼強度達到100%后，方可進行拱部開挖，開挖采用三臺階臨時仰拱法施工。拆除掌子面堆砌沙袋，開始進行爆破開挖施工，爆破采用弱爆破，盡量做到多打眼、打淺眼，并控制藥量。開挖進遲0.6m（一榀鋼架間距），掌子面打開后，拱頂由于回填混凝土形成混凝土外殼，外殼混凝土比較穩定，對拱頂以下作業人員形成有效的保護。支護采用強支護，措施有：鋼架采用HW175型鋼，間距0.6m，噴射混凝土采用C30混凝土，厚度28cm，鋼筋網采用φ6.5圓鋼，網格間距25cm×25cm，鋼架之間采用W鋼帶連接。

5.9 襯砌加強

襯砌施工時將該溶洞地段襯砌厚度增加10cm，變更為60cm，對以后隧道的運營安全要確保100%。

6. 施工注意事項

隧道在溶洞地段施工時，應根據設計文件有關資料及現場實際，查明溶洞分布范圍、類型情況（大小、有無水，填充物）、巖層的穩定程度和地下水流情況，然后根據以上情況采取必要的施工措施。

6.1 施工前應對地表水進行詳細勘查，注意研究巖溶狀態，估計可能遇到溶洞的地段，以提前預警。了解地表水、出水地點的情況，并對地表進行必要的處理，以防止地表水下滲。

6.2 當施工到達溶洞邊緣，各工序應緊密銜接。同時要設法盡量探明溶洞的形狀、范圍、大小、充填物及地下水等情況，據以制定施工處理方案及安全措施。

6.3 隧道溶洞地段要備好足夠數量的抽水設備和其他應急物資。

6.4 涌水涌泥發生后，加強洞內溶腔及地表的動態觀察，觀察地表有無塌陷，觀察溶洞內狀態，并能及時反饋，以便指導溶洞處理；

6.5 涌水涌泥發生后，溶腔未穩定之前嚴禁進行開挖支護等人員作業；

6.6 泵送C30砼時應嚴格預留排水孔及吹沙孔，并嚴禁隨意堵塞；

6.7 嚴格按照設計工法施工，弱爆破，及時支護，每循環開挖進尺不大于0.6m；

6.8 嚴格按設計要求加強隧道拱墻周邊5m范圍、隨地一下15m范圍巖溶的探查工作，并及時將探查結果上報相關單位核備；

6.9 仰拱緊跟、二襯及時施作；

6.10 若地質情況發生變化應及時研究對策，以便下一步處理。

7. 結束語

隧道穿越溶洞施工是隧道施工中的重點和難點，溶洞內一般有填充物，遇到溶洞一般會發生塌方、涌水涌泥，對隧道施工人員和機械安全非常不利。溶洞大小形狀不一，內部充填情況也不盡相同，危害風險程度也不完全一樣。穿越溶洞時，采用溶洞回填技術加上超前支護和初期支護措施的不同組合，選擇合適的開挖方法，利用信息技術指導施工，必將能安全可靠的穿過溶洞。同時要加強一次襯砌和二次襯砌結構，做好地下水引排工作，對隧道運營安全也至關重要。