岩溶隧道充填性溶腔处治技术

摘要:岩溶是隧道中经常遇到的一种地质现象，因其工程地质和水文地质的复杂和特殊异常困难，本文结合石林隧道DK657+940充填性溶腔施工实践，提出充填性岩溶处治的技术措施, 顺利、快速、安全通过溶腔段，为类似工程提供借鉴。

关键词:隧道；岩溶；充填性溶腔；处理措施

中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

0引言

岩溶亦称喀斯特(karst)，是地表水和地下水对可溶性岩层(碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等) 进行化学侵蚀、化学分解作用和机械破坏、搬运、沉积作用以及化学化合作用、结晶作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的综合。通常情况下,岩溶发育的条件有三个:①岩石的可溶性与岩石裂隙,可溶性岩石主要包括石灰岩、白云岩、岩盐等;② 水的侵蚀作用;③水的流通条件。

1工程概述

1.1 工程简介

云桂铁路石林隧道位于云南省弥勒县与石林县板桥镇区间，全长18208m，设计为“人”字坡。为全线最长隧道、国内最长的岩溶隧道。隧道最大埋深约250m，最小埋深拱顶以上约6m。

1.2 工程地质

石林隧道穿越地层岩性主要为中～厚层状的浅灰、灰白色的灰岩，岩溶强烈发育，隧道通过6个断层带和4个破碎带，不良地质为岩溶、红黏土，富水断层及岩溶发育地段极易发生突水、突泥等地质灾害。

1.3水文地质

石林隧道线路基本走行云贵高原面 ，无大的水系及迳流，地表水以大气降水为主，地下水以岩溶水为主，岩溶发育，含水充沛，是测区的主要含水层。沿线地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水三类。

结合本隧道的勘查现状、水文条件，预测石林隧道最大涌水量28.3×104m3/d。其中进口段（DK651+230～DK666+300）最大涌水量20.3×104m3/d，出口段（DK666+300～DK669+443）最大涌水量8×104m3/d。

2DK657+940溶腔边界探测

为了提高岩溶隧道溶洞溶腔探测的准确性，充分发挥各种探测方法的优点，采用综合的方法克服单一方法的缺点。石林隧道溶洞超前探测采用TSP203进行长距离对地质构造和含水地层及构造进行探测，采用地质雷达对溶洞短距离进行探测，采用超前探孔对TSP203和地质雷达的探测结果进行验证、更进一步详细探明溶洞在隧道开挖轮廓线以外5m发育的边界、范围大小、水的发育程度。

2011年3月22日，1#斜井向进口方向开挖施工至DK657+961掌子面时，施作超前钻孔，探测DK657+940有溶腔。为进一步完全揭示地质形态，继续施工至DK657+945，保留5m岩盘，增加4孔超前探孔，全方位立体式探测溶腔发育边界。

表1超前探孔布置参数表

图1DK657+940溶腔探孔布置图

经过施作超前钻孔后，探测到石林隧道DK657+940充填性溶腔发育情况：在隧道通过范围内纵向发育长度约16.5m，拱顶以上发育高度约8.2m，左边墙以外约12.6m，向掌子面向右前方发育至DK657+934。溶腔内充填物为红黏土，呈流塑状，含水较丰富，充填物内含巨块孤石(2～3m3/块)，此处距1#斜井与正洞相交处约60m，该段隧道拱顶以上埋深约126m。

图2DK657+940溶腔平面置图

3 DK657+940溶腔的处理措施

3.1 隧道岩溶处理原则

根据目前国内大量岩溶隧道施工经验和运营工程中出现的问题,并参照国外有关岩溶处理的文献资料,岩溶处理应遵循“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。

DK657+940溶腔采用填充混凝土和注浆的方式充填溶腔，然后在超前管棚支护和小导管的防护下，进行隧道开挖支护通过溶腔区。施工过程中加强隧道监控量测工作，及时反馈信息，为隧道安全通过岩溶溶腔地段施工提供依据。

3.2 加强岩溶地段的监控量测

隧道施工接近岩溶发育边界时，应加强隧道的监控量测，严格执行监控量测要求，为处理溶腔提供可靠依据。根据铁路隧道监控量测规范，以及石林隧道监控量测实施细则的相关要求，对正洞岩溶段严格进行监控，主要监控项目有：洞内外观察、拱顶下沉以及周边围岩收敛。每5m布设一处围岩量测断面，每个断面设监控量测点为上台阶3个，阶2个，下台阶2个，测频率为2次/d（上午1次，下午1次），若存在异常，则增加量测频率。当拱顶下沉、水平收敛速率达5mm/d，累计收敛值超过100mm，按照管理等级停止溶腔处理，进一步研究溶腔处理措施。

3.3 DK657+940溶腔揭示

3.3.1根据超前地质资料分析后，判明溶洞内充填物为红黏土，呈流塑状，含水较丰富。

3.3.2通过水文观测，溶腔与地表和地下暗河无连通性。评估确定溶腔内岩溶水的静储量小于100000m3，恒定补给量小于500m3/h。

3.3.3通过精准爆破，主动将岩溶水或充填物释放，对释放水和充填介质后的溶腔空腔进行处理，从而安全的穿越溶腔。

3.4 DK657+940掌子面回填反压

为了确保溶腔处理期间的施工安全，采取对掌子面前方，即DK657+965～+945段，回填洞碴进行反压措施，回填后洞身临空面高度由7.1m降低至3.1m，回填作用：①可以减小溶腔坍塌口空间，为处理溶腔口降低了施工安全风险；②对左右边墙已安装好的钢架形成了反压，确保了钢架不会向隧道中线处变形，保证了钢架的稳定性；③形成上部施工作业平台，便于顶部溶腔施工处治。

图3回填洞碴反压示意图

3.5 封堵溶腔溃口

对DK657+940掌子面左侧溶腔口进行封堵，阻止溶腔充填物继续坍塌，溶腔口主要采用碎石砂袋、φ42无缝钢管、φ80钢管、木板、圆木、方木等材料进行封堵。封堵时：预埋φ100mm排水管(每根间距1～1.2m，管口采用纱布封头，排水管管头高于泵送砼面，置于吹砂层内之间)；预埋φ150混凝土输送管2根(根据情况选定位置，管头伸入到拱顶开挖线外2m以上)；φ150吹沙管2根；φ80观测管2根，封口及各预埋管加固稳定牢靠，为溶腔灌注混凝土封堵创造条件。

3.6 泵送混凝土、吹沙填充溶腔

DK657+940掌子面砂袋封堵完成后，采用泵送混凝土对拱部开挖轮廓线以上2m范围内溶腔进行填充，混凝土采用强度为C20，形成混凝土护拱，为下一步施工掘进提供安全保障。待护拱混凝土达到一定强度后，采用吹砂机对拱部进行吹砂，对护拱起保护作用，若充填物再次坍塌，吹砂层起到一个缓冲作用，以确保不会对护拱及隧道结构造成破坏。

图4溶腔口处理示意图

3.7 长管棚超前支护

溶腔封堵填充完成后，采用长管棚超前支护施工，管棚采用 Φ108×6mm无缝钢管，长25m/根，环向间距40cm布设，共设置39根(可适当增加)。管棚施工事先安装2榀I20钢架，在钢架上固定孔口管作为导向，采用管棚钻机钻眼，钻眼完成后，送入管棚，为了提高管棚抗弯的能力，在导管内增设钢筋笼(4根φ18主筋和固定环组成)，然后注水泥浆液，注浆压力控制在0.7～1.0MPa。

3.8 Φ42小导管超前支护

掌子面向前开挖时，采用超前小导管配合钢架支护进行施工。小导管采用Φ42×3.5mm无缝钢管，每根长4.5m，环向间距40cm布设，外插角10°，搭接1.5m，注纯水泥浆，浆液配合比为w：c＝1:1.5，注浆压力控制在0.5～1.0Mpa，采取定压、定量相结合的方式注浆。钢架采用I20工字钢，纵向间距0.6m。