隧道岩溶治理施工技术探讨.doc

隧道岩溶治理施工技术探讨
赵晓明
（中铁四局集团第五工程有限公司，江西九江332000）
摘 要：本文结合某隧道施工实例，针对该隧道岩溶强烈发育，多条竖向溶洞贯穿隧道断面延伸发育至地表，纵向平行线路方向发育等情况，对该隧道采取注浆技术对溶洞进行处理，详细地探讨其注浆治理施工技术措施，旨在为同类工程提供参考借鉴。
关键词：隧道施工；岩溶治理；注浆技术；注浆量
1． 工程概况
沪昆客专江西7标管段范围内的田花隧道，隧道全长402m，暗挖长度367米。本隧道处于左偏曲线上，曲线半径7000米，隧道内纵坡采用“人”字坡，同时隧道位于圆曲线型竖曲线地段，竖曲线半径为30000m。隧道进口，丘陵缓坡，表层为第四系残坡积（Qel+dl）粉质黏土夹细角砾，粉质黏土，黄褐色、硬塑，细角砾含量不均，上部含量一般为10～20％，局部达45%。覆盖层相对较厚且以粉质黏土为主。隧道洞身均位于二叠系下统茅口组（P1m）灰岩夹薄层炭质页岩地层中。灰岩，灰黑色，弱风化，厚层状，岩体较完整；炭质页岩，黑色，薄层状，遇水易软化。总体上，本隧道主要不良地质为岩溶，而且Ⅳ、Ⅲ级软弱围岩所占比例大，洞身为灰岩夹炭质页岩地层，岩溶发育，岩溶水较丰富，属中等富水区。施工中易发生涌水、涌泥等事故，需加强超前地质预报工作，做好防范措施；同时在隧道成洞后，应进行隧底隐伏岩溶探查。
2． 隧道设计方案
田花隧道于2010年9月正式进洞，由进口单头掘进，根据现场实际开挖情况揭示，根据目前已揭示的隧道围岩显示，本隧道岩溶强烈发育，多条竖向溶洞贯穿隧道断面延伸发育至地表，纵向平行线路方向发育，一直连续延伸发育大小不一溶洞，溶洞发育规模与位置各不相同，大多数溶洞以软塑~流塑状粘土充填，也有部分溶洞为半充填型和无充填型，个别溶洞内充填粘土夹块石。由于现场实际地质情况与设计地质差异大，造成原设计支护类型及措施无法满足实际施工需要，为避免因地质原因造成施工安全质量隐患和确保工程结构安全稳定，因而需对相应里程段落的围岩和设计支护类型及加固措施进行变更加固，对溶洞进行处理。
本隧道原设计围岩类别及支护类型： DK724+554～+565、DK724+910～+921共22米为V级围岩采用Ⅴb型支护形式，DK724+565～+575、DK724+680～+715、DK724+890~+910共65米为IV级围岩采用IVb型支护形式， DK724+575～+680、DK724+715～+890共280米为III级围岩采用Ⅲa型支护形式。其中DK724+662处发现发育规模较大的溶洞，该溶洞位于上台阶右侧，溶洞宽度约8m，长度约10m，人员进入溶洞向下25m后溶洞腔壁较陡，向下向外发育，详细体积暂时无法探明，溶洞内无填充，有明显的石笋和钟乳石发育，整个溶腔位于隧道右侧并发育至断面以外，同时与DK724+659处右侧拱腰外溶洞串通，溶腔体积庞大，该溶洞向下和横向发育情况不详；该里程断面同时在左侧、中部分布四条竖向裂隙，软塑状粘土填充，其中位于左侧边墙位置的裂隙型溶洞宽度约1.5m，高度3m，长度4m以上，穿过隧道断面以外。
针对以上对本隧道的情况描述，本隧道的岩溶类型属于贫水充填溶洞，工程特性为溶洞充填物松散、自稳能力差，易滑坍，基底承载力低。针对此采取超前注浆加固技术，使浆液以渗透、挤密等方式对溶洞充填物进行充填，在隧道周围形成注浆加固圈，本工程的注浆材料采用水泥单液浆、水泥砂浆。
3． 岩溶注浆治理施工技术
对于隧道岩溶治理方案，对隧道岩溶段地下水的处理原则是宜疏不宜堵．为防岩溶水的突水涌泥，施工中采取超前孔探测，对于隧道在复杂情况下应采取截、堵、排、综合治水的措施，堵水时，只能改变水流方向。对于溶腔位于隧道拱腰，采用主动初期支护的型式，初期支护面预留两节不小于2m的泵送混凝土管，待初期支护达到一定强度（3~4天）后，利用混凝土输送泵泵送混凝土，拱腰空腔采用片石混凝土回填密实。对于溶腔位于隧道下方，首先调查溶腔内有无水，其次利用精密测量仪器详细勘测隧底下方溶腔与隧道主体的位置关系。
在岩溶地区隧道建设中遇到大量岩溶突水涌泥现象，将给施工和生产生活带来许多危害，对环境带来不利影响时，对此采取注浆堵水。注浆堵水是一项由软弱地层预加固技术发展而来的防治涌水灾害新技术，在松散软弱结构围岩、裂隙围岩隧道防水方面取得了显著效果。在岩溶地区隧道水害处理中，亦可采用了注浆堵水这一新技术。封堵岩溶水、固结岩溶流泥，洞内注浆优于地表注浆，预注浆优于地表注浆。因岩溶相互串通，与地表直接沟通，地表注浆往往造成浆液突破表土，漫铺地面，浪费极大；后注浆是在岩溶已被施工开挖揭露，特别是当发生涌水突泥之后所耗费注浆量极大。
注浆堵水加固围岩的施工方法一般分洞内和地表。洞内包括断裂岩溶富水带施工注浆和岩溶软塑状充填淤泥高压劈裂注浆，地表一般为深孔充填注浆。对隧道断裂岩溶富水带施工注浆，浆液扩散半径根据堵水加固范围确定，遇大裂隙时适当调整。注浆压力由公式初算得出所需的压力值，然后按照注浆时的实际情况调整注浆材料常用水泥、水玻璃双液浆，配合比根据现场试验选定。注浆浆液的配制对于水泥浆液水灰比适宜控制在0.6:1~1:1范围。若遇空的岩溶通道、较大溶洞和裂隙处，视具体情况先灌入中粗砂或稀的水泥砂浆对溶蚀腔体进行充填，再采用煤灰水泥浆液或双液注浆。按设计要求的水灰比用高速拌浆机拌合水泥浆液。在浓水玻璃中加水稀释，边加水边搅拌，并用玻美计测试其浓度。施工中采用的水玻璃波美度为35°～40°。将配制好的化学浆液和水泥浆液各送入搅拌式储浆桶内备用。
注浆方式采取前进式多次钻注法，即逐段反复加深钻孔注浆，直至设计长度。对于一个区段由多孔组成，则注浆结束标准不以单孔控制，而是采取由设计的区段控制。当最后一个孔的一次注浆压力达到设计值，并且该区段注浆总量接近设计量时，即可采取结束注浆。对于单孔注浆，则以注浆压力的终值控制，当注浆压力达到设计的最终压力时，立即递减泵量，同时应能保持设计最终压力时，即结束注浆。以止水为目的的注浆，注浆后的涌水量减少到20m3/h时，结束注浆。同时为了有效地避免注浆孔孔壁坍塌和浆液注入时在地层中上串流失，在注浆层顶面以上每个钻孔用钢套管护壁，采取注浆孔孔口封闭止浆，当洞内出现串浆时，主要采取逐渐加大双液浆玻璃波美度。注浆结束后应对采取质量检查，通过工程实践表明，在正常情况下，注浆压力由小逐渐增大，注浆量由大到小，当注浆压力达设计终压时，稳定20min～30min即可结束注浆。遇到大裂隙时，压力上不去，进浆量很大的情况下，经过浆液浓度的变换，仍达不到终压与注浆量的标准时，采取间歇注浆办法，待养护24小时后复注，以控制设计的注浆量和达到设计终压。注浆后的质量检测主要是通过钻孔并取岩芯，观察浆液充填裂隙的饱满程度，调节注浆参数。
为了有效地通过注浆治理隧道岩溶不良地质现象，结合工程实践，通过现场注浆施工控制技术出发。（1）注浆量控制：设计单位通过对超前地质预测预报成果研究分析及地勘资料，结合现场实际确定注浆方案和注浆段落(范围)，施工单位应对确定的注浆段落（范围），按制定的注浆方案进行钻孔注浆施工，现场监理对注浆施工实施全程旁站监督。（2）现场注浆施工控制：施工单位应严格按注浆设计要求进行注浆量控制，当现场出现个别注浆孔长时间注浆压力不上升时，应通过调整注浆材料和浆液配比参数，以及通过采取复注浆措施，达到可控域注浆，并满足加固圈厚度要求。
4． 结语
针对隧道岩溶不良地质和不良构造，采取预注水泥浆液、化学浆液或其它合成浆液的方法，固结堵水帷幕、阻塞水流通道、加固围岩，有效降低施工过程中存在的突泥、突水、坍塌、有害气体突出等高风险。对隧道穿越村落、居民区易引起失水地段，采取注浆堵水、限量排水措施，达到保护水环境目的。
参考文献：
[1] 张衡、周俊. 岩溶地质隧道重难点技术[J].隧道建设，2002，(03)：35～39.
[2] 林治安. 隧道岩溶处理技术[J]. 广东科技，2011，(06)：78～80.
[3] 朱克炎，马会军. 隧道岩溶涌水处治施工技术研究[J].地下空间与工程学报，2009，(03)：111～113.
3