案例分析岩溶地区隧道施工综合预报技术

刘龙秋

[摘 要]主要介绍了武汉市轨道交通纸坊线武汉市轨道27号线矿山法隧道存在的不良地质——岩溶，以及岩溶的探测和处理的施工技术，希望为以后施工单位的岩溶探测、处理提供参考依据。

中图分类号：TU993 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0132-02

一、工程概况

1、武汉市轨道交通纸坊线武汉市轨道27号线一期BT项目第二标段纸坊大街站～地铁小镇站区间右线起点里程DK44+155.540，终点里程DK46+796.795，总长2641.255m；区间左线起点里程DK44+155.560，终点里程DK46+794.800，总长2635.912m（短链3.328m），左、右线中心线间距13～40m。

1、地形地貌

本区域地形地貌按成因类型可分为三大类。堆积地形的主要表现形式是冲积平原，主要分布于区境中部，相当于长江三级阶地，高程为30～40m，高差为15～25m，坡度6～7m，构造剥蚀地形的主要表现形式是丘陵，分布于纸坊、金口、乌龙泉、凤凰山、黄龙山等地，质地由古生界页岩、石英砂岩、硅质岩、灰岩等组成，高程为100～272m，呈东西向长条状分布。

2、工程地质条件

本区间隧道埋藏比较深，除在纸坊大街起点位置（长度约15m）穿越第四系坡残积地层中的红黏土外，其余线路均在基岩中。本区间地势变化大，地面高程40～157m不等，地质构造复杂，沿线穿越地质构造有褶皱、构造挤压揉皱带等，基岩从二迭系～志留系地层均有揭示，岩面起伏大。其中志留系、泥盆系分布区覆盖层较薄，基岩埋深0～11.7m不等，石炭系、二迭系地层灰岩地段第四系覆盖层相对较厚，基岩埋深8～48.3m不等。

二、溶洞处理方法

1.注浆工艺

1.1 间歇式静压注浆

对于无充填或半充填式溶洞采用间歇式静压注浆工艺。指通过注浆管借助压力（液压、气压）将浆液注入到溶洞中，以达到充填溶洞孔隙，形成一个一定强度的固体胶结体。间歇式是指第一次采用水泥砂浆，注浆时间控制在20min，间歇6h后注第二次，第二次注浆可采用水泥砂浆或浓浆，若在20min内仍然不满足终孔标准，停止灌浆，间歇6h后再灌注第三次，依次类推，直到终孔为止。

1.2 压力注浆

对于全充填的溶洞采用压力注浆工艺。指通过一定压力将能凝固的浆液（水泥浆+水玻璃）通过注浆管注入到岩溶洞填充体裂隙中，以达到胶结碎岩体、驱走颗粒间的空气和水分，经过一段时间，浆液将原来的松散体胶结成一定强度的固体，从而使溶洞得到充填和加固。

2.投片石处理

对于溶洞高度3～6m无填充溶洞和半填充溶洞，可考虑先投碎石（5～10mm），后采用注浆加固的方法。投碎石处理时在原钻孔附近（约0.6m）补钻四个投石孔（或根据现场情况调整投石孔数量），投石孔可相互作为出气孔。投石后，注桨加固的方法见全充填处理方法。投石管建议采用钢套管，投石孔的大小可由施工单位根据现场施工情况进行调整，达到填石目的即可，投石完成后对套管进行拔除，若无法拔除需上报业主、监理、设计协商处理。

三、洞内溶洞处理方法

3.1 洞内超前地质预报

由于本区间隧道地表地形复杂，埋深大，同时受建筑物影响，地面钻探及物探受到一定的限制，特別是埋藏较深的青龙山、石仁山山体部分，其详勘、岩溶专勘的钻孔间距达到约50m，可能存在目前地质资料未探明的溶洞及异常区，因此为有效保证施工和运期安全，必须在隧道穿越灰岩区全段进行洞内超前地质预报工作。

1、综合超前物探

远距离超前物探：首选方法为地震波反射法（如TSP、TRT600、TGP等仪器），进行掌子面前方100～200m范围内及洞身底板以下15m范围内的岩溶及异常区预报定位。

近距离超前物探：首选方法为地质雷达、进行掌子面前方30m范围内及洞身底板以下15m范围内的岩溶及异常区预报定位。

红外探水：采用此方法对掌子面前方30m范围内及洞身底板以下15m范围内的水体进行预报定位。

TSP、红外探水每条隧道布置一条探测线，地质雷达每条隧道沿底板布置3条。

2、洞内地质超前地质钻探

（1）超前地质钻探

超前地质预报以洞内水平超前地质钻探为主，超前地质钻探是利用钻机通过取芯或不取芯的钻孔方法了解前方的地层情况、水文地质情况。

隧道分上、下两个台阶施工，在上、下台阶中部均全长布置一个超前水平钻孔，钻孔深度建议以30m为主，搭接长度不小于5m。根据本隧道的实际情况，建议超前水平钻角度以1°左右的坡度向上倾斜。

当洞内的超前物探、详勘、岩溶专勘均未发现工作面前方有异常及溶洞，但在上一循环爆破作业时其加深炮眼发现有出泥、出水异常时，除水平超前钻孔外，应进一步进行探查，明确前方岩溶和围岩情况后方可掘进。

当洞内超前物探和详勘及岩溶专勘中任一项发现前方有异常区及溶洞时，必须向溶洞及异常区进行钻探验证。

当钻探遇溶洞时，应钻穿岩腔至完整基岩不少于0.5m，钻探长度可以根据现场情况做适当调整。

（2）探放水

根据岩溶专勘资料，本区间周边地表水体（平面距离在300m范围以内）底部均有较厚的黏土隔水层，同时青龙山水库库水、水塘中塘水（地表水）与P1q、C2h+c裂隙岩溶水在Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子、侵蚀性及硬度等指标上有较大差别，反映了地表水体与下伏碳酸盐岩地层岩溶水单元无直接的水力联系。

综合考虑，洞内超前钻探应与探放水一并考虑。应在洞内超前钻探过程中解除溶洞的突水、突泥威胁，为后续处理提供更有利的条件；当探放水出现水量和压力长时间不衰减，不能通过钻探解除其突水、突泥威胁的，应当上报项目部、监理、业主采取措施进行处理。endprint

（3）加深炮孔

在岩溶发育、围岩破碎、地下水发育地段，因超前地质钻探孔数量较少，可能无法完整、准确探测工作面内及周边潜伏性岩溶情况，采用超长炮孔作为超前钻探的重要补充。实际操作过程中根据地面钻孔和洞内超前钻孔揭示的岩溶地质情况，结合爆破需要设置加深炮孔，加深炮孔深度宜为4～6m，较爆破孔深2～4m。根据爆破后出水、出泥情况，结合钻探和超前物探，判定工作面前方的岩溶情况。

3.2 岩溶注浆施工

经物探的钻探查明溶洞大小和性质，在解除其突水突泥威胁后，对在必须处理范围内的溶洞分类进行处理

1、当溶洞处于破碎围岩，直接挖开后易引起顶板冒落、掘进面踏落，提前注浆进行加固；

2、当溶洞处于较稳定的灰岩时，则分不同位置，不同洞径大小，以及与隧道开挖外轮廓线的关系进行处理：

（1）位于轮廓线范围内的（溶洞全部位于轮廓线范围内的，直接挖除）。

（2）位于隧道拱部岩溶

当岩溶位于隧道拱部时，全部进行提前注浆，分以下情况处理：

隧道开挖轮廓线不能揭露溶洞的，当轮廓线以外溶洞小于2m，清除溶洞内部注浆及填充物后，进行C25网喷砼回填，并及时进行锚网喷支护，施工时增加钢格栅加强支护；当轮廓线以外溶洞高度大于2m时，先进行300mm厚的喷射混凝土进行初喷，再进行小导管超前支护，断面施工范围为岩溶边界外1.0m，同时增加钢格栅加强支护。

当隧道开挖外轮廓线不能揭露溶洞，即为隐伏溶洞时，均进行注浆加固处理。

（3）位于隧道边墙的岩溶

当边墙轮廓线揭露溶洞时，直接开挖，清除内部填充物后，进行C20素砼回填处理，回填要求振捣密实，同时隧道及时进行锚杆支护；

当隧道开挖外轮廓线不能揭露溶洞，即为隐伏溶洞时，均进行注浆加固处理。

（4）位于隧道底板的岩溶

当隧道底板轮廓线揭露溶洞，且溶洞高度（溶洞底部距底板轮廓线）小于3.0m时，直接开挖，清除内部填充物后，进行C20素砼回填处理，回填的素砼要求振捣密实。隧道底板揭露的溶洞，处理范围前后5m内隧道需加设格栅钢架，钢格栅间距0.5m/榀；当溶洞底部至隧道底板距离大于3.0m时，对隧道底板以下3m范围内的充填物清除，充填2m厚的C20片石砼，隧道底板以下1m范围采用C20素混凝土回填。当隧道开挖外轮廓线不能揭露溶洞时，即为隐伏溶洞的，均进行注浆加固处理。

3、岩溶化灰巖处理

对于已探明的岩溶化灰岩，当其全部处于轮廓线范围内时，直接挖除，其余情况注浆加固。

4、特殊溶洞的处理

在施工过程中，探测发现有高度超过6m溶洞的，应上报研究专项处理；对探查发现的过流型溶洞、突水、突泥威胁不能解除的溶洞，应及时上报专项研究处理措施。

四、特殊地层中的岩溶处理

4.1 断层、破碎带的岩溶处理

1、在施工过程中，在断层、破碎带地层中揭露溶洞，且溶洞存在垮落风险，应立即暂停工作面施工，同时按壁厚300mm喷射混凝土封闭岩溶发育区及工作面，保证岩层不受风化发生二次冒落事故。喷浆封闭后，采用地质雷达探测仪对掌子面前方、拱部及边墙3m范围进行探测，掌握明确掌子面前方地层及岩溶发育情况，同时埋设注浆管，对岩溶发育区、片落区、空顶区进行注浆充填，形成注浆帷幕。

2、用钻机在拱部150°范围内布设φ76mm钢管管棚，环向间距400mm。钢管管棚内灌浆进行加固用以增加钢管坚韧度，要求管棚长度为入岩1m。同时，两根φ76mm钢管之间布设一根φ42×3.5mm，L=3m超前小导管进行帷幕注浆，环向间距400m。

3、在护拱部位安设监控量测点，通过监控量测点及时掌握加固后初期支护、地面沉降、洞内收敛的变形情况及围岩稳定情况。

4、若变形量较小或变形量趋于稳定，则严格按照设计及规范要求对侵限部位进行处理。在施工的同时，做好地表沉降观测和洞内监控量测工作，并做好超前地质预报。

5、在换拱工作施工中，若发现出现新的变形或地表沉降，应立即停止换拱作业并及时对沉降区域进行二次加固。

6、待侵限段处理完毕后，采用分层分段、交错法对工作面进行开挖，开挖过程中应遵循“短掘进、强支护、快封闭、弱爆破、勤量测”的原则，确保隧道安全施工。endprint