中复隧道DK188+747溶洞综合治理施工技术

摘 要本文通过中复隧道“DK188+747”溶洞综合治理过程，从溶洞发现、补充探测、泄水降压、注浆加固和综合整治等方面进行详细介绍，为类似岩溶隧道施工积累一点经验。

关键词 溶洞综合地质预报泄水降压综合整治

中图分类号：U45文献标识码：A

1 工程概况

赣龙铁路中复隧道位于福建省长汀县南山镇境内，起讫里程DK185+004～DK189+500，全长4496m。隧道洞身通过的主要地层有石炭系石英砂岩、砾岩夹千枚状页岩以及灰岩等，最大埋深366m。根据20万区域地质资料，中复隧道出口段处于向斜灰岩段翼部，核部为C2h灰岩，底部为C1砂岩、D2-3砂岩夹页岩。中复隧道出口段表层处于灰岩地段，底部为砂岩。地质情况见图1。

图1中复隧道出口区域地质平面图

2 灰岩段岩溶预报方法

为顺利通过灰岩段，项目部设立超前地质预报小组，制定了以地质调查法为基础，以超前钻探法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，并采用宏观预报指导微观预报、长距离预报指导中短距离预报的方法。采用TSP、地质雷达、超前水平探孔、加深炮孔及地质素描5种方法进行探测。根据岩溶发育特点及专家意见，在岩溶探测时重点探测拱部岩溶。超前水平探孔及加深炮孔孔位布置图如图2、3。

图2：超前水平探孔布置图 图3：加深炮孔布置图

3 DK188+747岩溶地质预报

在前期施工过程中DK188+845—DK188+765段岩溶数量及规模逐渐减小，且岩溶普遍呈现右侧较发育。根据动态设计原则，在进行DK188+765--+735段地质预报时，超前水平探孔由5孔调整为2孔，重点探测拱顶及右侧拱腰。探测结果显示围岩节理裂隙稍发育，呈块状结构，岩体较完整，局部有少量裂隙水。

2013年7月10日在施做DK188+747左侧加深炮孔时发现有黄黑色涌水，水压较大，涌水打在施工工人身上，工人难以站稳，涌水喷射约4m。现场停止掘进，人员、机械安全撤离。随后水压逐渐增大，最大射程达到18m，由上台阶拱脚喷射至下台阶，最大涌水量75 m3/h。

图4： 涌水点位于上台阶掌子面左侧拱脚图5：涌水压力较大,已喷射至下台阶,射程18m

4 DK188+747溶洞处理

4.1溶洞补充探测

由于岩溶岩壁已被加深炮孔击穿，现采用地质雷达、超前水平探孔对掌子面发现溶洞规模及位置进行补充探测，为下一步有针对性的制定溶洞治理方案提供依据。

4.1.1 地质雷达

为全面探测溶洞覆盖位置，在已开挖段边墙布设11条测线，重点探测上台阶左侧拱部，747掌子面由左至右布设1条，在上台阶面向下布设3条测线，共15条测线。

经探测中、下台阶及上台阶右侧边墙未发现不良波形；上台阶左侧边墙及掌子面左侧，在初支背后5～15米范围内雷达反射波波幅及相位变化较大，预计本段范围内存在溶洞并填充大量淤泥和水；上台阶下方由左向右2.5米-6米的下部雷达反射波波幅及相位变化较大，推断为溶洞。地质雷达波形图见图6。

图6： 地质雷达测波形图

4.1.2超前水平探孔探测

①超前水平探孔布孔

根据地质雷达素描结果，结合现场实际情况对掌子面布设4个、边墙布设2个共6个超前水平探孔。超前水平探孔孔位布置图及孔位偏角见图7、8。

图7： 超前水平探孔孔位布置图图8：超前水平探孔参数

②超前水平探孔探测结果

DK188+747～DK188+732段以弱風化灰岩为主，岩溶发育，在掌子面前方2-8.5m的地方存在溶洞，溶洞宽度在0.5-1.4m范围内，左侧边墙外4.8m至9.8m处有溶洞，溶洞宽度在0.5-1.2m。超前水平探孔有岩溶水水流出，涌水量为18m3/h，探孔揭示溶洞填充物为黄色泥沙。

图9：超前水平探孔涌水、溶洞填充物揭示为黄色泥砂

③溶洞联通性探测

超前水平探孔探测结果表明，6个探孔在不同深度不同方位均探测到溶洞，为进一步验证各溶洞的联通性，现场采用高压风探测。先利用高压闸阀关闭4个探孔，在其中1个探孔接入高压风，打开另一个探孔，如有高压风吹出则表明两者是联通的。探测结果显示除1#探孔揭示溶洞独立外，其他探孔均是联通的。现场测试见图10。

图10： 高压风测试不同探孔揭示溶洞联通性

4.1.3溶洞分布及规模研判

根据预报结果，综合判定DK188+747～+732段为Ⅴ级围岩，在掌子面前方2-8.5m的地方存在溶洞，溶洞宽度在0.5-1.4m范围内。左侧边墙外4.8m至9.8m处有溶洞，溶洞宽度在0.5-1.2m，左上部7m范围外有较大溶洞。溶洞分布图见图11、12。

图11：地质雷达揭示溶洞分布情况 图12：超前水平探孔揭示溶洞分布情况

4.2DK188+747溶洞治理

鉴于超前地质预报已探明在上台阶左上方存在规模较大的溶洞，向下发育为两支，一支伸至掌子面前方，另一支经洞身向斜下方发育。为顺利通过溶洞影响范围，根据专家会意见制定排水降压、注浆加固、超前支护、加强结构、综合整治的处理原则。

4.2.1排水降压

结合边墙地质雷达探测成果，在上台阶左侧边墙施作3个径向泄水孔，终孔于开挖轮廓线外5m，并进入溶洞，终孔高出拱顶的距离分别为：3m、5m、6.5m。施工过程应加强观察，如有堵塞，需进行扫孔，确保施工处于低水压状态。

现场施工情况表明，3个泄水孔在不同高度、不同方位均打穿溶洞侧壁，起到泄水降压作用，为掌子面下部开挖加固起到安全保障。见下图13、14。

图13：泄水孔布置图 图14：施工泄水孔起到泄水降压作用

4.2.2注浆加固及超前支护

针对溶洞分布位置，在上台阶左半幅90°范围内打设洞身管棚，进行注浆及超前支护。根据开挖情况局部套打超前小导管。管棚长12m，布设方式见图15，注浆材料采用1：1水泥浆，注浆压力不小于1MPa；另外1#孔流出水泥浆时关闭闸阀，2#孔流出水泥浆时停止注浆。注下一孔时把1#泄水孔用钻机进行清孔。

现场施工情况：本次注浆分三个阶段进行共消耗水泥504t，平均单孔注浆量23t/孔。根据渗水量分析，注浆效果显著，具备开挖条件，现场开挖结果印证注浆效果良好，见图16。

图15：DK188+747管棚注浆孔位布置图图16：开挖后左侧溶洞水泥浆板结块

4.2.3结构及综合整治

本段原设计为Ⅲb复合式衬砌，为保证施工及运营阶段不存在安全隐患，调整为抗0.5MPa水压衬砌，初支采用I20工字钢，钢架间距0.6m/榀，二衬为抗水压钢筋混凝土。

加强二衬防排水，将橡胶止水带改为钢边止水带，增加环向盲管，对拱墙5m范围内进行注浆加固。仰拱施工后进行隧底地质雷达扫描，如有异常进行钻探，经探明隧道与溶洞之间的岩盘满足安全要求，仅对隧道周边围岩裂隙进行注浆加固；如不满足，应对溶洞底部回填混凝土或注浆以增加岩盘厚度，同时对隧道周边围岩进行注浆加固。

5 施工注意事项

（1）鉴于岩溶发育的不规律性，超前预报应按长短结合的方式进行探测，根据地质预报结果进行动态设计，组织现场施工。

（2）对发现的溶洞，先采用多种预报手段探明溶洞位置及规模，再进行有针对性的整治，并应突出重点，不能全断面按统一标准整治。

（3）对充填型、半充填型溶洞应探明补给水源，择机施作泄水孔，确保在无压或低压状态下通过溶洞。

（4）岩溶注浆应分阶段进行，不能只注一次，确保注浆效果。

（5）现场不能只对开挖揭示的溶洞进行整治，还应采用地质雷达、钻探等手段对周边围岩进行探测，对发现的溶洞进行有效治理。

6 结束语

随着国民经济的快速发展，特别是高铁事业的兴起，岩溶区高速铁路的建设必将面临日趋突出的岩溶病害问题，笔者通过对中复隧道出口DK188+747溶洞的发现、进一步探明、到泄水降压及综合整治的成功经验，为我国在岩溶地区地下工程的施工积累一定的经验。

参考文献

中复隧道设计图(赣龙扩施（隧）-55) 铁道第四勘察设计院，2011.5

铁路隧道超前地质预报指南（铁建设[2008]105号） 北京：中国铁道出版社，2008.8

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1.作者简介：

姓名：谷崇建；性别：男；出生年月日：1982年7月17日；职称：工程师；