巖溶對隧道工程的危害及施工技術

　　巖溶對隧道工程的施工帶來很大威脅。為了避免這種危害，要求施工時必須要采取一定的措施保障隧道施工的順利進行，本文主要探討巖溶對隧道工程的危害及施工技術。

　　《現(xiàn)代隧道技術》(雙月刊)創(chuàng)刊于1964年，由中鐵西南科學研究院有限公司 和中國土木工程學會隧道及地下工程分會共同主辦。創(chuàng)刊40多年來，《現(xiàn)代隧道技術》雜志緊緊圍繞辦刊宗旨，積極推動我國隧道及地下工程專業(yè)技術進步，深受國內(nèi)隧道及地下工程專業(yè)人員的喜愛，是國內(nèi)影響最大的隧道及地下工程專業(yè)期刊之一。

　　巖溶是由于石灰?guī)r等可溶性巖層在地表水和地下水不斷的侵蝕、溶蝕、遷移、堆積作用下形成的產(chǎn)物。由于水的流通循環(huán)與巖溶相生相伴、發(fā)生發(fā)展、密不可分,因此，巖溶給人類的建筑工程，尤其是地下工程帶來了極大的困難。

　　1、巖溶對隧道工程的危害

　　巖溶對隧道工程的危害主要體現(xiàn)在施工及使用兩方面。就巖溶對隧道施工的影響來說，溶洞的存在會使得圍巖應力不均勻分布，并且這種不均勻分布通常無規(guī)律可循，這會使得隧道支護結(jié)構(gòu)發(fā)生開裂，甚至引起隧道塌方，尤其是大型溶洞，不但會延誤工期，造成工程投資的增加，甚至還會危及施工人員的人身安全。并且，溶洞周圍的巖質(zhì)脆性很大，，因此，在隧道施工過程中，極容易發(fā)生塌方，由于巖溶的發(fā)生、發(fā)展與水密不可分，因此一旦發(fā)生塌方，通常會伴隨著突泥、突水，大量的泥沙夾水涌入隧道，不僅會淹沒隧道，沖毀施工臺車，造成施工中斷，甚至會造成重大人員傷亡。更為嚴重的是，當含水填充物不斷涌入隧道，會造成隧道周邊位移的擴大，導致地表開裂下沉，引發(fā)山體滑坡，使得整個工程建設毀于一旦。

　　即便隧道在施工中一切順利，沒有發(fā)生任何對施工不利的狀況，由于巖溶的存在，隧道使用的可靠性也會大大降低。在地震作用下或車輛、采礦爆破等引起的震動下，隧道上方或下方的巖溶洞穴極容易發(fā)生塌陷，造成隧道不能繼續(xù)使用，并且這些潛在的危險也威脅著使用者的生命財產(chǎn)安全。與此同時，巖溶的產(chǎn)生、發(fā)展與地下水密不可分，而巖溶地下水的活動，在加重巖體質(zhì)量和重量的同時，也在減小巖體之間的摩擦阻力，這樣，也會導致巖溶塌陷，毀壞地表建筑物，造成隧道停工、停用、甚至造成人員傷亡。

　　2、隧道巖溶超前預測預報

　　巖溶隧道的超前預測預報對于隧道工程建設尤為重要，據(jù)此，我們可以提前預知地質(zhì)狀況，采取更具有針對性的措施防范巖溶給隧道帶來的各項風險。根據(jù)前面的分析，隧道巖溶超前預測主要集中在兩方面，其一是準確確定巖溶的位置及程度，其二是準確預測可能發(fā)生的突突泥或突水。就預報方法而言，目前主要有兩種方法，即，地面預報與掌子面預報。其中地面預報方法主要地質(zhì)調(diào)查法、高密度電阻率法、電磁法、重力勘探遙感信息技術等，它由于預報精度非常有限，因此，在埋深較淺的隧道工程中應用的較多。對于埋深較深的隧道工程，只能采取掌子面預報。

　　所謂掌子面預報指的是以已開挖段地質(zhì)變化規(guī)律為基礎，借助于高端探測設備進行探測，并參考設計時的勘測資料，對探測結(jié)果進行綜合分析，從而對掌子面前方的地質(zhì)情況作出科學的預測分析，用以指導隧道的施工建設。相對來說，這種預測方法由于已知信息較多，并對大量的信息進行綜合分析，因此，可靠度較高，精度也符合要求，因此，在實際工程中，應用得也最為廣泛。

　　就當前來說，掌子面預報方法也多種多樣，如地質(zhì)法、鉆探法、物探和地質(zhì)綜合判定法等，每種方法都各有優(yōu)點和缺點。其中，由于科技的進步，各種探測設備向小型化、便攜化方向發(fā)展，加之計算機硬件和軟件業(yè)的飛速發(fā)展，物探法這些年發(fā)展很快，逐漸成為了掌子面預報法的主流方法，不僅大大提高了探測的效率，也使得探測的準確性大為提高。

　　而就物探法本身來說，目前研究及應用比較廣泛的是各類波的反射法，這種方法的理論基礎為彈性波理論。各種波，如聲波、地震波及電磁波均會在介質(zhì)中傳播并反射，反射的信號被采集解譯后，可以判斷掌子面前方的基本情況以為隧道施工提供參考依據(jù)。這種方法理論成熟，占用施工時間短，費用低、預報距離長短均可，因此在實際工程中應用比較廣泛，目前常用的這類方法有HSP、TSP、紅外線探測、電磁波反射和層析反射等。

　　3隧道巖溶處理措施

　　3.1、巖溶段的超前加固處理。在隧道施工過程中，如果能夠事先掌握巖溶狀況，并采取超前加固處理，提高圍巖的自穩(wěn)能力，就能夠在很大程度上降低施工時發(fā)生地質(zhì)災害的可能性。而現(xiàn)在的巖溶的超前預報技術以及帷幕灌漿技術、支護技術的發(fā)展，為巖溶段的超前加固處理提供了現(xiàn)實保障。當我們采用物探或鉆探等方法探明前方所存在的隱患時，就可以注漿或超前強度支護來提高圍巖的穩(wěn)定性，以便于隧道的開挖。

　　目前常見的預加固措施主要有錨桿、導管超前支護法及注漿或冷凍超前加固法。兩種方法在工程實際中，經(jīng)常交錯綜合使用。就目前常用的加固方案來說，主要有超前小導管支護、超前大管棚、超前大管棚+超前預注漿、冷凍法等方案。每種方案的適用性各有不同：超前小導管支護用于巖溶裂隙、充填粉質(zhì)粘性土型溶洞的情況，超前大管棚+超前預注漿主要應用于充填泥砂型的巖溶管道及洞穴、充填淤泥型的大溶洞、充填粉細砂型溶洞以及富水型的巖溶管道的情況;冷凍法主要應用于含水砂層、富水粘土充填巖溶段圍巖的情況。

　　3.2施工地質(zhì)災害處治措施。超前加固只是確保隧道能夠順利開挖，但是為了確保隧道的后續(xù)施工及投入運行的穩(wěn)定性和安全性，還需要在隧道開挖過程中，對巖溶段進行全面的處治。這就要求既要減少對掌子面的擾動，也要對不穩(wěn)定體進行永久加固處理。

　　巖溶段開挖施工的危險性高，出現(xiàn)重大安全事故也數(shù)不勝數(shù)，為了減少對擾動，開挖的時候要縮小開挖斷面、預留核心土。具體方法主要有臺階法和斷面分部開挖法。其中臺階法顧名思義就是按照臺階的形狀向前推進施工，它又分為長、短及超短三種方案，其中長臺階方案中，上下臺階之間相距較遠，上臺階要比下臺階超過0.5m，或5被的洞跨，短臺階法的上臺階長度在1~5倍的洞跨之間，這兩種方案的基本做法均為上部臺階開挖后，進行支護，再進行下臺階的開挖，不影響施工進度。超短臺階從穩(wěn)定性上來說是最好的，但是速度慢，在實際工程中很少使用。臺階法通常用于極破碎圍巖段的開挖，一般用于較軟而節(jié)理發(fā)育的圍巖中。

　　當開挖遇到容易坍塌的軟弱圍巖或破碎嚴重的時候，就不能采用臺階法了，就只能采用斷面分部開挖法。它是把設計的巷(隧)道斷面劃分成若干部分，進行二次及其以上開挖，最后達到巷(隧)道設計開挖斷面的一種施工方法。它又分為臺階分部開挖法(預留核心土法)、單側(cè)壁導坑法(CD法)和雙側(cè)壁導坑法。

　　臺階分部開挖法又稱環(huán)形開挖留核心土法，顧名思義，先開挖上部導坑成環(huán)形，并進行支護，再分部開挖中部核心土、兩側(cè)邊墻的施工方法。核心土起雙重作用，其一是支擋開挖工作面，其二是利于施作拱部作初期支護，施工相對比較安全。單側(cè)壁導坑法又叫CD法，它是將斷面橫向分成側(cè)壁導坑、上臺階和下臺階，每步開挖的寬度較小，但是施工自由度較大。雙側(cè)壁導坑法一般將工作面分成四塊，先開挖一側(cè)，再開挖另一側(cè)，然后開挖上部核心土，再開挖下部臺階。這種方法能夠較好控制隧道變形，但速度慢，造價高。在實際開挖過程中，應根據(jù)巖溶的具體況選取合適的施工方法，以便有效控制變形和坍塌。

　　3、結(jié)束語

　　巖溶對隧道施工及后續(xù)運營都會帶來很大威脅。在施工中必須要通過超前預報技術，提前掌握巖溶發(fā)育的詳細信息，并評估其可能帶來的危害，然后根據(jù)工程實際采取相應的措施，只有這樣才能保障施工的順利進行，也有利于后期的運行。