岩溶对隧道工程的危害及施工技术

　　岩溶对隧道工程的施工带来很大威胁。为了避免这种危害，要求施工时必须要采取一定的措施保障隧道施工的顺利进行，本文主要探讨岩溶对隧道工程的危害及施工技术。

　　《现代隧道技术》(双月刊)创刊于1964年，由中铁西南科学研究院有限公司 和中国土木工程学会隧道及地下工程分会共同主办。创刊40多年来，《现代隧道技术》杂志紧紧围绕办刊宗旨，积极推动我国隧道及地下工程专业技术进步，深受国内隧道及地下工程专业人员的喜爱，是国内影响最大的隧道及地下工程专业期刊之一。

　　岩溶是由于石灰岩等可溶性岩层在地表水和地下水不断的侵蚀、溶蚀、迁移、堆积作用下形成的产物。由于水的流通循环与岩溶相生相伴、发生发展、密不可分,因此，岩溶给人类的建筑工程，尤其是地下工程带来了极大的困难。

　　1、岩溶对隧道工程的危害

　　岩溶对隧道工程的危害主要体现在施工及使用两方面。就岩溶对隧道施工的影响来说，溶洞的存在会使得围岩应力不均匀分布，并且这种不均匀分布通常无规律可循，这会使得隧道支护结构发生开裂，甚至引起隧道塌方，尤其是大型溶洞，不但会延误工期，造成工程投资的增加，甚至还会危及施工人员的人身安全。并且，溶洞周围的岩质脆性很大，，因此，在隧道施工过程中，极容易发生塌方，由于岩溶的发生、发展与水密不可分，因此一旦发生塌方，通常会伴随着突泥、突水，大量的泥沙夹水涌入隧道，不仅会淹没隧道，冲毁施工台车，造成施工中断，甚至会造成重大人员伤亡。更为严重的是，当含水填充物不断涌入隧道，会造成隧道周边位移的扩大，导致地表开裂下沉，引发山体滑坡，使得整个工程建设毁于一旦。

　　即便隧道在施工中一切顺利，没有发生任何对施工不利的状况，由于岩溶的存在，隧道使用的可靠性也会大大降低。在地震作用下或车辆、采矿爆破等引起的震动下，隧道上方或下方的岩溶洞穴极容易发生塌陷，造成隧道不能继续使用，并且这些潜在的危险也威胁着使用者的生命财产安全。与此同时，岩溶的产生、发展与地下水密不可分，而岩溶地下水的活动，在加重岩体质量和重量的同时，也在减小岩体之间的摩擦阻力，这样，也会导致岩溶塌陷，毁坏地表建筑物，造成隧道停工、停用、甚至造成人员伤亡。

　　2、隧道岩溶超前预测预报

　　岩溶隧道的超前预测预报对于隧道工程建设尤为重要，据此，我们可以提前预知地质状况，采取更具有针对性的措施防范岩溶给隧道带来的各项风险。根据前面的分析，隧道岩溶超前预测主要集中在两方面，其一是准确确定岩溶的位置及程度，其二是准确预测可能发生的突突泥或突水。就预报方法而言，目前主要有两种方法，即，地面预报与掌子面预报。其中地面预报方法主要地质调查法、高密度电阻率法、电磁法、重力勘探遥感信息技术等，它由于预报精度非常有限，因此，在埋深较浅的隧道工程中应用的较多。对于埋深较深的隧道工程，只能采取掌子面预报。

　　所谓掌子面预报指的是以已开挖段地质变化规律为基础，借助于高端探测设备进行探测，并参考设计时的勘测资料，对探测结果进行综合分析，从而对掌子面前方的地质情况作出科学的预测分析，用以指导隧道的施工建设。相对来说，这种预测方法由于已知信息较多，并对大量的信息进行综合分析，因此，可靠度较高，精度也符合要求，因此，在实际工程中，应用得也最为广泛。

　　就当前来说，掌子面预报方法也多种多样，如地质法、钻探法、物探和地质综合判定法等，每种方法都各有优点和缺点。其中，由于科技的进步，各种探测设备向小型化、便携化方向发展，加之计算机硬件和软件业的飞速发展，物探法这些年发展很快，逐渐成为了掌子面预报法的主流方法，不仅大大提高了探测的效率，也使得探测的准确性大为提高。

　　而就物探法本身来说，目前研究及应用比较广泛的是各类波的反射法，这种方法的理论基础为弹性波理论。各种波，如声波、地震波及电磁波均会在介质中传播并反射，反射的信号被采集解译后，可以判断掌子面前方的基本情况以为隧道施工提供参考依据。这种方法理论成熟，占用施工时间短，费用低、预报距离长短均可，因此在实际工程中应用比较广泛，目前常用的这类方法有HSP、TSP、红外线探测、电磁波反射和层析反射等。

　　3隧道岩溶处理措施

　　3.1、岩溶段的超前加固处理。在隧道施工过程中，如果能够事先掌握岩溶状况，并采取超前加固处理，提高围岩的自稳能力，就能够在很大程度上降低施工时发生地质灾害的可能性。而现在的岩溶的超前预报技术以及帷幕灌浆技术、支护技术的发展，为岩溶段的超前加固处理提供了现实保障。当我们采用物探或钻探等方法探明前方所存在的隐患时，就可以注浆或超前强度支护来提高围岩的稳定性，以便于隧道的开挖。

　　目前常见的预加固措施主要有锚杆、导管超前支护法及注浆或冷冻超前加固法。两种方法在工程实际中，经常交错综合使用。就目前常用的加固方案来说，主要有超前小导管支护、超前大管棚、超前大管棚+超前预注浆、冷冻法等方案。每种方案的适用性各有不同：超前小导管支护用于岩溶裂隙、充填粉质粘性土型溶洞的情况，超前大管棚+超前预注浆主要应用于充填泥砂型的岩溶管道及洞穴、充填淤泥型的大溶洞、充填粉细砂型溶洞以及富水型的岩溶管道的情况;冷冻法主要应用于含水砂层、富水粘土充填岩溶段围岩的情况。

　　3.2施工地质灾害处治措施。超前加固只是确保隧道能够顺利开挖，但是为了确保隧道的后续施工及投入运行的稳定性和安全性，还需要在隧道开挖过程中，对岩溶段进行全面的处治。这就要求既要减少对掌子面的扰动，也要对不稳定体进行永久加固处理。

　　岩溶段开挖施工的危险性高，出现重大安全事故也数不胜数，为了减少对扰动，开挖的时候要缩小开挖断面、预留核心土。具体方法主要有台阶法和断面分部开挖法。其中台阶法顾名思义就是按照台阶的形状向前推进施工，它又分为长、短及超短三种方案，其中长台阶方案中，上下台阶之间相距较远，上台阶要比下台阶超过0.5m，或5被的洞跨，短台阶法的上台阶长度在1~5倍的洞跨之间，这两种方案的基本做法均为上部台阶开挖后，进行支护，再进行下台阶的开挖，不影响施工进度。超短台阶从稳定性上来说是最好的，但是速度慢，在实际工程中很少使用。台阶法通常用于极破碎围岩段的开挖，一般用于较软而节理发育的围岩中。

　　当开挖遇到容易坍塌的软弱围岩或破碎严重的时候，就不能采用台阶法了，就只能采用断面分部开挖法。它是把设计的巷(隧)道断面划分成若干部分，进行二次及其以上开挖，最后达到巷(隧)道设计开挖断面的一种施工方法。它又分为台阶分部开挖法(预留核心土法)、单侧壁导坑法(CD法)和双侧壁导坑法。

　　台阶分部开挖法又称环形开挖留核心土法，顾名思义，先开挖上部导坑成环形，并进行支护，再分部开挖中部核心土、两侧边墙的施工方法。核心土起双重作用，其一是支挡开挖工作面，其二是利于施作拱部作初期支护，施工相对比较安全。单侧壁导坑法又叫CD法，它是将断面横向分成侧壁导坑、上台阶和下台阶，每步开挖的宽度较小，但是施工自由度较大。双侧壁导坑法一般将工作面分成四块，先开挖一侧，再开挖另一侧，然后开挖上部核心土，再开挖下部台阶。这种方法能够较好控制隧道变形，但速度慢，造价高。在实际开挖过程中，应根据岩溶的具体况选取合适的施工方法，以便有效控制变形和坍塌。

　　3、结束语

　　岩溶对隧道施工及后续运营都会带来很大威胁。在施工中必须要通过超前预报技术，提前掌握岩溶发育的详细信息，并评估其可能带来的危害，然后根据工程实际采取相应的措施，只有这样才能保障施工的顺利进行，也有利于后期的运行。