岩溶隧道大溶洞综合处治措施研究
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摘要：南平隧道浅埋岩溶段DK42+399处发生大溶洞突泥塌方地质灾害后，采用固结渣体稳定塌方区、超前注浆、超前管棚+小导管注浆和强支护的灾害综合治理方法，并对处理全过程进行监控量测，从突泥塌方的发生到全部处理完成不过1个月时间，迅速、有效、安全的处理了此次特大地质灾害事故。为浅埋岩溶地质条件下，隧道的快速、安全掘进提供了有效的灾害治理方法。
关键词：岩溶隧道；大溶洞；处治措施
中图分类号： U45 文献标识码： A
1 引言
岩溶是水对可溶性岩石如碳酸盐岩（石灰岩、白云岩），硫酸盐岩（石膏、硬石膏）和卤化物岩（盐岩）等的溶蚀作用所形成的地表及地下各种景观。岩溶系统中，最普遍的是CaCO3-H2O-CO2复相平衡体系中的物理化学过程，在此过程中，气相、液相和固相都参与反应。岩溶的发育开始于水流对可溶岩石原有狭小通道的溶蚀扩展，岩溶体系中地下水通道包括岩体中各种规模的构造裂隙和原生孔隙，溶蚀下来的岩石成分通过水流循环不断被带走，水流通道被加宽，反过来，被改造的裂隙网络又作用于地下水流，形成新的水动力场。隧道开挖使得地下水的排泄有了新的通道，破坏了原有的补给循环系统，加速了径流循环，同时也促进了地下水对岩体的改造作用。
岩溶地质对隧道修建极为不利。我国建成和在建的岩溶隧道几乎都发生过不同程度的地质灾害。其中突泥和塌方由于其具有突发性，往往容易造成隧道内施工机具和运输轨道等机械设备被掩埋或淹没，施工中断，工期延误，有的甚至造成人员伤亡事故，浅埋岩溶隧道更由于覆盖岩层较薄，极易在突泥和塌方后引起地表沉陷，引发更大的灾害问题。因此，研究其岩溶溶洞塌方处治措施的研究的研究对以后的岩溶隧道溶洞的处治均具有重要的指导和借鉴意义。
2工程简介
南平隧道全长9865m，位于重庆市南川区南坪镇，测区中部属中切割的侵蚀，剥蚀低山地貌，山脉走向NE～NW，隧址区总体地形呈一山两槽的形态，中部隧道洞身大部地段为侏罗系“红层”形成的突起条状山岭，山岭沟槽相间，溪沟发育。两侧隧道进出口地段为飞仙关组及嘉陵江组石灰岩形成的岩溶槽谷，槽谷内溶蚀洼地呈串珠状发育。在施工过程中遇到溶洞不良地质问题。
隧道设计为铁路单线隧道，进口里程为DK42+260，出口里程为DK52+125，进口为6‰的上坡，出口为5‰的下坡；隧道最大埋深290m。
3溶洞塌方灾害概况
2013年9月11日上午5:30，隧道掘进至DK42+399时，爆破后，掌子面左侧拱肩出现一个直径为3.5m的溶洞，右侧拱肩出现一直径为3m的溶洞，溶洞均倾斜向地表延伸，并发生大块的坍塌和少量突泥, 在中线右侧拱顶出现掉块，右侧已做好的初期支护被破坏,坍塌牵引至DK42+392位置，现场施工人员紧急采取初喷稳定等措施。9:30溶洞右方掉块部位突然发生大规模突泥，大量粘性泥浆夹碎块石涌出溶洞，速度较快，两名正在进行初喷的工人被突泥冲出约30m远，受轻伤。突泥一直延续至9月13日上午10:00，泥浆从掌子面冲出50多米远，平均覆盖厚度超过1m，初步估计突泥方量约600m3，掌子面掉块仍在继续。
图1 DK42+399处
4.1止浆墙的设计及施做
由于DK42+399处掌子面前方突出物较多，无法清理至当前掌子面，为避免清泥过程中发生第二次突泥，经过研究决定，止浆墙在DK42+392~+394处进行施做，止浆墙厚度厚2m。
（1）对隧道DK42+394~+399的突泥体进行一定数量的回填，按照施工作业平台的宽度要求用沙包袋或者碎石袋进行加固、填筑，并按3台阶数量进行设置，形成掌子面反压，支撑住掌子面，并用C25喷射混凝土厚20cm对砂袋挡墙和掌子面中突泥体进行封闭，起到止浆的作用。
（2）止浆墙采用C25混凝土，一次浇注完成，施作过程一定要保证质量，周边与开挖轮廓线的接触部位必须密实，防止出水、漏浆。
（3）施作止浆墙时，在止浆墙与初期支护之间预埋注浆管，在周边渗漏时，进行注浆堵漏，保证止浆墙周边密实，止浆墙设计和施作。
4.2全断面超前预注浆
根据岩溶隧道突泥前方围岩探测的资料及钻机能力，确定纵向注浆加固长度采用Ф60×6mm长度为8米的长导管进行加固，并结合现场实际情况，开挖时保留4～5m的止浆墙厚度，开挖完前方固结的3m后，及时重新设置止浆墙，即重新布孔进行下一个循环的注入液浆。
4.3超前大管棚及超前小导管的施做
虽然在坍塌体内进行了长孔注浆加固措施，为保证溶腔中突泥的稳定，不因下部开挖继续突泥，在隧道拱部外缘施作长管棚并注双液浆进行加固超前支护。超前大管棚采用Ф108，单根长20 m，环向间距60 cm，搭接长度5 m，仰角设置为3°，拱部按150°范围布置。
大管棚注浆超前支护，一般是承受上部荷载，大管棚施工以仰角3°向前推进，管棚下方至拱顶外缘形成一个三角体，根据经验，在开挖时三角体易坍塌，而加大超挖量，为保证三角体的稳定，同时对大管棚注浆补强，采用密排超前小导管注双液浆进行加固。超前小导管采用Ф42×4，长度为6m，环向间距30cm，纵向间距设置为2m，仰角设置为5～10°。
为使前进方向及径向均能形固结成一整体，以增加围岩和钢拱架整体连接性及稳定性超前大管棚和超前小导管焊接在工字钢上。
4.4开挖及支护
（1）开挖掘进过程中严格遵循“弱爆破、短进尺、勤量测、强支护、快闭合”的原则进行，开挖时采用“三台阶”进行施工。第一个台阶的高度不宜大于3m，开挖一环支护一环，达到成环条件时立即闭合成环。开挖后，要进行拱底围岩情况触探，下导坑开挖时，及时对拱底进行钻探，如遇淤泥质，则在拱底设置Ф42×4，长度为4.5m，梅花形布置，间距为50cm×50cm小导管注浆设置拱底止浆带，先对拱底进行固结围岩，然后开挖，开挖时预留3m左右的止浆带，保证泥浆不会由拱底冒出。直至开挖完毕后，在拱底进行固结处理。
（2）采用I18b工字钢间距为50cm，并封闭成环，挂网、喷射混凝土，钢拱架拱脚位置要用工字钢或者枕木垫起，保证拱脚立于稳定基础上，其中钢筋网为Ф6mm布置间距为20×20cm，喷射混凝土为25cm厚的C25早强混凝土。
（3）为加强加固后的周边围岩的整体性，采用50×50cm的Ф22mm组合中空注浆锚杆长度3.5m进行径向加固，使拱顶围岩成一个整体性，保证隧道的稳定性；
（4）二次为衬砌、仰拱为45cm厚的C25钢筋混凝土。
（5）塌体开挖初期支护的每一部位都加强了观测，上台阶初期支护完成后设置了一对拱脚、拱顶的观测点，下台阶、仰拱封闭完成增设拱腰拱脚的收敛观测点，并加密了观测的频率。
4.5处治效果
突泥处治段的监测从2013年10月1日起，直到2013年11月1日结束，量测工作持续30天，从所量测的数据来看，在突泥进行注浆，加固及初期支护完成后的一段时间内拱顶下沉和水平收敛变形较大，水平收敛在前10天内变化较大，最大当日变形速率为0.80mm/d，16天后水平收敛开始进入基本稳定期，围岩变形速率接近为零，累计水平收敛量为量9.46mm。拱顶下沉在前13天内变化较大，最大当日变形速率为1.00mm/d，30天后水平收敛开始进入基本稳定期，围岩变形速率接近为零，累计水平收敛量为量16.75mm。由此可见，突泥处治后围岩收敛已基本稳定，此次突泥塌方的处理是成功的。
5结论
在突泥塌方处理中及处理后，洞顶沉陷区未发生进一步扩大，洞内涌水明显减小，可见对溶洞及岩溶孔隙的封堵起到了明显的效果。通过对DK42+392突泥塌方段处理后的监控量测数据的分析，认为在岩溶隧道塌方处理后,围岩的内空变形量较小，可见对隧道围岩的加固提高了隧道结构的稳定性。
参考文献：
[1]刘招伟.圆梁山隧道岩溶突水机理及其防治对策[D].北京:中国地质大学博士论文,2004
[2]顾义磊,李晓红,杜云贵.通渝隧道K21+780涌水突泥段的治理[J],地下空间与工程学报.2005