浅议隧洞施工过程中对岩溶及岩溶水处理措施的论文
浅议隧洞施工过程中对岩溶及岩溶水处理措施的论文
摘 要：文章根据广西桂中治旱乐滩水库引水灌区一期工程总干干渠上古岭隧洞出口～加旦良马隧洞进口段（桩号Z1+662～Z7+432）工程的实际情况，详细的分析了隧洞产生岩溶及岩溶水的原因，针对隧洞地质缺陷采用了有效的处理措施。
关键词：隧洞施工；岩溶；岩溶水；措施
1 工程概况情况
广西桂中治旱乐滩水库引水灌区位于红水河中下游两岸。灌区设计灌溉总面积128.79万亩，其中新增灌溉面积55.17万亩，改善灌溉面积23.07万亩，恢复灌溉面积40.11万亩，保障当地蓄、引水源所灌溉面积10.45万亩。灌区分南、北干渠两个灌片，取水口位于乐滩水库坝址上游左岸约1.2公里处，通过总干渠由乐滩水库引水灌溉。
2 岩溶及岩溶水对隧洞的危害
主要分为4种类型：
①洞穴的存在使建（构）筑物全部或部分悬空，极大地降低了隧洞的使用可靠度；
②岩溶水，特别是当CO2等可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧洞结构带来极大的侵蚀作用，影响隧洞的使用寿命；
③洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧洞的稳定；
④隧洞中地下水流失，使隧洞顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质被破坏，也是造成隧洞结构不稳定的原因。正确处理溶洞对隧洞施工具有重要意义。
3 处理措施
岩溶问题对隧洞施工而言，归纳起来是水、溶洞洞穴及其充填物的危害，应按其性质及其与隧洞的关系采取相应的工程措施。
3.1 地下水的处理
在隧洞施工中，以往对地下水的处理方式会造成大量地下水的流失。隧洞中地下水的流失，使隧洞顶部地面塌陷，造成隧洞结构的不稳定。因此，必须对这种大涌水量的岩溶水进行防治。
采用以堵为主的防水原则，防止地下水在隧洞中渗漏和漏失。主要技术措施是在隧洞防水地段因地制宜地采用全断面预注浆、裂隙注浆、喷射混凝土等，尽快将渗水通道堵住。如地质预探含水量较大，可能有涌水出现时，宜采用全断面预注浆的方法，将水流封堵在开挖面之外，即在隧洞周边打孔，以高压的水泥浆液（或水泥—水玻璃浆液）注入岩石裂隙，使隧洞沿周边形成一个密封环；若含水量不大，开挖后在出水点进行局部裂隙注浆予以封闭；渗漏水不多时，初期支护的喷射混凝土即可防止残余水浸湿。另外，二次衬砌还采取了结构防水措施，即在初期支护与二次衬砌之间敷设一层无纺布及全封闭的橡胶防水板（或塑料防水板），接缝处设置止水带。采用多层次防水措施能够防止公路隧洞中地下水渗漏。
具体施工时，可根据岩溶水对隧洞的不同影响及具体施工条件，采取不同的防治措施。隧洞内对岩溶水的处理，应视隧洞所在的地质条件，岩溶发育分带水的性质和流量大小，采取大疏，小堵，疏堵结合，以疏为主和地表地下综合治理的方法分别处理。
3.1.1 大概具体处理可分两种情况
a隧洞施工并未切断地下水的主天然通道：对于这种情况，如果采用排的方法可使地下水流失，影响周围环境，因此，可采用全堵的方法。对于大股流的岩溶水可采用全面注浆封堵法，注浆加固范围应为隧洞开挖轮廓以外1-2倍洞径，注浆段长应取30m左右，注浆孔孔径应为90-108mm，注浆终止压力应为水压力的2-3倍，浆液扩散半径为0.5-2.0m。如隧洞周边存在大面积湿渍或渗漏水现象，则应采取径向注浆进行封堵。注浆加固范围一般为隧洞开挖轮廓线外（0.5-1.0）D，D为隧洞直径。如岩层的溶隙、软弱夹层的局部有股状涌水现象，出水比较清澈，受大气降雨影响不大，其处理方法有直接封堵法和间接封堵法。对于涌水压力P≤0.5MPa的股状出水点，如来水方向可以确定，可采用直接封堵法进行处理。沿着出水部位和出水方向直接钻孔，孔间距应控制在0.5-1.0m，钻孔深度应为开挖轮廓线外（0.5-1.0）D，如孔内的出水部位距离孔口较远，可安设和钻孔长度一样的注浆花管；如孔内的出水部位距离孔口较近，可安设2.0m左右的孔口管。对于涌水压力0.5MPa
3.1.2 当隧洞施工切断天然主通道
对于这种情况，如果采用堵的方法，会对施工和运营安全不利，增加施工成本，而且影响周围环境。因此必须采取引水的方法。如当暗河和溶洞有水流时，就应宜排不宜堵。在查明水源流向及其与隧洞位置的关系后，用暗管、涵洞、小桥等设施，渲泄水流或开凿泄水洞，将水排出洞外。当水流的位置在隧洞上部或高于隧洞时，应在适当距离外，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低到隧洞底部位置以下，再行引排。
3.2 洞穴处理
根据岩溶洞穴的大小、位置、稳定性，分别采取相应的工程措施。具体处理如下：
a隧洞拱部的空洞视其稳定性、溶洞岩石破碎程度采用喷锚支护加固，加设护拱及拱顶回填的办法处理。
b拱以上空溶洞，可视溶洞的"岩石破碎程度采用喷锚支护加固，或加设护拱顶回填的办法处理。
c对已停止发育，径跨较小，无水的溶洞，可根据其与隧洞相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石回填封闭。
d当隧洞一侧遇到狭长而较深的溶洞时，可加深该侧基础通过。
e当隧洞底有较大的溶洞并有流水时，可在隧洞底部以下砌筑浆砌片石支墙，支承隧洞结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水。
f当隧洞边墙部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。
g当隧洞中部及底部遇有较狭窄的溶洞时，可加强两边墙基础，根据情况设置桥台、架梁通过。
h溶洞上大下小且有部分充填物时，可将隧洞顶部的充填物清除，然后在隧洞底部标高以下设置钢筋混凝土横梁及纵梁，横梁两端嵌入岩层。
i跨越当溶洞较大较深，可采用梁、拱跨越。但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用水泥加固。
j暗河的处理：涵、管跨越如隧洞底部存在小体积的溶洞空腔或暗河，且宽度和深度都较小，可在隧洞底部设置暗涵、管跨越；如顶部存在溶洞空腔，有水流过，则应在顶部设置暗管跨越或将水引入隧洞底部跨越。桥梁跨越如隧洞底部存在大体积的溶洞空腔，且宽度和高度都较大，可采用桥梁跨越。但施做墩、台时，一定要探明河底的地质情况，合理选取桩的受力形式，确保基础的稳定性。
3.3 填充物
充填物的处理可分以下几种情况：
a如溶洞局部、小部含充填物，可先清除充填物，再按相应的溶洞空穴处理措施处理。
b如隧底遇充填物溶洞，规模不大，可采用换填局部充填物或设钢筋混凝土盖板通过，如规模较大，可采用钻孔桩基础以桥式结构跨越。如隧洞底部为松散或软塑状的粘土或砂粘土沉积物，为了防止列车运行过程中结构产生固结沉降，应加强对基底的处理，隧洞底部的处理可采用注浆加固、换填、桩基等方法。基底换填：如果基底溶洞充填物的厚度小于2.0m（2.0m以下为基岩或微风化地层），可以考虑采用换填方法，换填材料可以选用浆砌片石、混凝土等。基底注浆加固：如基底溶洞充填物的厚度为隧洞仰拱以下2.0-10.0m，可考虑采用注浆加固法。钻孔应深入基岩3.0m左右，孔间距为1.0-2.0m，注浆管宜选用无缝钢管，直径为76-108mm，注浆材料宜选用普通水泥或超细水泥浆，注浆压力不应大于1.0MPa，注浆管上端应和仰拱相连，以提高支护结构的强度和刚度。
c如工作面为含水的粉细沙或硬塑的粘土、沙粘土，采用渗透注浆、挤密注浆、劈裂注浆都十分困难时，可采用置换注浆法，即在工作面进行注浆工程中，在距离注浆孔2m左右，预留几个排泄孔并安设孔口管和阀门，将泥砂适量排除，用浆液充填其留下的空隙，起到加固地层的目的。该方法可以降低注浆压力，促进浆液的扩散。
d如整个隧洞都在充填物内，可采用台阶法施工，超前小管棚或大管棚注浆，加强支护手段，及早封闭仰拱或临时仰拱，衬砌紧跟，加强衬砌结构的方法通过。
4 结语
在以往隧洞施工，对水的处理多是“以排为主，排堵结合”，遇水多以暗沟、管道、涵洞、泄水洞、明渠、渗沟、拱桥或增加辅助导坑等截流排除地下水。但对地下水采取以排为主的防水原则，造成地面和地下水大量漏失，可使隧洞地区大量农田干旱，地下水漏失，造成树林枯死，严重影响当地的自然环境。因此可以采用以堵为主，排堵结合的原则。
参考文献
[1] DL/T5099-1999《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》.
[2] 梅孝威，水利工程管理[M]北京：中国水利水电出版社，2005.