宋立寶

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州 072750）

某引水隧洞全長(zhǎng)2100m，2015年3月8日12時(shí)，隧洞出口掌子面爆破后，拱頂上部出現(xiàn)有填充物溶洞，填充物為軟塑狀粉質(zhì)黏土夾大小不等的巖塊。3月19日8時(shí)，溶洞填充物滑塌基本穩(wěn)定，共坍塌軟塑性粉質(zhì)粘土300余m3，大小孤石8塊，經(jīng)勘測(cè)掌子面樁號(hào)拱頂埋深52m，掌子面距離山谷30m左右。經(jīng)相關(guān)參建部門勘察確定緊急處理措：對(duì)掌子面回填封閉，拱頂上部回填1.5～2.0m厚的混凝土護(hù)拱及不小于1m厚的噴砂緩沖層；加強(qiáng)超前注漿小導(dǎo)管及初期鋼拱架支護(hù)；為減少對(duì)溶洞塌方體的擾動(dòng)，上半斷面開挖采取了留核心土環(huán)形分部開挖方式；爆破采取人工和小范圍預(yù)裂控制爆破。3月21日下午4時(shí)，拱頂上方溶腔位置已全部通過，掌子面再次出現(xiàn)了巨石滑落，涌出大量的泥漿、積水，擠垮初期支護(hù)鋼拱架6榀，整個(gè)掌子面大部分處于溶洞范圍。待穩(wěn)定后，項(xiàng)目部采取對(duì)巨石進(jìn)行解體，用砂袋將掌子面封閉，拱頂以上回填1.5m厚的混凝土處理。經(jīng)對(duì)掌子面采用25m超前鉆探測(cè)，發(fā)現(xiàn)掌子面向前22m范圍都是間隔2～4m的土、石結(jié)構(gòu)，孤石或基巖情況不明，并在鉆探過程中出現(xiàn)多次卡鉆現(xiàn)象。

1 隧洞地質(zhì)情況及原因分析

（1）隧洞地質(zhì)情況。該隧洞線路走向多沿山谷及山體坡腳，剛好位于山體洼地中部。地表基巖裸露，巖質(zhì)為中風(fēng)化灰?guī)r，山谷多覆蓋為第四系殘坡積粉質(zhì)粘土，含碎石、滾落孤石，地表巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，多見貫通地下漏斗，雨季少見地表水徑流。

（2）原因分析。根據(jù)溶洞塌方位置、超前地質(zhì)探測(cè)及地表情況，掌子面方向應(yīng)有較大的溶洞或互相貫通的溶洞群，推測(cè)其塌方處應(yīng)為一溶蝕的通道連接到下游的山谷。經(jīng)過長(zhǎng)期的雨水侵蝕沖刷，溶洞被地表粉質(zhì)黏土和孤石填滿。當(dāng)隧洞掘進(jìn)到塌方位置時(shí)，飽含雨水的粘土涌出，孤石失穩(wěn)滑落。

2 溶洞處理方案

2.1 溶洞處理原則

（1）填充溶洞的處理：加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)不同情況的溶洞處理預(yù)案，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和變更文件加強(qiáng)超前和初期支護(hù)，確保超前小導(dǎo)管長(zhǎng)度、注漿壓力，錨桿的長(zhǎng)度和間距，噴射混凝土厚度和平整度，鋼拱架型號(hào)和間距等符合設(shè)計(jì)，達(dá)到規(guī)范要求［1］。

（2）中、小型坍塌溶洞的處理：利用圍巖暫穩(wěn)狀態(tài)，盡快噴錨支護(hù)未塌地層然后施作初期支護(hù)，在支護(hù)外做好防排水設(shè)施，泵送1m厚的混凝土護(hù)拱及1m以上的吹砂緩沖層［2］。

（3）大型塌方的處理：一般采取“回填注漿+管棚”整體加固方案。即先對(duì)掌子面進(jìn)行回填封閉，設(shè)置止?jié){墻，然后充填混凝土注漿，達(dá)到一定的強(qiáng)度后施作管棚，在管棚的安全防護(hù)下采用短進(jìn)尺、分部開挖的施工方法。

2.2 溶洞處理方案

為保證開挖施工的連續(xù)和安全，根據(jù)超前探測(cè)情況，為防止塌方的繼續(xù)擴(kuò)大，及時(shí)的對(duì)掌子面進(jìn)行了回填處理，初步?jīng)Q定的處理方案是采用25m長(zhǎng)的超前大管棚。

（1）拱頂坍塌部位溶腔的處理：對(duì)回填封堵后的掌子面進(jìn)行噴射C30混凝土作為止?jié){墻，預(yù)埋φ100的泵送混凝土輸送管、吹砂管和φ80的透水盲管，注意控制預(yù)埋管深入溶洞的深度。采用泵送C25混凝土進(jìn)行溶腔回填，回填厚度控制在超出拱頂初期支護(hù)開挖面1.0～1.5m，作為隧洞掘進(jìn)的護(hù)拱。在護(hù)拱的上部噴吹松散的砂或粉煤灰，厚度不小于1.0m，作為護(hù)拱的緩沖保護(hù)層。

（2）導(dǎo)向墻的設(shè)置：為保證超前大管棚的施作不侵占初期支護(hù)的界面，并對(duì)溶巖軟弱結(jié)合處有一個(gè)加強(qiáng)的過渡，自溶洞后退3m進(jìn)行擴(kuò)挖50cm施做導(dǎo)向墻。導(dǎo)向墻長(zhǎng)1.5m，厚0.5m，采用3榀格柵鋼架定位，并起到增強(qiáng)剛度的作用。在起拱線以上120°范圍的鋼架上焊接導(dǎo)向管，導(dǎo)向管采用φ127的無縫鋼管，每根長(zhǎng)1.5m，間距40cm，外插角3°～6°，共35根，導(dǎo)向墻采用模筑C25混凝土進(jìn)行澆筑。

（3）超前大管棚：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采用潛孔鉆進(jìn)行超前鉆探情況分析，掌子面向前溶洞內(nèi)地質(zhì)情況比較復(fù)雜，多為軟泥、孤石或基巖，無法形成鋼管的成型插孔。經(jīng)過查閱相關(guān)的資料，借鑒自進(jìn)式中空注漿錨桿可以克服如塌孔、無法插桿的優(yōu)點(diǎn)，定制了φ89×25mm的中空潛孔鉆桿作為鉆進(jìn)成孔和支護(hù)的材料。結(jié)構(gòu)如圖1，具體操作步驟如下：

圖1 中空潛孔鉆桿超前大管棚

①采用潛孔鉆機(jī)控制鉆桿的位置及向里的推力，空心潛孔鉆桿每節(jié)長(zhǎng)3.0m，采用同等厚度的套管連接，潛孔鉆桿的前端配置一個(gè)長(zhǎng)度1.0m的沖擊器和花型合金鉆頭，高壓風(fēng)由鉆桿送入沖擊器，鉆頭前端有排氣及注漿孔，這樣就能高效能的穿透各類圍巖。

②注漿：鉆到預(yù)定的深度后，立即向中空潛孔鉆桿內(nèi)注漿。注漿終壓控制在2.0～2.5MPa，大部分漿體就會(huì)由鉆頭排氣注漿孔沿著空心潛孔鉆桿周圍一定的氛圍滲透固化。這樣就完成了自錨的作用，桿體中的水泥漿固結(jié)后，也增加了鉆桿的強(qiáng)度和剛度。

（4）洞身開挖：嚴(yán)格遵循“短開挖，強(qiáng)支護(hù)，勤量測(cè)，緊封閉”的原則。采用正臺(tái)階環(huán)形分部開挖，保留核心土便于支撐，土質(zhì)采用人工配合挖掘機(jī)開挖，石質(zhì)圍巖部采用預(yù)裂控制爆破開挖，以盡量減小對(duì)溶洞充填物的擾動(dòng)確保施工安全。

（5）初期支護(hù)：設(shè)置I20工字鋼加強(qiáng)支護(hù)，工字鋼間距0.5m1榀，拱部增設(shè)φ42小導(dǎo)管注漿加固溶洞充填物，每根長(zhǎng)4.5m，間距為2.0m（縱向）×0.4m（環(huán)向），用以彌補(bǔ)采用中空潛孔鉆桿大管棚的不足，然后噴射C30早強(qiáng)混凝土完成初期支護(hù)。

（6）下部邊墻及仰拱底部加固處理：上臺(tái)階部分進(jìn)行注漿預(yù)加固處理僅保證隧洞拱部開挖安全，下邊墻及仰拱圍巖力學(xué)性能得不到改善，并且受到擾動(dòng)或偏壓，極有可能會(huì)發(fā)生質(zhì)量事故；另外，即使開挖安全通過溶洞段，也會(huì)因溶洞段與溶洞前后隧底巖性不同，致使隧洞襯砌結(jié)構(gòu)沉降不均，而造成二襯開裂，甚至影響行車安全。因此，必須對(duì)邊墻及仰拱底部進(jìn)行加固處理。

①仰拱土質(zhì)部分采用1.0m厚C20片石混凝土進(jìn)行換填，并將仰拱工字鋼閉合，施作鋼筋混凝土仰拱及仰拱回填。

②下邊墻部位填泥溶洞可采用挖掘機(jī)小心掏出1.5～2.0m深度，采用模筑泵送混凝土澆筑，然后參照中部邊墻采用φ42超前小導(dǎo)管注漿加固溶洞充填物。小導(dǎo)管每根長(zhǎng)4.5m，注意下邊墻每次處理長(zhǎng)度不得超過1.5m。

（7）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，實(shí)行信息化管理。在洞身開挖施工過程中，每3m設(shè)一組監(jiān)測(cè)點(diǎn)，主要監(jiān)測(cè)拱頂下沉和周邊收斂，檢測(cè)頻率為6～8h一次，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，及時(shí)反饋指導(dǎo)下一步施工。

3 中空潛孔鉆桿用作大管棚的特點(diǎn)

（1）中空潛孔鉆桿采用良好的厚壁無縫鋼管材料、采用套管便捷自由的連接，真正實(shí)現(xiàn)了自鉆式鉆孔、注漿、錨固等功能的統(tǒng)一。

（2）沖擊器前端有穿透力強(qiáng)的鉆頭，適用于各種復(fù)雜地質(zhì)條件下斷層、填充溶洞的掘進(jìn)。

（3）鉆桿直接用于超前大管棚支護(hù)，無需拔出成孔，其中空可作為注漿通道，從里至外進(jìn)行注漿，簡(jiǎn)化了工序，操作方便。

（4）高效能的止?jié){配件能保持較強(qiáng)的注漿壓力，充分地充填空隙，固定裂隙發(fā)育的巖體。

（5）不足之處是成本偏高，注漿四周滲透效果不及梅花型開孔的鋼管，可增設(shè)超前注漿小導(dǎo)管彌補(bǔ)。

4 結(jié)束語

通過以上處理措施，隧洞掘進(jìn)安全通過了此段溶洞，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控量測(cè)，初期支護(hù)變形量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，二襯結(jié)構(gòu)表面無裂紋和明顯滲水現(xiàn)象。證實(shí)了本次溶洞處理技術(shù)方案的科學(xué)、合理和正確性，為以后類似地質(zhì)條件下的溶洞處理積累了經(jīng)驗(yàn)。

總之，隧洞溶洞垮塌的處理過程，在保證施工安全和工程質(zhì)量的前提下，如何把處理溶洞對(duì)工期和成本的影響減到最小，是我們工程技術(shù)人員不斷實(shí)踐、探索和總結(jié)的過程。

［1］ 占小明. 隧洞大型溶洞處理技術(shù)［J］. 工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2016，（4）：72-74.

［2］ 譚力. 淺談喀斯特溶巖區(qū)隧洞溶洞處理施工技術(shù)［J］.鐵道建筑技術(shù)，2012，（2）：55-56.