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铁路隧道溶洞处理施工技术研究

发表时间：2021/6/15 来源：《基层建设》2021年第6期作者：任小军

[导读] 摘要：随着科学的进步与发展，隧道岩溶处理技术也越来越成熟，但岩溶作为存在上万年的地下幽闭空间，其成因、形态、环境难以勘察全面，因此针对各种类型隧道岩溶问题的治理措施，在确保隧道施工和运营安全的同时，也要因地制宜、本着敬畏自然、顺应自然的原则，尽量减少对环境的破坏，以促进人和环境的可持续发展。

        中铁七局集团第三工程有限公司陕西西安 710000
        摘要：随着科学的进步与发展，隧道岩溶处理技术也越来越成熟，但岩溶作为存在上万年的地下幽闭空间，其成因、形态、环境难以勘察全面，因此针对各种类型隧道岩溶问题的治理措施，在确保隧道施工和运营安全的同时，也要因地制宜、本着敬畏自然、顺应自然的原则，尽量减少对环境的破坏，以促进人和环境的可持续发展。
        关键词：铁路隧道；溶洞处理；施工技术
        以西南地区隧道施工为例，部分地区地表岩溶形态发育以及部分段落岩溶发育异常，施工过程中遇到溶洞的可能性极大，如若探测不明或处理不到位将会对隧道施工和后期运营安全带来极大的安全风险。在铁路隧道的溶洞处理中，必须严格遵循安全有效的原则，妥善制定最为合适的处理方案，选择最优的处理技术，从而在确保铁路隧道施工建设质量和安全的同时，进一步提升施工的进度，降低施工所需成本，为推动道路交通建设做出更大的贡献。
        1 铁路隧道溶洞施工原则
        （1）安全原则。不仅要考虑施工安全，还必须考虑未来的行车安全以及环境安全。行车安全不需多说，环境安全体现了人与环境的和谐程度、影响着环境的可持续发展。不能仅仅为了施工便利，不经调查和研究即对溶洞进行简单的处理从而影响整个地下水系，破坏当地的环境平衡。
        （2）充分考虑方案的合理性。在隧道施工之前，要深入了解周边环境、地形地貌及其地质结构，掌握溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物、气体和地下水情况，通过这些确定施工方法。不少地区的溶洞地形比较复杂，且地质条件也不同，在隧道建设施工时，合理选用施工方法和超前地质预报，避免溶洞突水涌泥造成人员伤亡。在岩溶区施工隧道需要进行爆破作业时，要充分优化爆破方案严格控制用药量，避免破坏溶洞原有的整体结构造成坍塌等危险。
        （3）施工过程要具有灵活性。溶洞作为长期封闭的地下空间，很难对其形态和环境做出全面细致的预判，在施工过程中也会改变其状态，因此事先确定的施工方案也不是一成不变的，应建立应急预案和动态调整机制。
        2 铁路隧道溶洞处理的施工技术措施
        2.1隧道开挖及初期支护技术
        当隧道开挖至岩溶发育段落时，必须加强超前地质预报工作，掌握该段落的地质水文情况，做好超前支护，如隧道遇到岩溶、高压富水时，采取超前探测、导流排放、注浆堵水、结构跨越、加固溶洞、清除充填物、回填夯实、封闭地表塌陷、疏排地表水、必须先采取导流排放、注浆加固填充物、帷幕注浆等，只有将超前支护完成后，才能进行开挖。开挖必须采取短进尺、弱爆破的原则，爆破产生的震动必须处于可以控制的范围内，确保隧道的安全。
        2.2隧道建设及中期支护技术
        当隧道开挖完毕后，根据监控量测情况，适时对初期的支护工程再次加固，并封闭成环状结构，从而保障隧道周边的稳定性。还需特别关注隧道边墙以及基底的探测和处理。对隧道进行注浆预加固处理仅保证隧道拱部开挖安全，边墙及基底围岩力学性能得不到改善，并且因受到过扰动，极有可能会发生坍塌事故。因此，必须对边墙和隧道的基底进行探测和加固，使其能够保证施工过程顺利进行和后期使用的行车安全。
        2.3隧道排水和防水技术
        溶洞对于铁路隧道施工和使用的安全风险，除了岩石产生的不稳定因素外，岩溶环境中的地下水也是安全质量的一大隐患。通常情况下，水量较小时可以采取封堵的方式，将流经隧道区域的地下水进行封堵，使溶洞隧道处于地下水流通的线路以外，避免地下水对隧道结构的冲击和腐蚀。当地下水压力较大时，必须进行疏导，将过量的地下水进行排放，当地下水水量较多时，应当及时对隧道内的水道和水沟进行疏通清淤处理，避免水量漫过道床。同时，要充分考虑到地下水流失后对隧道边壁的影响，避免因压力损失过快而造成溶洞孔壁的坍塌。

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        2.4辅助坑道技术
        对于溶洞隧道达到一定长度的地区，需要考虑设置平行辅助坑道，对溶洞内的地质特别是深层地区的地质进行提前勘察，为隧道主线路的施工提供更加精准的地质情报，更加有效地避开施工期间的安全风险。同时还可以借助辅助坑道提前开辟多个工作面，大大提高了主洞施工的效率。此外，辅助坑道还有利于改善溶洞隧道的通风、排水、逃生及救援等各项条件，有效改善了溶洞隧道的施工和运营使用环境，起到一举多得的效果。
        2.5溶蚀裂缝的填补
        溶蚀裂缝是指原有的裂缝在遭到地下水的溶蚀以后改变了原来的规格形状，并不断地扩大。这种情况是在溶洞隧道施工中比较普遍的一种现象，并且在施工之前不容易发现，施工完成之后就会发现有渗水的现象，这种地下水溶蚀的问题如果处理不及时，地下水对裂缝的长期溶蚀会使裂缝变得越来越大，从裂缝处渗出来的水也会大幅度增多，这种无休止的溶蚀现象最终会超出了工程结构所承受的范围。所以，在溶洞区修建隧道时如果遇到溶蚀裂缝的现象，一定要引起重视并且及时处理。对溶洞区因长期受地下水浸蚀而出现的这些裂缝进行填补的最常用办法就是对缝隙进行注浆，但是也有一些缝隙非常小的裂缝，直接注浆不容易，需要用高压水枪把缝隙的土渣进行冲洗，待冲洗干净之后，再进行注浆，以便对周围岩层起到加固的作用，防止再出现渗水的情况。以上情况都处理好之后，在施工中如果还继续存在着渗水的现象，可以直接对渗水处进行注浆止水，但一定不能影响溶洞内的排水系统的排水效果，如果情况严重的话，可以根据现场的情况增设混凝土或钢结构进行保护支撑，实现有效的加固和封堵水源。
        3 铁路隧道溶洞处理技术的注意事项
        3.1高度重视地质预报
        在溶洞地区开挖铁路隧道，必须要准确了解隧道地质的具体隋况，绝不能在未进行前期勘探的情况下盲目施工。通常情况下，可以采取超前钻探的方式，并以地质雷达、TSP、红外探水和超前地质钻探等方式辅助勘察地质情况，准确识别施工地区的地质，特别是影响到铁路隧道施工与运营的地质情况。还需要结合溶洞所在地区降水量、溶洞内部水系分布情况等，对溶洞内地表水、地下水存储及流动状况进行准确掌握和预测。通过上述检测方法，获得尽可能丰富的地质数据信息，从而更加准确地判断地质及水文情报，在施工设计时将情报信息纳入其中，从而制定更加科学合理的施工方案。
        3.2时刻关注水压变化
        在溶洞地区，特别是填充物为饱和水的溶洞地区，水压对于溶洞内铁路隧道施工和运营的影响不容忽视。开挖前要对溶洞周边布设足够的泄水孔，通过限排减压的方式有效应对溶洞内的水压问题。要加强对地下水压力变化的监控，若发生突泥涌水等突发情况时，要及时采取切实有效的应对举措。隧道开挖完毕后，要及时将钻孔部位通过注浆的方式进行封堵，避免地下水的流入。地下水的减压，主要依靠泄水孔进行缓速排放，相对稳定地控制水压，这是应对富水型溶洞的有效方法。
        3.3灵活采取多种施工措施
        在开挖小型溶洞时，只需要按照既定方案进行开挖，但当铁路隧道遇到大型甚至超大型溶洞时，普通的单线开挖不仅会影响施工进度，而且会存在极大的难度。通常情况下，根据溶洞的具体长度，可以采取前后同时施工或者开设平行辅道等方式，从而有效提高隧道开挖的施工进度，减少对溶洞结构稳定性的影响，降低隧道施工的处理难度。在遇到地形比较复杂、溶洞时断时续的地区时，可以采用开挖横向通道等方式，绕开溶洞地带，从而有效减少溶洞环境对铁路隧道的影响。
        综上所述，在铁路隧道建设中，由于溶洞承压能力较差，并且储存有大量的水资源，很容易发生水害、坍塌、塌陷等安全问题，对于铁路隧道建设提出了极高的要求。
        参考文献：
        [1]铁路隧道溶岩区的溶洞处理施工技术研究 [J]. 朱林. 工程技术研究. 2019(04)
        [2]谈铁路隧道溶洞处理技术 [J]. 杨永胜. 工程建设与设计. 2018(09)
        [3]铁路隧道溶洞处理施工技术研究 [J]. 黄君文. 石家庄铁路职业技术学院学报. 2020(04)
        [4]隧道工程中溶洞施工主要技术研究 [J]. 王吉辉. 西部交通科技. 2020(01)