公路隧道溶洞及其處治技術(shù)探討

1  公路隧道溶洞常見病害及成因

1.1  突水、突泥

公路隧道在施工中，若是遇到巖溶環(huán)境，往往會有突水以及突泥等隱患，在一定意義上對于公路隧道施工有著很大的影響。在高壓狀態(tài)當(dāng)中，出現(xiàn)的突水突泥情況對隧道會造成淹沒，從而會給施工人員造成生命財(cái)產(chǎn)安全的威脅。突水和突泥對隧道覆土層在效應(yīng)力以及水壓方面會產(chǎn)生變化，并且對溶洞當(dāng)中的充填物和地表泥沙帶走，從而使得地表出現(xiàn)下沉，嚴(yán)重的還會造成坍塌事故出現(xiàn)。

1.2  溶洞坍塌

溶洞對于隧道產(chǎn)生的不想影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)角度：第一，因?yàn)槿芏错敯宄休d力不符合要求，在施工荷載作用當(dāng)中會導(dǎo)致頂板坍塌的情況，第二是溶洞當(dāng)中充填物出現(xiàn)比較大的沉降，造成地基出現(xiàn)沉降。通過相關(guān)研究表面，因?yàn)槿芏吹拇嬖?，隧道在開挖之后，圍巖收斂和位移釋放速度大于無溶洞的情況，溶洞隧道施工變形比較大，位移在釋放中有一定的瞬時(shí)性，也就是在開挖的瞬間會釋放非常多的位移，所以，在溶洞隧道施工中，需要做好超前支護(hù)[1]。

1.3  充填物失穩(wěn)

這主要和溶洞內(nèi)的充填物有著直接的關(guān)系，溶洞充填物主要就是因?yàn)樵诘叵滤瘜W(xué)和物力的作用下所形成的，按照實(shí)際作用原理，可以將其分為化學(xué)以及物理沉積物，化學(xué)沉積主要是由碳酸鈣等物質(zhì)形成，物理沉積物主要就是流入到溶洞中的泥沙以及土壤等，對于此類沉積物，其一般比較松散，并且空隙較大以及含水量就較高等，穩(wěn)定性較差，在受到外界荷載的作用下沉積量比較大，很容易導(dǎo)致溶洞因?yàn)橄虏恐瘟Σ怀浞侄霈F(xiàn)很大的沉積，從而導(dǎo)致坍塌情況出現(xiàn)[2]。

2  處理巖溶的原則

如果巖溶溶洞比較深或者比較大，在實(shí)際的處理當(dāng)中，不能直接采用堵的方式進(jìn)行處理，若是回填地基土體自身的承載力比較低，這樣就很難對隧道結(jié)構(gòu)承載力起到相應(yīng)的作用，在對巖溶處理中，就可以使用橋梁結(jié)構(gòu)和拱結(jié)構(gòu)實(shí)施跨越式的設(shè)計(jì)，在確保巖層穩(wěn)定性基礎(chǔ)上進(jìn)行拱座與梁端的設(shè)置。在有必要的條件下，也可以進(jìn)行灌注混凝土基礎(chǔ)的設(shè)置，在完成后實(shí)施相應(yīng)的加固處理。若是公路隧道線路需要穿越一些比較大的溶洞，在實(shí)際的處理中就可以使用明洞結(jié)構(gòu)方式。在相應(yīng)的基礎(chǔ)條件上，進(jìn)行加固處理，還可以采用錨索結(jié)構(gòu)來對隧道結(jié)構(gòu)和溶洞內(nèi)壁進(jìn)行合理的連接。

針對一些停止發(fā)育的溶洞，或者規(guī)模比較小的溶洞，在對其進(jìn)行封堵和填充中可以采用干砌片石以及漿砌片石和混凝土。如果公路隧道需要對于填充段進(jìn)行穿越時(shí)，就需要結(jié)合地質(zhì)實(shí)際情況做好勘察工作，同時(shí)做好相關(guān)的設(shè)計(jì)方案。若是隧道結(jié)構(gòu)底部位置的填充地基和實(shí)際承載需求不相符合，可以進(jìn)行砌塊石和混凝土的換填來對隧道結(jié)構(gòu)整體承載力有效提升。

3  公路隧道溶洞處治技術(shù)

3.1  做好隧道溶洞施工準(zhǔn)備工作

（1）在施工當(dāng)中的原材料合理處理，其中主要就是對于鋼筋以及砂石和水泥等材料進(jìn)行嚴(yán)格把控，所有的施工材料需要通過檢驗(yàn)合格之后才能夠有效的應(yīng)用到工程施工中。

（2）在施工當(dāng)中機(jī)械設(shè)備是很重要的機(jī)具，首先需要對風(fēng)管和空壓機(jī)合理調(diào)整，確保其能夠有效使用，除此之外，還需要和工程實(shí)際情況結(jié)合起來，對機(jī)械設(shè)備數(shù)量保持充分。人員方面，需要加強(qiáng)對施工技術(shù)和施工工藝的充分了解，在有必要的基礎(chǔ)上加強(qiáng)對人員技能的培訓(xùn)，將相關(guān)施工注意事項(xiàng)和安全措施進(jìn)行了解，同時(shí)做好技術(shù)交底工作。

（3）監(jiān)控量測管理。在隧道施工管理當(dāng)中，可以采用新奧法來對于隧道工程進(jìn)行量測以及觀察，以此為隧道施工奠定良好的基礎(chǔ)[3]。采用這種方法，可以通過相應(yīng)的量測結(jié)果分析對掌子面實(shí)際情況進(jìn)行掌握，并且可以為后續(xù)掌子面的數(shù)據(jù)傳輸和施工及時(shí)進(jìn)行創(chuàng)造條件。在實(shí)際的量測當(dāng)中，需要確保專業(yè)人員參與到測量中，這樣才可以很好的確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在施工中可以對量測監(jiān)控方式的合理應(yīng)用，以此來對圍巖結(jié)構(gòu)強(qiáng)度做好合理管理，以此來為后續(xù)隧道施工奠定良好的基礎(chǔ)。在大部分情況下，實(shí)施隧道量測監(jiān)控可以對地質(zhì)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況很好的體現(xiàn)出來，然而若是隧道地下水比較豐富，這樣測量的結(jié)果往往很難確保隧道的安全。其主要是因?yàn)榈叵滤鶗踩?dāng)?shù)貧夂蚧A(chǔ)變化情況而出現(xiàn)變化，若是在雨季或者暴雨季節(jié)施工，就需要做好相應(yīng)的安全準(zhǔn)備工作，以此來使得隧道施工安全。

3.2  隧道開挖及支護(hù)

在對于隧道開挖過程中，若是隧道開挖到和隧道溶洞接近時(shí)或者斷層破碎帶時(shí)，就需要做好相應(yīng)的支護(hù)工作，按照地質(zhì)預(yù)防當(dāng)中隧洞規(guī)格和填充物來對其判斷，使用相關(guān)支護(hù)對策。隧道溶洞地質(zhì)水文數(shù)據(jù)是非常重要的判斷依據(jù)，若是隧道溶洞當(dāng)中的填充物為飽和水等位置，首要方式就是做好排水。若是隧道前段水量比較大，就需要對排水進(jìn)行限量，首先，加強(qiáng)隧道支護(hù)安全，相對于爆破施工中的相關(guān)爆炸物藥劑量做好控制，在確保支護(hù)效果和地質(zhì)水文條件符合要求時(shí)才能夠進(jìn)行開挖。

按照地質(zhì)結(jié)構(gòu)，支護(hù)施工當(dāng)中，在一些新開挖的施工輪廓面需要進(jìn)行混凝土材料的噴射，在縱向位置當(dāng)中進(jìn)行鋼架結(jié)構(gòu)的設(shè)置。二襯一般使用素混凝土結(jié)構(gòu)，這樣主要是為了確保其可以起到良好的支撐作用，對穩(wěn)定性有效提升。在測量放線中，需要將拱頂中心線作為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對于小導(dǎo)管錨桿需要做好標(biāo)記處理。在鉆桿施工中，需要按照設(shè)計(jì)方案對于鉆孔位置做好確定，通常在隧道120°范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置，間距保持在0.4m，使用人工鉆孔的方法，在完成鉆孔之后需要將孔內(nèi)及時(shí)清理，確保不會有相關(guān)雜質(zhì)存在。在插管之前需要將小導(dǎo)管準(zhǔn)備好，并且在鋼架腹部進(jìn)行小導(dǎo)管的插入，在這些工序完成之后需要做好鋼支撐焊接和導(dǎo)管尾端施工，并且對錨桿直接插入到洞底部，

壓漿：在小導(dǎo)管止?jié){閥位置和注漿管進(jìn)行連接，然后才可以實(shí)施漿液的合理配置，在完成制作之后才能夠注漿施工。這個(gè)過程需要和相關(guān)工藝規(guī)范要求相符合，施工順序也需要和注漿符合，注漿壓力一般保持為0.5～1.0MPa，進(jìn)度需要小于10L/min[4]。在完成注漿之后需要及時(shí)將閥門關(guān)閉，在完成壓漿后需要對所有的設(shè)備及時(shí)回收，保證施工現(xiàn)場清潔度符合要求。

3.3  隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)

在隧道需要進(jìn)行溶洞區(qū)域穿越時(shí)，溶洞當(dāng)中填充物的移除，對于溶洞整體受力結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生影響，受力點(diǎn)也會出現(xiàn)集中，隧道對局部應(yīng)力進(jìn)行承載。并且隨著隧道溶洞填充物的移除，還需要將結(jié)構(gòu)支護(hù)工作做好，結(jié)合溶洞受力要點(diǎn)，將支護(hù)方式合理選取，比如，圓形內(nèi)輪廓支護(hù)等。相對于隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)當(dāng)中，重點(diǎn)關(guān)注的就是受力結(jié)構(gòu)，防止對隧道產(chǎn)生局部應(yīng)力集中的情況而出現(xiàn)安全事故，并且，相對于初期支護(hù)和后期支護(hù)需要合理的銜接起來，防止支護(hù)出現(xiàn)空白區(qū)域。

3.4  隧道防水及排水

在針對隧洞的處理當(dāng)中，若是溶洞是由地下水所產(chǎn)生的，這樣就需要對地下水系統(tǒng)不能產(chǎn)生破壞，不然對于隧道整體結(jié)構(gòu)有著很大的影響，在針對溶洞地下水排放當(dāng)中，需要確保溶洞腔壁的穩(wěn)定，若是排水比較快，也會造成溶洞腔壁壓力損失較快，相對于排水量的控制中，通常使用水壓表來檢測，若是采用相關(guān)對策對溶洞地下水進(jìn)行封堵，對于隧道不會產(chǎn)生影響的，需要采用堵的方式，在有必要的情況下再實(shí)施排水方法。

3.5  輔助坑道

輔助坑道相對于隧道安全和溶洞處理會起到非常重要的作用，在公路隧道施工中，對輔助坑道合理設(shè)計(jì)，以此來對輔助坑道的作用很好的呈現(xiàn)出來。輔助坑道不但能夠?qū)⑺淼朗┕みM(jìn)度提升，還可以為后期隧道溶洞排水起到很好的作用，在地質(zhì)預(yù)防當(dāng)中有著良好的意義。相對于掌子面的實(shí)際工作條件和通風(fēng)問題，輔助坑道可以起到通風(fēng)的作用，并且，若是隧道施工中有相應(yīng)的安全事故產(chǎn)生，輔助坑道還可以起到人員救援和人員逃生的作用，在對輔助坑道的設(shè)計(jì)中需要對其安全性加強(qiáng)思考，以此來對公路隧道施工安全性提升。

4  隧道巖溶處理施工風(fēng)險(xiǎn)管理策略

4.1  加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)識別

在隧道巖溶處理中，安全風(fēng)險(xiǎn)識別是基礎(chǔ)的內(nèi)容，也是施工風(fēng)險(xiǎn)管理的主要基礎(chǔ)要點(diǎn)。在這當(dāng)中，管理人員需要對風(fēng)險(xiǎn)識別工作加強(qiáng)重視，對其可以準(zhǔn)確的識別出來，以此來對巖溶施工作業(yè)中所存在的安全風(fēng)險(xiǎn)有效避免。并且，在識別當(dāng)中對于已經(jīng)識別的風(fēng)險(xiǎn)需要做好深入性的分析，將其中所存在的關(guān)聯(lián)點(diǎn)進(jìn)行找出：①按照巖溶處理當(dāng)中巖漿等物質(zhì)數(shù)量和屬性對風(fēng)險(xiǎn)源頭進(jìn)行找出；②對于已經(jīng)存在的風(fēng)險(xiǎn)做好合理的評估分析，對風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的必要條件進(jìn)行確定；③對之前所獲得的風(fēng)險(xiǎn)因素做好量化處理，比如，支護(hù)變形以及突水突泥等情況的發(fā)生率等進(jìn)行量化分析；④對于已經(jīng)確定可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)因素和隧道巖溶施工影響程度進(jìn)行確定，和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來，對風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行確定[5]。

4.2  做好風(fēng)險(xiǎn)評估

在針對隧道巖溶處理當(dāng)中，對于安全風(fēng)險(xiǎn)科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)是確保隧道施工和事故降低發(fā)生的主要對策?，F(xiàn)階段，風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)手段不斷在增多，分析方法也在逐漸朝向科學(xué)化方向發(fā)展，在一定意義上將管理人員自身的工作難度降低。在對風(fēng)險(xiǎn)評估當(dāng)中，采用定量和定性分析方式，保證數(shù)據(jù)的科學(xué)合理性，以此來對隧道巖溶處理提供相應(yīng)的評估方式，確保風(fēng)險(xiǎn)管理能夠合理落實(shí)。現(xiàn)階段，在針對隧道巖溶風(fēng)險(xiǎn)處理中，基本上主要采用經(jīng)驗(yàn)法來做好風(fēng)險(xiǎn)評估，然而，因?yàn)椴煌髽I(yè)自身的發(fā)展都不同，因此，在針對隧道巖溶風(fēng)險(xiǎn)分析當(dāng)中，很多都是采用經(jīng)驗(yàn)法來進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，但是采用單純的經(jīng)驗(yàn)法對于風(fēng)險(xiǎn)評估所出現(xiàn)的差異很大，不能有效確保風(fēng)險(xiǎn)評估的合理性。在此基礎(chǔ)上，就需要加強(qiáng)對先進(jìn)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用，以此來使得風(fēng)險(xiǎn)評估方式的合理性和一致性符合要求。

4.3  加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

針對溶洞處理當(dāng)中，在對于風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別和評估之后，還需要結(jié)合實(shí)際情況做好風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)工作，同時(shí)按照事故可能發(fā)生的概率和結(jié)果做好合理的評價(jià)，以此來對施工事故的預(yù)防和應(yīng)對奠定良好的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，在隧道巖溶處理當(dāng)中，使用比較多的主要就是事故分析法以及故障樹分析和檢查表分析方法，這些方法在實(shí)際的應(yīng)用中主要就是對相關(guān)的影響因素實(shí)施綜合分析和評價(jià)，以此來對這些風(fēng)險(xiǎn)因素可能產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行合理確定。

4.4  做好風(fēng)險(xiǎn)處理

在整體風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，風(fēng)險(xiǎn)處理工作是非常重要的一個(gè)階段，也是有效確保隧道巖溶施工安全的主要基礎(chǔ)性內(nèi)容。首先，在隧道巖溶處理施工中，針對風(fēng)險(xiǎn)識別以及評估和評價(jià)后，需要按照其結(jié)果，對危害施工因素進(jìn)行合理總結(jié)，同時(shí)采用科學(xué)合理的方式對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)防和有效規(guī)避；其次，在風(fēng)險(xiǎn)管理當(dāng)中，為了能夠有效防止突發(fā)事故對隧道施工產(chǎn)生一定的影響，管理人員就需要采用科學(xué)合理的對策對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行緩解，以此來將人員和財(cái)務(wù)損失降低；再者，需要加大對隧道巖溶作業(yè)合理優(yōu)化，并且通過保險(xiǎn)公司投保的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的合理轉(zhuǎn)移處理；最后，將隧道巖溶處理中一些影響比較小的風(fēng)險(xiǎn)，可以采用風(fēng)險(xiǎn)保留的方法對其合理處理。

5  結(jié)語

由于隧道巖溶自身不規(guī)則和比較隨意，在溶洞區(qū)進(jìn)行穿越時(shí)，工程難度比較大以及相關(guān)措施費(fèi)用較高，在隧道選址中盡可能的避免。對于可能有溶洞的區(qū)域，盡可能的采用相關(guān)對策合理探查。針對施工當(dāng)中一些不規(guī)則的大型溶洞，需要采用科學(xué)合理的對策合理應(yīng)用，結(jié)合具體分析合理分析，以此來確保措施安全經(jīng)濟(jì)以及有效。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://xwlcp.cn/w/kj/21223.html