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摘要：分析巖溶地區地層巖性、地質構造、及巖溶規模等地質環境與隧道工程施工技術。通過實例，提出應對措施：一是開孔泄壓、空腔回填；二是變更支護形式；三是調整開挖方法。經監測分析，地表沉降得到有效控制，驗證了有關措施的合理性。
關鍵詞：巖溶地區；地質環境；潛在災害；應對措施
巖溶地區特殊的地質環境嚴重影響了地鐵隧道的建設進展，本文以海河隧道項目為背景，分析巖溶地區地層巖性、地質構造，以及巖溶規模等地質環境與隧道工程施工技術。通過實例，為消除或降低隧道穿越大型溶洞潛在災害的危害程度，提出了應對措施。
1工程概況
某海河隧道工程穿越喀斯特巖溶地區，設計采用礦山法施工，復合式襯砌結構，初期支護與二次襯砌間設環向閉合型防水隔離層。隧道埋深較淺，大部分地區屬巖溶、破碎帶強發育區，地質構造復雜，地下水豐富，建筑物及地下管線眾多，施工過程中塌方、突水、地面凹陷等事故頻發，初支變形大、難以控制，甚至發生垮塌等工程事故。
2地質條件
2.1地層特性
區間隧道開挖面為上層軟弱土體、下層硬質巖石與接觸面共同組成的組合地層。上部土層軟弱，自穩能力差，容易引發掌子面擠出、坍塌等大變形災害；土-巖分界面是地下水滲流主要通道，圍巖經過地下水浸泡易發生軟化劣化、強度降低問題；下部硬巖強度高，爆破時擾動較大，容易引起混凝土開裂、掉塊甚至破壞等現象。
2.2地質構造
隧道下伏巖層節理裂隙發育，密集成帶，存在多組褶皺構造，褶皺附近巖層呈現軸中低、兩翼相對較高，軸部垂直裂隙發育，為巖溶水垂直下泄提供了通道。豐富的降雨和發達的溶巖裂隙網絡，為地下水補給提供了充足的水源和廣闊的通道，增大了隧道突水的概率，容易對圍巖和支護結構造成腐蝕。
2.3巖溶規模
溶洞、溶溝、溶槽等巖溶地質體是可溶性巖石中巖溶水長期溶蝕作用所形成的，是喀斯特地區獨特的地質構造。巖溶塌陷是巖溶地區重要的地質災害之一[1]。巖溶頂板裂隙的存在、上覆土體的不穩定性和地下水的流動是溶洞塌陷的三個主要要素，當具備以上三個要素時，才可能發生巖溶坍塌現象[2]。巖溶體的存在，極大地提高了突水突泥和地面塌方等事故發生的概率。
3穿越溶洞施工案例分析
3.1案例概述
由于連續暴雨，導致某隧道左邊線東側6m處的市政道路綠化帶坍塌，同時掌子面發生塌方。對此，施工方先采用QB152型地表注漿機進行水泥砂漿灌注，再將φ42mm熱壓無縫鋼花管垂直地表坡面打入土體，并壓注水泥砂漿，以達到加固和板結土體的目的。補勘階段采用YQZ型勘探鉆機進行鉆孔，設置8個鉆孔，共有5個鉆孔揭露溶洞，結果顯示：巖溶主要沿N0°～25°E和NW80°～85°兩組張性裂隙發育，溶洞高0.5～11.8m，發育深度最深40.6m，主要分布于隧道頂板上0.8～2.2m至底板下6～7m，為半充填型溶洞。
3.2潛在地質災害
根據勘察資料，結合施工遇到的各類工程事故，對左隧穿越大型溶洞潛在地質災害預測如下：
3.2.1突水突泥
掌子面后方襯砌的不完整，將引起高水頭地下水從襯砌縫隙滲入隧道；隧道開挖在地層內部形成泄水通道，地下水沿著溶洞周圍裂隙滲流，一旦滲流通道與隧道貫通，地下水將攜帶著溶洞內填充物涌入隧道，造成突水突泥事故。
3.2.2掌子面坍塌
礦山法隧道施工時，通常采用超前小導管注漿作為超前支護。采用該施工工藝，掌子面開挖后短時間內會有一段未做初期支護部分，僅有超前支護控制掌子面穩定性。當地層含水量較高時，土層的粘結力降低，超前小導管的注漿效果變差，地層抗剪強度下降，由于超前小導管支護剛度不夠，對拱頂上方土體控制力不足，所以容易造成掌子面失穩、坍塌。
3.2.3支護結構失穩破壞
地層內部沉降或收斂過大時，圍巖變形產生巨大的擠壓力施加到隧道支護結構上，會導致支護結構變形過大，甚至失穩破壞。當頂部巖層厚度小于安全厚度時，容易誘發土體向溶洞原有的空腔內傾瀉或引起塌方。若溶洞內富水黏土涌入隧道，原有被紅黏土填充的溶腔內會出現大范圍空腔。施工擾動會使溶洞頂層薄層巖層無法承擔上方土層的自重荷載，產生巖層斷裂。土體伴隨塌方體瞬時作用在初期支護結構上，增加了支護結構的附加應力，導致開挖面附近積水未能及時排出。這不僅降低了圍巖承載力，造成型鋼拱架的根基不穩，還會引起支護結構發生彎折、開裂等大變形。
3.2.4路面沉降
隧道埋深較淺，經常處于地下水位以下，開挖后地下水順著土層空隙及節理裂隙不斷滲出，易引起地表超前、超大范圍沉降[3]。地下水沿著溶洞發育的裂隙滲流或者涌入隧道，造成地層持續失水，將導致周圍地層固結沉降；因水土流失、天然溶洞或者掌子面坍塌等造成地層空洞后，空洞周圍土體及表層松軟土體在自重作用下下沉，便會引起地層沉降。
4預防措施
4.1開孔泄壓與空腔回填
對地表空腔部位采用C15混凝土回填，回填前用RPD隧道超前地質鉆機在掌子面內打設3個泄壓孔，將填充紅黏土擠壓出；采用地表注漿結合洞內小導管注漿，對軟弱地層進行改良和加固，確保溶洞回填密實。
4.2變更支護形式
將溶洞ZDK16+245～275段初支鋼架間距調整為0.5m/榀，超前小導管由原設計的120°調整為拱部150°范圍均勻布設，長度和間距不變；為確保施工安全，在ZDK16+245～275段用管棚鉆機施做A108超前大管棚，長度30m。
4.3調整開挖方法
開挖過程中采用人工或挖掘機開挖掌子面預留核心土，采用環向導坑法施工。同時調整上臺階開挖步距，由原來的0.8m每循環，調整為0.5m每循壞。
5施工效果分析
擬在左隧ZDK16245~16285沿中線布設監測點，對地面沉降進行監測。地表沉降歷時曲線如圖1所示，斷面ZDK16+265地表沉降曲線如圖2所示。從圖1可看出，巖溶發地表累計沉降值低于35mm，變形趨勢正常。7月初正值暴雨期間，地層在水土自重作用下固結，向上傳遞至地表，引發變形速率增加，監測結果與現場工況基本吻合。從圖2可看出，施工間距超過20m，可排除右線對地面沉降的影響。超前沉降、上臺階、下臺階及仰拱、二襯占總沉降的比例分別為15.70%、26.54%、38.55%和19.20%。分析認為，上臺階影響減小，可能是因為超前管棚支護的支護形式和預留核心土開挖方法，增加了對拱頂和掌子面的控制力度，降低了對地層的擾動。綜上所述，經監測分析，地表沉降得到有效控制，驗證了有關措施的合理性。
6結論
為減輕潛在災害影響程度，穿越溶洞前實施了3種預防措施：一是開孔泄壓、空腔回填；二是變更支護形式；三是調整開挖方法。注漿卸壓可避免因注漿壓力過大造成塌方，洞內結合地表雙向注漿可有效減少漿液流失，改善巖體承載力。采用合理的開挖方法和支護形式，有效加強了對掌子面和拱頂的保護，起到了防止塌方和地面沉降的作用。經監測分析，地表沉降得到有效控制，驗證了有關措施的合理性。
參考文獻
[1]戴亞軍，張國柱，劉婷.地鐵盾構工程巖溶病害處理方法的應用研究[J].西部交通科技，2014(8):62-65.
[2]唐軍博.云桂線珠琳段巖溶地面塌陷的成因機理研究與防治對策[D].成都:西南交通大學.2012.
[3]姚曉紅.城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制[J].隧道及地下工程，2006.(1):31-33.
作者:張東 單位:中鐵十八局集團第五工程有限公司
