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摘要：分析岩溶地区地层岩性、地质构造、及岩溶规模等地质环境与隧道工程施工技术。通过实例，提出应对措施：一是开孔泄压、空腔回填；二是变更支护形式；三是调整开挖方法。经监测分析，地表沉降得到有效控制，验证了有关措施的合理性。
关键词：岩溶地区；地质环境；潜在灾害；应对措施
岩溶地区特殊的地质环境严重影响了地铁隧道的建设进展，本文以海河隧道项目为背景，分析岩溶地区地层岩性、地质构造，以及岩溶规模等地质环境与隧道工程施工技术。通过实例，为消除或降低隧道穿越大型溶洞潜在灾害的危害程度，提出了应对措施。
1工程概况
某海河隧道工程穿越喀斯特岩溶地区，设计采用矿山法施工，复合式衬砌结构，初期支护与二次衬砌间设环向闭合型防水隔离层。隧道埋深较浅，大部分地区属岩溶、破碎带强发育区，地质构造复杂，地下水丰富，建筑物及地下管线众多，施工过程中塌方、突水、地面凹陷等事故频发，初支变形大、难以控制，甚至发生垮塌等工程事故。
2地质条件
2.1地层特性
区间隧道开挖面为上层软弱土体、下层硬质岩石与接触面共同组成的组合地层。上部土层软弱，自稳能力差，容易引发掌子面挤出、坍塌等大变形灾害；土-岩分界面是地下水渗流主要通道，围岩经过地下水浸泡易发生软化劣化、强度降低问题；下部硬岩强度高，爆破时扰动较大，容易引起混凝土开裂、掉块甚至破坏等现象。
2.2地质构造
隧道下伏岩层节理裂隙发育，密集成带，存在多组褶皱构造，褶皱附近岩层呈现轴中低、两翼相对较高，轴部垂直裂隙发育，为岩溶水垂直下泄提供了通道。丰富的降雨和发达的溶岩裂隙网络，为地下水补给提供了充足的水源和广阔的通道，增大了隧道突水的概率，容易对围岩和支护结构造成腐蚀。
2.3岩溶规模
溶洞、溶沟、溶槽等岩溶地质体是可溶性岩石中岩溶水长期溶蚀作用所形成的，是喀斯特地区独特的地质构造。岩溶塌陷是岩溶地区重要的地质灾害之一[1]。岩溶顶板裂隙的存在、上覆土体的不稳定性和地下水的流动是溶洞塌陷的三个主要要素，当具备以上三个要素时，才可能发生岩溶坍塌现象[2]。岩溶体的存在，极大地提高了突水突泥和地面塌方等事故发生的概率。
3穿越溶洞施工案例分析
3.1案例概述
由于连续暴雨，导致某隧道左边线东侧6m处的市政道路绿化带坍塌，同时掌子面发生塌方。对此，施工方先采用QB152型地表注浆机进行水泥砂浆灌注，再将φ42mm热压无缝钢花管垂直地表坡面打入土体，并压注水泥砂浆，以达到加固和板结土体的目的。补勘阶段采用YQZ型勘探钻机进行钻孔，设置8个钻孔，共有5个钻孔揭露溶洞，结果显示：岩溶主要沿N0°～25°E和NW80°～85°两组张性裂隙发育，溶洞高0.5～11.8m，发育深度最深40.6m，主要分布于隧道顶板上0.8～2.2m至底板下6～7m，为半充填型溶洞。
3.2潜在地质灾害
根据勘察资料，结合施工遇到的各类工程事故，对左隧穿越大型溶洞潜在地质灾害预测如下：
3.2.1突水突泥
掌子面后方衬砌的不完整，将引起高水头地下水从衬砌缝隙渗入隧道；隧道开挖在地层内部形成泄水通道，地下水沿着溶洞周围裂隙渗流，一旦渗流通道与隧道贯通，地下水将携带着溶洞内填充物涌入隧道，造成突水突泥事故。
3.2.2掌子面坍塌
矿山法隧道施工时，通常采用超前小导管注浆作为超前支护。采用该施工工艺，掌子面开挖后短时间内会有一段未做初期支护部分，仅有超前支护控制掌子面稳定性。当地层含水量较高时，土层的粘结力降低，超前小导管的注浆效果变差，地层抗剪强度下降，由于超前小导管支护刚度不够，对拱顶上方土体控制力不足，所以容易造成掌子面失稳、坍塌。
3.2.3支护结构失稳破坏
地层内部沉降或收敛过大时，围岩变形产生巨大的挤压力施加到隧道支护结构上，会导致支护结构变形过大，甚至失稳破坏。当顶部岩层厚度小于安全厚度时，容易诱发土体向溶洞原有的空腔内倾泻或引起塌方。若溶洞内富水黏土涌入隧道，原有被红黏土填充的溶腔内会出现大范围空腔。施工扰动会使溶洞顶层薄层岩层无法承担上方土层的自重荷载，产生岩层断裂。土体伴随塌方体瞬时作用在初期支护结构上，增加了支护结构的附加应力，导致开挖面附近积水未能及时排出。这不仅降低了围岩承载力，造成型钢拱架的根基不稳，还会引起支护结构发生弯折、开裂等大变形。
3.2.4路面沉降
隧道埋深较浅，经常处于地下水位以下，开挖后地下水顺着土层空隙及节理裂隙不断渗出，易引起地表超前、超大范围沉降[3]。地下水沿着溶洞发育的裂隙渗流或者涌入隧道，造成地层持续失水，将导致周围地层固结沉降；因水土流失、天然溶洞或者掌子面坍塌等造成地层空洞后，空洞周围土体及表层松软土体在自重作用下下沉，便会引起地层沉降。
4预防措施
4.1开孔泄压与空腔回填
对地表空腔部位采用C15混凝土回填，回填前用RPD隧道超前地质钻机在掌子面内打设3个泄压孔，将填充红黏土挤压出；采用地表注浆结合洞内小导管注浆，对软弱地层进行改良和加固，确保溶洞回填密实。
4.2变更支护形式
将溶洞ZDK16+245～275段初支钢架间距调整为0.5m/榀，超前小导管由原设计的120°调整为拱部150°范围均匀布设，长度和间距不变；为确保施工安全，在ZDK16+245～275段用管棚钻机施做A108超前大管棚，长度30m。
4.3调整开挖方法
开挖过程中采用人工或挖掘机开挖掌子面预留核心土，采用环向导坑法施工。同时调整上台阶开挖步距，由原来的0.8m每循环，调整为0.5m每循坏。
5施工效果分析
拟在左隧ZDK16245~16285沿中线布设监测点，对地面沉降进行监测。地表沉降历时曲线如图1所示，断面ZDK16+265地表沉降曲线如图2所示。从图1可看出，岩溶发地表累计沉降值低于35mm，变形趋势正常。7月初正值暴雨期间，地层在水土自重作用下固结，向上传递至地表，引发变形速率增加，监测结果与现场工况基本吻合。从图2可看出，施工间距超过20m，可排除右线对地面沉降的影响。超前沉降、上台阶、下台阶及仰拱、二衬占总沉降的比例分别为15.70%、26.54%、38.55%和19.20%。分析认为，上台阶影响减小，可能是因为超前管棚支护的支护形式和预留核心土开挖方法，增加了对拱顶和掌子面的控制力度，降低了对地层的扰动。综上所述，经监测分析，地表沉降得到有效控制，验证了有关措施的合理性。
6结论
为减轻潜在灾害影响程度，穿越溶洞前实施了3种预防措施：一是开孔泄压、空腔回填；二是变更支护形式；三是调整开挖方法。注浆卸压可避免因注浆压力过大造成塌方，洞内结合地表双向注浆可有效减少浆液流失，改善岩体承载力。采用合理的开挖方法和支护形式，有效加强了对掌子面和拱顶的保护，起到了防止塌方和地面沉降的作用。经监测分析，地表沉降得到有效控制，验证了有关措施的合理性。
参考文献
[1]戴亚军，张国柱，刘婷.地铁盾构工程岩溶病害处理方法的应用研究[J].西部交通科技，2014(8):62-65.
[2]唐军博.云桂线珠琳段岩溶地面塌陷的成因机理研究与防治对策[D].成都:西南交通大学.2012.
[3]姚晓红.城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制[J].隧道及地下工程，2006.(1):31-33.
作者:张东 单位:中铁十八局集团第五工程有限公司
