1、1概述1.1 研究背景及必要性地球上約有15%的地形是喀斯特巖溶地貌，我國是世界上巖溶分布面積最廣的 國家之一。在我國，巖溶分布縱深橫廣，除了形成北方以山西為中心、西南以貴州為 中心的兩片面積矚目的巖溶高原外，還有著更為廣闊的地理環境跨度。由北緯30的南海礁島直到北緯480的小興安嶺地區；由東經740的帕米爾高原直到東經1220的臺灣島； 由青海鹽湖直到東部海濱，均分布著巖溶地貌，已見于23省區，其中大部分分布于東 部地區的桂、粵、黔、湘、贛、川、鄂等省區。在我國境內，可溶巖分布面積可達340萬平方公里，約占我國國土面積的1/3。其中，裸露于地表的碳酸鹽巖面積為 9.1萬平 方公里，接近我國國

2、土面積的1/10。如此廣闊的巖溶分布面積，嚴重影響著我國交通基礎設施的建設與發展。 據統計， 截止到1989年底，我國已建成長大隧道63座，其中隧道洞身穿過巖溶地層的有 26座， 占長隧道總數的41.27%在這26座工大隧道的修建過程中，幾乎不同程度地遇到了 惡劣的地下巖溶突水、突泥災害。ChinsEU h hb ,W*'；rr r ； 0 d * 好樂二？I kf nrtj*- Us：中 vmI -口anr 看曝"書.k*fll聞 Iwhli m* *注）制中山內存工三 LtlMXlJ.口6| 土 LL加中心fAf / fMMirnzi - rar.二#iB g- I

3、74; 4招山It力XX隧道位于XX市，是典型的喀斯特巖溶地區，隧區隸屬低山溶蝕峰叢地貌，圍 巖類型大部分為V級，為石炭系大塘組燧石灰巖，灰巖，弱風化，屬V級次堅石，溶蝕強烈，地表灰巖溶溝，溶槽，溶隙發育呈峰叢，峰林狀，多處見溶洞，地質情況復雜， 溶巖發育強烈，施工中容易出現巖溶塌陷引起的洞內塌方及涌水突泥等地質災害，施工難度大。如何規避巖溶隧道工程災害的發生，控制地面坍陷和地表沉降是本隧道施工中亟待解決和技術難題。我公司雖有過多條隧道施工的經歷，但在巖溶地區進行隧道施工尚屬首次。因此，以 XX 隧道為依托工程，對巖溶地區隧道施工技術立項進行專題研究，就本工程而言，不僅在確保工程安全優質高效施

4、工、降低工程成本上具有十分重要的作用，對提升企業的技術水平、增強核心競爭力和社會信譽度亦有非常重要和積極的意義；同時，伴隨著國家高速鐵路的快速發展，隧道工程在施工中比例的增加，如能總結出一套較為成熟的技術與工藝，對今后的類似工程必將起到良好的指導作用。1.2 國內外研究現狀巖溶問題是一個世界性的課題，在各國在工程建設中，均遇到了各種各樣的巖溶地質災害。國內外對于巖溶隧道的研究，在巖溶成因、探測預報、工程處治措施等方 面做了較深入的研究，但探測預報精度還是不高，巖溶處治無系統可行的措施。21 世紀是我國向西部開發的世紀，也是人類將地下空間作為資源開發的世紀。我國又是多山國家，三分之二的國土由不同

5、類型的山脈、高原組成。我國“西部大開發”戰略的實施、鐵路公路交通工程、水電工程、南水北調工程、各種礦山工程以及軍工防護工程等的大發展，都離不開大量隧道、隧洞的修建。由于隧道、隧洞都處于地下各種復雜的水文地質和工程地質巖體中，因此對各類巖溶問題的處理尤為顯得關鍵。1.3 課題依托的XX 隧道簡介隧道全長408m,進出口里程為 DK626+672DK627+080,全隧均位于右偏曲線上，雙線線間距4.6m,隧道縱坡為單面上坡，坡度 2"設計行車速度250km/h,重型軌道有碎道床。進出口均采用接長明洞，洞門采用 斜切式洞門。采用出口獨頭掘進，棄碴用作路基填料。隧道穿越一座孤峰山體，進出口

6、基巖破碎，坡面危巖落石分布；洞身基巖為灰巖，節理發育，水質無侵蝕，埋深較淺。進出均采用接長明洞（進口明洞長25m,出口明洞長60m）和洞頂設置0.4X 0.6m的M10漿砌片石截水天溝，邊仰坡采用錨噴和骨架 護坡進行防護，在天溝外側5 米處采用防護網進行山體危巖落石防護。隧區隸屬低山溶蝕峰叢地貌，地形起伏大，高程125210m,相對高差2085m,山體坡面植被發育，主要為松樹，自然坡度 10O45o,局部為陡壁。基巖零星出露。隧 道進口段傍山而行，存在一定地形偏壓。隧區內地表水不發育，地下水類型主要為孔隙水，基巖巖溶裂隙水，測區地下水精選文檔位低，大部分鉆孔無水位。雨季下暴雨時可能發育管道水，

7、隧道施工可能存在短時的 涌水涌泥現象。1.3主要研究內容及研究目的1.3.1 主要研究內容(1)巖溶地區隧道特點(2)洞身開挖方法(3)隧道超前地質預報(4)巖溶處治技術(5)監控量測實施1.3.2 研究目的通過研究，解決和掌握巖溶地區隧道施工的關鍵技術和關鍵工藝問題，特別是研 究巖溶綜合探測預報技術的應用，以提高預報精度。針對巖溶的類型、規模制定系統 可靠處治措施，保證隧道的施工。掌握和積累在該條件下的隧道施工經驗。鍛煉一 批技術人才，并將指導以后類似工程的施工。同時填補公司在此方面的空白。2巖溶地區特點及巖溶隧道施工中常見病害2.1 巖溶的定義巖溶(karst)譯喀斯特。源于前南斯拉夫的一

8、個地巖溶指可溶性巖石，特別是碳酸鹽類巖石(如石灰 石膏等)，受含有二氧化碳的流水溶蝕，有時并加以沉積作用而形成的地貌。往往呈奇特形狀，有洞穴、石芽、 地下河也有峭壁。此種地貌地區，往往奇峰林立。石溝、石林、溶洞、通常指巖石裸露、草 木不生、具有洞穴、落水 洞、地下河而缺乏地表河 流和湖泊的地區。是地下 水對可溶性塊狀石灰巖溶 蝕的結果。2.2 巖溶的形成條件促使喀斯特發育的條件是：1 .具有可溶性巖層；2 .具有溶解能力和足夠流量的水；3 .地表水有下滲，地下水有流動的途徑。三者缺一不可！2.3 形成過程地表水在運動過程中對所經過的沉積物或巖石有著重要的侵蝕作用，既包括水動力作用下的碎屑物搬運

9、，又包括水對巖石或沉積物的化學溶蝕作用，還包括 碎屑物在搬運過程中的磨蝕作用。喀斯特地貌就是地下水對碳酸鹽巖侵蝕作用的結果。在水流作用下，形成陡峭的海岸、彎曲的溝壑、高高的冰蝕懸谷、氣勢磅 礴的大峽谷。“滴水穿石”也是水的化學侵蝕作用的寫照。這種地形籠統地稱之喀斯特地形。溶洞的形成是石灰巖地區 地下水長期溶蝕的結果。石灰巖 的主要成分是碳酸鈣（CaCO3）, 在有水和二氧化碳時發生化學反 應生成碳酸氫鈣Ca（HCO 3）2,后 者可溶于水，于是有空洞形成并 逐步擴大。這種現象在南斯拉夫 亞德利亞海岸的喀斯特高原上最 為典型，所以常把石灰巖地區的2.4 形態（表現形式）1）地表水沿灰巖內的節理面

10、或裂隙面等發生溶蝕，形成溶溝（或溶槽）， 原先成層分布的石灰巖被溶溝分開成石柱或石筍。2）地表水沿灰巖裂縫向下滲流和溶蝕，超過100m深后形成落水洞3）從落水洞下落的地下水到含水層后發生橫向流動，形成溶洞。4）隨地下洞穴的形成地表發生塌陷，塌陷的深度大面積小，稱坍陷漏斗， 深度小面積大則稱陷塘。5）地下水的溶蝕與塌陷作用長期相結合地作用，形成坡立谷和天生橋。6）地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蝕作用在舊日的溶洞和地下河之下繼續進行。云南路南的石林是上述第一階段（溶 溝階段）的產物，這里的自然風光因阿詩瑪姑娘的動人傳說而變得格外旖旋。桂 林的象鼻山，則是原地下河道出露

11、地表形成的。在廣西境內，經常可看到這種抬 升到地表以上的溶洞，俗稱“神女鏡”或“仙女鏡”。廣西喀斯特天生橋云南石林溶溝石芽石芽漏斗漏斗精選文檔溶蝕洼地溶蝕洼地落水洞落水洞坡立谷林峰（張家界天子山）干谷溶洞溶洞暗河2.5 巖溶隧道施工中的問題由于巖溶發育的控制因素錯綜復雜，發育的形態千姿百態，以及巖溶發育的 不均衡性和不規則性，給巖溶隧道的施工帶來一系列困難：富水高水壓地段的隧 道襯砌設計很難把握，施工中的突水、突泥對施工安全和進度造成很大威脅。特長隧道巖溶問題是國內外隧道施工中的重大難題。多年來，我國在鐵路、 公路、水工隧道施工中均遇到了巖溶突水、突泥、頂板溶洞充填物陷落冒頂、底 板塌陷等問題

12、。國外在歐洲阿爾卑斯山隧道及其它一些越嶺隧道也發生過類似問 題。我國在西南修建的貴昆、成昆、襄渝鐵路等均遇到大量巖溶問題。貴昆鐵路 梅花山隧道施工中遇到地下河及大型溶洞，最后只有在隧洞中修隔水墻，阻截暗 河。襄渝鐵路大巴山隧道在通過寒武統石龍洞灰巖含水層時，突然揭露一溶洞引起突泥、突水事故，最大涌水量15萬方/天，中斷施工 3個月。京廣鐵路大瑤山隧道的巖溶突水形成泥石流，給營運造成長期的危害。京珠高速公路石門坳隧道右線在施工過程中，因對前方地質資料掌握不足， 開挖遇到溶洞災害，引發大涌水造成停工等一系列損失。廣安-重慶高速公路華鑒山隧道施工中多處發生巖溶突水突泥，引起兩條地 下河的灌入。渝懷鐵

13、路圓梁山隧道發生特大巖溶涌水，對施工造成極大的影響。通過以上實際施工隧道的情況，巖溶隧道施工主要問題歸納如下：1、隧道施工中的突泥、突水問題；2、隧道施工中頂板溶洞充填物陷落冒頂；3、隧道施工中底板塌陷。以上三種情況均在XX 隧道中出現，其中底板塌陷采用了高壓旋噴樁加固，避免了仰拱底沉陷。2.6 巖溶隧道施工中的處治原則巖溶隧道施工中的處治原則總結歸納如下：繞、截、排、堵（填）越與分部開挖，強支護相結合的原則，同時配以超前地質預報與圍巖監控量測。2.6.1 繞施工繞行施工中遇到特大和一時難以處理的溶洞，為使工程不陷入停頓，可以通過設計院組變更繞行通過。XX 隧道為一座孤山不存在特大溶洞，此方法

14、沒有用到。2.6.2 截：攔截地表水當地表自然溝床，匯水洼地發現有溶穴、漏斗等情況為隧道地下水補給來源，且補水量隨季節變化，則采用攔截措施。施工中在洞口處設置了環形天溝。2.6.3 排：引排地下水當隧道掘進遇到溶洞有流水時，宜排不宜堵。首先調查水源、涌水量、流向等，引排為主，截引相結合，將地下水排出洞外。XX 隧道地下水量不大。2.6.4 堵（填）對于隧道施工中出現的溶洞體積不大，且無大量滲水，采用此方法。可注漿、壓注混凝土、吹沙填充等方式。此方法為XX 隧道主要處理溶洞的方法。2.6.5 越當溶洞較大時，可采用梁拱跨越。2.6.6 分部開挖，強支護施工中基本上采用三臺階七步開挖法，做到了分部

15、開挖與強支護。2.6.7 地質預報項目部請湖南中大設計院有限公司為我XX 隧道做地質預報的檢測工作，有效的預報前方掌子面的地質情況。并且是多種預報方式相結合，主要有：地質調查法、地震波、地質雷達、超前探孔。2.6.8 圍巖監控量測監控量測是隧道安全的眼睛，項目部成立了專門的監控量測小組，實際現場人員有 3 人，配齊相關測量設備如全站儀、收斂儀、地質羅盤等。監控量測的結果有效的指導了施工，同時也有效提供了巖溶地質條件下，處理溶洞等幫助很大。3 V級圍巖開挖方案制定鐵路軟弱圍巖大斷面隧道采取何種施工法是施工中必須優先考慮的因素之一，V級圍巖的開挖中最常用的兩種工法就是三臺階七步開挖工法和CRD開挖

16、工法,其中三臺階七步法在許多大斷面隧道中得到了成功應用, 較好地解決了弱軟圍巖隧道施工中的諸多技術難題, 如鄭西客運專線、離石隧道、明月山隧道、包家山隧道、金寨隧道等。CRD 法在廈門翔安海底隧道等工程得到成功應用。兩種方法因工序不同而各有優缺，如何根據隧道的工程特點及工程地質找出最佳的開挖方法，以求達到提高施工工效，這是隧道技術人員不斷研究的課題。課題小組在施工前結合其它隧道工程對三臺階七步開挖法和CRD 開挖方法進行了系統的研究，總結出兩種開挖方法優行缺點。3.1 三臺階七步開挖工法的優缺點所謂三臺階七步開挖工法就是將隧道斷面分為上中下3 個臺階 ,各臺階間保持一定距離進行開挖和支護,主要

17、是通過減小開挖斷面的方法達到控制變形和保證圍巖穩定的一種開挖方法。3.1.1 施工工序1）利用上循環架立鋼架施作超前支護;2）弱爆破分部開挖1 部 ,同時每循環進尺一次,掌子面噴5 cm 厚混凝土封閉;3）分部施作1 部周邊初期支護;4）滯后于1 部一段距離,弱爆破左右交錯開挖2、3 部,噴5cm 厚混凝土封閉掌子面,施作初期支護;5）滯后于3 部一段距離,弱爆破左右交錯開挖4、5 部,施作初期支護;6）分臺階開挖6 部 ;7）開挖7部，及時封閉初期支護，施作該段內作Vffl部仰拱及隧底填充（仰拱及隧底填充應分次施作） ;8）根據監控量測資料分析,待初期支護收斂后,利用襯砌模板臺車一次性灌注I

18、X部二次襯砌（拱墻襯砌一次施作）。三臺階七步開挖法示意圖3.1.2 優點1）充分利用核心土的支撐作用，掌子面穩定，易于控制大的坍塌；2）分臺階作業，工序簡潔，開挖、支護、拱架加工等不同工班間易于配合和形 成流水作業。3.1.3 不足之處1）每一臺階凈空不足，尤其上臺階，狹窄的空間對人工和機械操作干擾很大；2）對每一臺階的開挖，都會造成較大的沉降變形，不利用變形的控制；3）受每一臺階所必須的長度所限，仰拱距開挖面較遠（一般都在25 m以上）， 不能及時封閉成環。3.2 CRD工法的優缺所謂CRD工法就是將隧道斷面分部上下左右 4個部位進行開挖，并通過臨時 支護和臨時仰拱對每一分部及時閉合成環，以

19、此提高開挖面的自穩能力， 保證開挖過程的穩定和安全。3.2.1 施工工序1）利用上一循環架立鋼架施作隧道超前支護2）開挖1部土體；3）及時施作初期支護及臨時支護，打設鋼架鎖腳錨桿，安設橫撐；4） 1部施工至適當距離后，開挖2部，接長鋼架，施作初期支護及臨時支護；5）滯后適當距離如上步驟，開挖3、4部土體，施作初期支護及臨時支護，使之封閉成環；6） 4部施工至適當距離后，開挖5部，接長鋼架，施作初期支護及臨時支護7）滯后適當距離，開挖6部土體，施作初期支護，使之封閉成環8）分段拆除臨底部側壁臨時支護，拆除長度根據監控量測結果分析后確定次拆除長度不大于10 m,施作7部仰拱二次襯砌及隧底填充；9）

20、分段拆除剩余臨時支護；10）利用襯砌模板臺車一次性灌注Vffl部二次襯砌（拱墻襯砌一次施作）CRD開挖法示意圖3.2.2 優點1）利用臨時仰拱的支撐，及時封閉成環，能有效控制圍巖的變形；2）每一分部斷面較小，利于隧道結構的穩定，同時因其高度較大，又利于機械和 人工作業。3.2.3 不足之處1）臨時支撐多，工序繁雜，上道工序對下道工序的制約較多，不同分部間干擾較大，不利于現場施作和執行；2）臨時支撐耗費材料多，其拆除既費時又不利于隧道的穩定。3.3開挖方法的確定XX隧道V級圍巖段從 DKDK626+697DK626+840段，長143米，V級圍 巖開挖斷面146m2,設計采有CRD法開挖。經課題

21、小組對 XX隧道V級圍巖段的 工程物點、工程地質及水文地質的考證及與以往類似工程的對比，本隧道V級圍 巖段主要風險事件為局部溶洞的涌水突泥和洞內塌方。采用三臺階七步開挖法充分利用核心土的支撐作用,掌子面穩定,易于控制大的坍塌，工序簡潔,開挖、支護、拱架加工等不同工班間易于配合和形成流水作業。施工中把加強地質預報工作、 控制仰拱到掌子面的距離及邊墻開挖間距做為施工中的控制重點。4 超前地質預報方案的制定4.1 超前地質預報的作用由于巖溶隧道地質條件極其復雜，并受工期及目前勘察手段所限，原勘察單位為查清巖溶發育規律做了大量而細致的工作，但與隧道施工關系最密切的管道巖溶發育深度、具體位置、大小、充填

22、情況等卻難于查清，為了預防、減少災害性地質帶來的損失，隧道施工期間進行施工地質超前預測預報是十分必要的。隧道工程施工期間進行超前地質探測預報由來已久，國外如英、美、 法、 日、德等國均已將此列入隧道工程建設的重要內容。在設計各勘察階段，基本采用鉆探和大量的地球物理勘探相結合的方法，隧道施工期間，主要采取水平探孔法。在我國，隧道工程超前探測預報研究始于20 世紀 50 年代中期，在巖溶發育的灰巖地層中修建隧道工程，施工中應采用綜合超前探測預報的方法，堅持隧道洞內探測與洞外地質勘測相結合、地質方法與物探方法相結合、多種物探方法相結合、輔助導坑與主洞探測相結合，開展多層次、多手段的綜合超前地質預報。

23、對各種預報手段探測到的信息進行綜合對比分析，盡可能準確地及早判定隧道工程將經過的溶洞、暗河等不良地質，指導和修正工程設計，修正和確定施工方案與措施。4.2 超前地質預報原則為保證隧道施工安全、優化設計、實現信息化施工，項目部成立超前地質預報領導小組，項目部總工任組長，對全隧實施超前地質預測預報，并將其納入正常施工工序進行管理。通過超前地質預報，預測可能引發隧道地質災害的不良地質體位置、規模和性質，并根據地質預報成果，提出相應的技術措施與可行性建議，降低地質災害發生機率，確保隧道工程施工人員和設備的安全，進而降低工程成本。4.3 制定預報方案經過課題小組根據設計文件、招標文件的要求，并結合對XX

24、 隧道的工程特點、工程地質及水文條件的研究，決定本隧道采用地質調查法為主，并結合鉆孔及綜合物探手段進行綜合超前地質預報。結合本隧道工程特點以及工程地質，水文地質條件，超前地質預報工作主要預報以下內容：1) 不同巖性接觸帶的位置，接觸帶巖體破碎程度，地下水賦存情況；2) 巖體破碎程度，地下水賦存情況；3) 隧道受巖溶地下水影響程度及巖溶形態的類型，位置，大小等；4）隧道內圍巖級別變化趨勢。施工前首先進行長距離預報對學子面前方100米范圍內的不良地質性質、位置、寬度和影響隧道施工的長度進行宏觀預報，跟據長距離預報結果并結合地質調查法揭示的地質條件及部分炮眼加深2-3米的探測情況，為開挖指明工作面前

25、方概略的地質輪廓，揭示前方不良地質和圍巖級別的變化。對圍巖異常處，增設a5超前探孔、地質雷達、紅外探測等短距離預報方法，更準確地預報工作面前方15-30米范圍內可能出現的地層、巖性情況，預報學子面及其附近圍巖中實見的各種不良地質體向學子面前方延伸的情況，較準確的預報工作面前方15-30米范圍內可能的地下水涌出情況。施工中將超前地質預報工作納入正常施工工序進行管理，通過超前地質預報工作，核實和預測學子面前方的地質條件，及時調整 工程措施，確保施工及結構安全。以下是本隧道超前地質預報的主要技術手段及 其特點以供綜合采用時參考。4.4 采用的預報方法特點1、地質素描法利用地質理論和作圖法，將隧道所揭

26、露的石灰巖地層巖性、地質構造、結構面產狀、地下水出露 點位置及出水狀態、出水量、溶洞 發育情況等準確記錄下來并結合 己有勘測資料，進行隧道開挖面前 方地質條件的預報。該方法不占用施工時間、設備地質羅盤儀進行產狀測量簡單、不干擾施工、出結果快、預 報的效果好、費用低、而且為整個 隧道提供了完整的地質資料 ，但對 操作人員地質知識水平要求較高，般準確性難以保證。2、超前水平鉆孔用鉆探設備向學子面前方鉆探，直接揭示隧道掌子面前方幾十米地層的巖 性、巖體結構、構造、地下水、巖溶洞穴充填物及其性質、巖體完整程度等資料, 比較直觀，還可通過巖芯試驗獲得巖石強度等定量指標，適用于已經基本認定的 主要不良地質

27、區段。但在復雜地質條件下預報效果較差，很難預測到正洞掌子面前方的小斷層和貫穿性大節理，與隧道軸線平行的結構面以及鉆孔與鉆孔之間的地質情況也反映不出來。優點是可以直觀、準確地預報地質情況,也可以起到其它輔助施工的作用;缺點是費用比較昂貴,占用隧道施工時間長。3、加深炮孔加深炮孔是在掌子面鉆眼的時候，為了確定下一循環的圍巖情況而打的探測炮眼， 深度為當前循環進尺的2-3 倍長度， 與超前地質鉆孔相比,它具有設備簡單、操作方便、費用低等優點，可以探測出溶洞、泥槽等，也可以提前探測地下涌水，流沙等。對巖溶地區隧道施工安全非常重要。4、紅外探水紅外線探水法是利用地下水的活動會引起巖體紅外輻射場強的變化,

28、紅外探水儀通過接收巖體紅外輻射場強,根據圍巖紅外輻射場強的變化幅值來確定隧道掌子面前方或洞壁四周是否有隱伏的含水體。優點是儀器小巧輕便,操作簡單,可實現全空間全方位探測,能預測隧道外圍空間及掘進面前方30 m 范圍內是否存在隱伏水體或含水構造,資料分析簡潔、快速、直觀。缺點是只能探測出探測點前方30 m 范圍內有沒有水,至于水量大小、水體寬度及具體位置等則難以說清,也就是說目前紅外探測只限于定性階段。5、地震波反射法地震波反射法適用于極軟巖至極硬巖的任何地質情況。能預報掌子面前方100350 m范圍內的地質狀況，圍巖越硬越完整預報長度就越大。對隧道施工干擾小。它可在隧道施工間隙進行,即使專門安

29、排此項工作,也只需 30 min 左右。提交資料及時：在現場采集數據的第2 天即可提交正式成果報告。預報準確性:其預報地質體距離掌子面的位置是根據24 個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質體反射波到達接收器的時間來確定的,由于彈性波速度的差異而導致地質體預報位置與實際情況有所差異。預報精度:它所能反映出的地質體的寬度是根據采樣間隔和巖體彈性波速度來確定的，如采樣間隔取80 g彈性波速度為5000m/s,則能預報出的地質體的寬度為 0.4m。預報斷層、弱硬巖接觸面等面狀結 構反射信號較為明顯,而預報溶洞等點狀地質體則不盡如人意,因其預報原理和計算模型是以平面為計算依據，對寬度小于0.4

30、m的小型溶洞反映不明顯地震波反射法工作原理6、地質雷達地質雷達利用高頻電磁在不同 電性界面上的反射特性進行探測預 報。隧道內一般金屬構件比較多， 地質預報要求儀器應有一定的預報 長度，因而用于超前地質預報的地 質雷達天線應使用低頻屏蔽開線。 在地表探測530m范圍內的地下 地層或地質異常體（溶洞、斷裂、空 隙等）反射信號比較明顯；灰巖地區 隧道鋪底前采用中低頻率的天線 可作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手 段。采用高頻率的天線進行隧道混凝土襯砌質量無損檢測比較理想。儀器密封性 差，易造成儀器損壞，操作起來費時費力，探測距離短，效果不好。隧道內的環境條件 與地質雷達的理論基礎半無限空間不吻合，加之洞內

31、鋼拱架、鋼筋網、錨桿、地質雷達工作原理鋼軌等金屬構件的影響，探測結果一般不太理想。5巖溶處治技術5.1出口段 DK627+020 DK627+080巖溶段施工隧道掘進口明洞部位開挖后，地質呈石林狀如圖:石峰之間夾著塑狀粉質粘土， 造成地基軟硬不均。為防止基底沉 陷及地基不均勻下沉，需對粘土部 分進行加固處理。隧道出口段地表基巖零星出露， 地表灰巖溶槽、溶隙發育呈峰叢、 峰林狀，經鉆探隧道 DK627+015-D K627+055段為一豎井狀溶洞塌陷， 內填充物均為硬塑狀粉質粘土，下 伏基巖為石灰巖與硅質巖互層，弱 風化V級次硬巖，巖體破碎，自穩 能力差。明洞開挖完成后，采用地質雷 對隧底進行預

32、測，根據現場工程地 質情況，本次地質超前預報采用地 質雷達法，對以開挖完明洞隧底進 行預測預報。根據雷達波記錄結合現場地質 情況分析溶洞最深處在基底裂隙極 為發育，巖體破碎，自穩能力差， 未見其他不良地質。5.1.1超前地質預報結果出口豎井狀溶澗施工圖建議：基底承載力不足，建議 加強基底處理，確保工程質量5.1.2 處治方案根據地質預報揭示的地質情況，DK627+020DK627+052明洞段兩側開挖采用基底外1米放坡開挖。DK627+030DK627+050段溶洞發育至隧底 20米下 以的范圍內，基底采有小60旋噴樁進行地基加固，樁間距 1米，交錯布置，旋噴 樁加固至基巖面以下 1m,注漿材

33、料采用普通硅酸鹽水泥外加2%-3%氯化鈣做為速凝劑，水灰比采用 1:11.1:1 ; DK627+016DK627+030段溶洞發育在隧道仰 拱范圍內，采用同級混凝土進行基底換填和回填。在塌陷體范圍隧道兩側采用50公分的粘土隔水層，順地表排水。1、施工主要設備有：高壓旋噴鉆機、拌漿桶、壓漿泵、發電機等。2、施工過程高壓旋噴樁是利用鉆機把 帶有特殊噴嘴的注漿管鉆進至 土層的預定位置后，用高壓脈 沖泵，將水泥漿液通過鉆桿下 端的噴射裝置，向四周以高速 水平噴入土體，借助液體的沖 擊力切削土層，使噴流射程內 土體遭到破壞，與此同時鉆桿 一面以一定的速度旋轉，一面 低速徐徐提升，使土體與水泥漿充分攪拌

34、混合，膠結硬化后即在地基中形成直徑 比較均勻具有一定強度的圓柱體（稱為旋噴樁）。施工時首先用鉆機引孔，再用旋噴機噴射，即先把漿液管下到預定加固范圍 最深點，然后自下而上進行高壓噴射注漿切割土體，將開孔和灌注樁體同時進行,一次成樁，其工作步驟為：1）鉆機就位：鉆機需平置于牢固堅實的地方，鉆桿對準孔位中心，水平位 置偏差不超過 5cm,豎直度控制在 1%樁長內。2）鉆孔下管：鉆孔的目的是將注漿管順利置入預定位置，在下管過程中， 需防止管外泥砂堵塞噴嘴，確保下管順利，下管過程中同時輸送壓縮氣流，直至 注漿噴頭下到預定位置（預定加固范圍最深點）。3）制漿：本項目旋噴樁噴射注漿材料采用42.5級普通硅酸

35、鹽水泥，水灰比按設計要求嚴格控制為 1: 1。4）試管：當注漿管置入土層預定深度后應用清水試壓，若注漿設備和高壓管路安全正常，則可攪拌制作水泥漿開始高壓注漿作業。5）高壓注漿作業：高壓射漿自下而上連續進行，注意檢查漿液初凝時間、注漿流量、壓力、旋轉和提升速度等參數，應符合操作規程要求。開動高壓注漿泵，開始注漿，當注漿壓力和電機轉速穩定并達到試樁設計參數后，再按試樁設計提升速度開始提升鉆桿，邊旋轉邊噴漿邊提升。6）噴漿結束與拔管：噴漿由下而上至設計高度后，停止噴漿，拔出噴漿管，噴漿即告結束，把漿液填入注漿孔中，多余的清除掉，但需防止漿液凝固時產生收縮的影響，拔管要及時，不可久留孔中，否則漿液凝固

36、后將難以拔出。7）注漿設備清洗：當噴漿結束后，立即清洗高壓泵、輸漿管路、注漿管及噴頭。3、施工注意事項1）鉆機就位后，應進行水平校正，鉆桿應與鉆孔方向一致。旋噴注漿管埋設深度必須符合設計深度要求，注漿孔均勻布置，間距適中，保證孔間注漿寬度，成孔時，保證孔的垂直度。2）合理安排施工順序，采用逐排逐根施工順序施工。3）施工過程中采取措施防止高壓泥漿從送風管中倒流進入儲氣罐。4）按設計配合比配置漿液原材料，配合比要根據現場實際情況進行試配，控制好漿液的凝結時間，水泥不受潮、不結塊、各項指標符合國家規定。5）在注漿前10min 必須攪拌好漿液，漿液要充分攪拌并連續進行，使漿液均勻、供料不斷，漿液攪拌時

37、間不得少于5min,漿液儲存時間不能過長，從制備到用完不宜超過30min。6）嚴格控制好注漿壓力和注漿量，保證注漿達到規定位置。7）漿液在配制過程，一是要控制好計量精度，二是要將漿液攪拌均勻。8）噴射注漿時要保證均勻，連續不間斷進行。9）噴射注漿時做好原始記錄，并派專人進行質量跟蹤檢查。3、質量檢驗方法1）水泥攪拌樁的質量控制應貫穿施工的全過程，施工過程中必須隨時檢查施工記錄和計量記錄。檢查重點是：水泥和外加劑的品種、規格及質量；漿液的拌制符合要求；布樁形式及樁長符合設計規定。2）施工完成后，應對高壓旋噴樁的完整性、均勻性、無側限抗壓強度進行檢測。3)載荷試驗在成樁 28天后進行，設計要求復合

38、地基承載力不小于200KPa4)取芯試驗宜在成樁 28天后進行，宜采用雙管單動鉆機，在樁徑方向1/4處鉆孔，根據鉆芯情況對樁的完整性和均勻性進行判定。在鉆芯的上、中、下部 各取至少一段進行無側限抗壓強度試驗，鉆孔在取芯后用水泥砂漿回填灌注。無 側限抗壓強度平均值不低于3.0Mpa。5)淺層開挖可配合載荷試驗與取芯試驗進行，可直觀判定樁身完整性和均 勻性。5.1.3效果分析基底處理后地基承載力達到設計要求。附檢測報告單樁復合地基靜載荷試驗結果檢測點數3加載方式砂土堆載檢測方 法慢速維持荷載法地基類型高壓旋噴樁復合地基置換率0.2826壓板尺 寸1.0X 1.0m2序 號檢測 點號取大 試驗荷 載

39、(kPa)對應 沉降 (mm)殘余 沉降 (mm)極限 承載力(kPa)對應 沉降 (mm)承載力 特征值(kPa)對應 沉降 (mm)是否 滿足 設計 要求11-3#30013.4610.7030013.461502.55是22-19#30012.3310.0930012.331502.37是33-8#30013.8611.0830013.861502.92是統計結果fspk極差0kPa , fspk均值：150kPa,本場地所測點位復合地基承載力特征值fspk=150kPa綜合評價本場地所測3組單樁復合地基承載力特征值滿足設計要求。鉆芯法試驗結果序 號樁號施工樁 長(m)鉆芯樁 長 (m)

40、持力層樁身完整性描述樁身完 整，性類 別15-1614.5014.60硅質頁巖整體噴攪均勻，無斷漿現象，能取出完 整柱狀芯樣，芯樣取芯率80%I28-816.1016.30硅質頁巖局部噴漿基本均勻，無斷漿現象，芯樣 局部不完整，芯樣取芯單65%n39-1216.2016.30硅質頁巖整體噴攪均勻，無斷漿現象，能取出完 整柱狀芯樣，芯樣取芯率80%I備注本次檢測在成樁28天以后5.2 DK626+840 DK626+830 巖溶段XX隧道DK626+840K626+697段屬V級圍巖。根據XX隧道超前地質預報實施細則，施工至 DK626+842時，地質預報工作小組首先對學子面前方50米范圍內進行

41、多地質預報工作。5.2.1 超前地質預報工作根據現場調查 DK626+642處學子面巖性主要為弱風化灰巖，巖體穩定性、完整性較差。根據現場工程地質情況，本次地質超前預報采用地震波反射法開展 工作。5.2.1.1 地震波反射法從地震波記錄上分析，縱波初至波 在510.3ms問，計算得到學子面附近 巖體縱波速度為 3483m/s。按碳酸巖類 圍巖等級劃分為IV級。在 DK626+840 DK626+795 范圍 內可能存在不良地質體，推測為半充填 型溶洞或破碎帶，結合地質調查綜合判 斷，上述區域范圍內巖溶水較為發育，主要以垂直徑流為主。地震波顯示在采集 65ms時窗范圍內地震波記錄波形相位錯亂，推

42、測學子面前方50m范圍內巖體破碎，節理裂隙發育。建議：1）待學子面開挖至里程DK626+840和DK626+801時采用地質雷達掃描，以進步探明學子面前方工程地質和水文地質條件：2）開挖至上述里程段，建議加密超前探孔和加強超前支護5.2.1.2 超前水平鉆孔根據地震波反射法的預報結果，DK626+840DK626+795段可能存在不良地質 體，為了驗證地震波反射的預報結果，更 直觀準確地了解前方圍巖情況，地質預報 小組在學子面施工至 DK626+840時施作 超前水平鉆探，進一步探測前方圍巖情況。施工中為了加快鉆進速度，減少超前鉆探占用開挖工作面的時間，探測時采用回轉取芯鉆和沖擊鉆相結合的方式

43、。一般地段采用沖擊鉆，特殊地段采用回轉取芯鉆。超前鉆探的主要目的是探明開挖工作面前方有無不良地質和特殊巖土 及其發育情況，有無斷層破碎帶及其發育規模，地下水發育情況，有無發生突泥、突水的可能。如采用沖擊鉆，揭露地下水時，水會從鉆孔中流出；遇到溶洞，鉆 進速度會明顯發生變化，因而采用沖擊鉆基本能達到探水、探溶洞的目的，沖擊 鉆速度快，為隧道大量采用鉆孔探測提供了時間保障和可能性采；回轉取芯鉆速 度慢，占用施工時間太多，在需要取芯鑒定時采用進行取芯鉆探。本次超前地質鉆探在學子面共施作三個超前孔。XX隧道超前地質鉆探記錄表孔號位置孔 口高 程外 插 角炮 孔 長 度終 口 位 置終 口 標 高鉆進物

44、征及地質情況描述1#030炮孔位置：DK626 + 840中心；鉆進過程有卡鉆現象，局部鉆桿震動強烈；巖粉成灰色，鉆進至15米處有塌孔現象，鉆孔沖洗液變濁，可能有溶洞發育，填充有粉質粘土；有大量滲水，鉆進速度均勻5m/小時；2#030炮孔位置：DK626 + 840左3m;鉆進過程有卡鉆現象，局部鉆桿震動強烈；鉆進至14米處，地質有變化，有溶洞發育，填充有粉質粘土，長約6米，巖粉成灰色，局部夾有黃色；有大量滲水，鉆進速度均勻5m/小時；3#030炮孔位置：DK626 + 840右3m鉆進過程有卡鉆現象，局部鉆桿震動強烈；巖粉成灰色，局部夾有黃色；鉆進至 5米處，鉆孔沖洗液變濁，有溶洞發育，填充

45、后粉質粘土，長約 5米，有少量滲水；施工單位：中交一公局柳南口標終孔日期：2010.8.1掌子面里程：DK626+840 開鉆日期：2010.7.31e75超前水平鉆孔布置圖司鉆：XX 記錄員：XX地質工程師：XX 場監理工程師：XX5.2.1.3地質雷達預報2010年8月5日地質預報小組采用地質雷達法對學子面前方20米范圍內進行地質預報檢測，（DK626+834DK626+814）預報結里為：在 DK626+834 DK626+814 區段地層巖性主要為石炭系下統大塘組燧石灰 巖與硅質巖互層，弱強風化，巖體節理 發育，圍巖自穩性差，拱部易掉塊。預報里程段內設計圍巖級別為V級。測試學子面里程為

46、 DK626+834 , 測試范圍為 DK626+834 DK626+814 附圖為利用地質雷達在學子面處測試得到的堆積波圖。對采集雷達圖譜分析認 為：1）學子面前方 04m （對應里程 DK626+834DK626+830 ）范圍內反射信 號強烈，同相軸連續性差，推斷該區域內巖體極破碎，節理裂隙極發育，有發育 充填型溶洞或破碎帶的可能性。2）學子面前方 47m （對應里程 DK626+830DK626+827 ）范圍內，反射 信號較為微弱，推測該區域范圍內巖質變化不明顯，未見明顯的孤立異常和大 規模的不良地質體。3）學子面前方 716m （對應里程 DK626+827DK626+818 ）范

47、圍內呈現明 顯弧形同相軸且反射波振幅強烈，推測該區域沿線路方向的中部區域內發育半充填或全充填溶洞，內充填物主要為粉質黏土，沿線路方向發育長達6m左右；該區域沿線路的左側呈現兩組明顯的反射波組，推測此區域內發育溶洞規模較大， 半充填，沿線路方向發育長達8m左右。該里程段水文地質條件和工程地質條件極差，施工中應以引起高度關注。4）學子面前方 1620m （對應里程 DK626+818DK626+814 ）范圍內未出 現較為明顯的異常特征圖像，推測該范圍內巖體較為破碎，節理裂隙較為發育未 出現較為明顯的孤立異常和不良地質體。目前隧道學子面前方巖體較破碎，特做如下施工建議：1） DK626+834 D

48、K626+830、DK626+827 DK626+818 段，施工時應引以 特別關注，建議加密超前探孔和加強超前支護，開挖后及時進行初期支護，預防 掉渣、掉塊、突水、突泥，甚至局部坍塌的發生；附圖DISTANC E fMETER 01234567DHHH Iml，、:iw>i*?>>J>A?>At>A.I.>>»5>?1* !)v>tIf SuTiJV5AAib-，e 興隆隧道出口段DK626+834學子面處探地雷達成果圖2）提高施工技術，嚴格控制超欠挖，確保施工質量；3）加強頂部及左側的支護，防止頂部掉塊及左側塌滑，危及施

49、工人員安全5.2.3 施工方案根據超前地質報結果揭示，此處溶洞為充填型溶洞，填充物為粉質粘土，有 小量滲水，相對獨立，不存在補給源，施工時采取先揭示、后處治的原則，加強 超前支護、縮短開挖進尺、及時初期支護的處治原則。1）開挖進尺控制在每循環一根；2）施工時循環施作 5個加深炮孔；3）施工過程中加強監控量測，當隧道變形較大時，設置臨時仰拱。5.2.4 DK626+834 溶洞施工2010年8月3日19點， 上臺階學子面掘進至 DK626+ 834時，左右側拱腰處發生溶 洞充填物涌泥現象， 涌出物物 質成分為軟塑狀、流塑狀粉質 粘土含角礫，涌出學子面約43m長，方量約 500m3。2m的溶洞，洞

50、高現場揭示，隧道右側拱腰 處發育一直徑約 56m的溶 洞,洞高約30m,呈不規則狀向 隧道掌子面內及大里程方向 延伸，溶洞充填物已基本排空；隧道左側拱腰處發育一直徑約 約10m,大致沿線路小里程方向及拱頂延伸，涌出部分溶洞充填物該溶洞位于左側拱腰處，屬于貧水充填淤 泥型溶洞，掌子面基巖穩定， 溶腔內填充物己 基本排空，根據其特點施工中采取以下處治措 施：1）在確保安全情況下，對涌出的填充物進行清理。2）對溶洞區范圍內施作小75超前導管，導 管外設小5的單向閥溢漿孔，管棚布設間距30cm,外插角150,長度以鉆入基巖1.5米為原則。 施作完畢后注入普通水泥單漿，注漿終壓1.5 2.0MPa。3）

51、DK626+835 DK626+815 段全環 120b 鋼拱架間距由60cm調整為50cm,拱腰及拱腳 剛架接頭處鎖腳錨管每處調整為 4根，采用雙 層小10鋼筋網，網格間距 10cm x 10cm。4）在初期支護施作過程中預埋混凝土泵用詼用rm jdE管，泵管預埋高度 7m,初支施作完成后進行泵送C30混凝土及吹沙回填。泵送混凝土護拱厚度不小于1m,吹砂回填厚度不小于4m。溶洞位置兩側邊墻腳各增設2根（H00PVC盲管，直接引入洞內側溝，小50環向盲管予以加密，防止襯砌背后積水。5.2.5效果分析采用超前水平鉆探與地質雷達相結合的方法準確地預報出溶洞的位置、類型和規模。根據該溶洞的特點，采取

52、先開挖揭示后處治的方法是比較成功的，在保證安全的前提下，節約了時間。5.3 DK626+828 DK626+818 溶洞施工根據地質雷達預報 DK626+827DK626+818段可能有溶洞發育，施工至 DK626+828時，施作的超前炮孔 揭示在隧道右側拱腰處發育一 貧水充填型溶洞，直徑6.5米，充 填物為軟塑狀粉質粘土含角礫， 儲量無法估計，掌子面和左側圍 巖穩定，為確保安全施工，不留 后患，對該溶洞采取注漿加固進 行處治。1）先采用噴射混凝土封閉學子面，在確保安全的情況下先左側進行錨網噴 防護，初噴后施作左側鋼架支撐，右側采用臨時豎撐，對掌子面及溶洞區噴錨全 部封閉。2）巖溶管道范圍內施

53、作小108大管棚，長度以進入基巖2m為原則，環向布設間距40cm,外插角5°03）超前預注漿。管棚施作完 畢后注入普通水泥水玻璃雙液 漿，水泥漿水灰比為 1:11.25:1水 泥、水玻璃體積比為1:0.31:0.6,注漿終壓1.52.0MPa。4）采取臺階法對溶洞區進行 開挖，施工中加強圍巖監控量測， 根據監控量測結果指導施工，確定 是否施作臨時仰拱及施作時間。XX隧道加深炮孔記錄表孔號位置孔 口高 程外 插 角炮孔 長度終 口 位 置終 口 標 高鉆進物征及地質情況描述1#06巖粉成灰色，鉆速均勻；無明顯變化2#06巖粉成灰色，無明顯變化，有卡鉆現象；3#06巖粉成灰色，鉆速均勻；

54、無明顯變化4#081-3米內巖粉成灰色，鉆速均勻；4-5.5米，有卡鉆現象，巖粉為黃灰色混合物，有少量水滲出；5.5-8米，鉆速均勻。5#081米內巖粉成灰色，鉆速均勻；1-6. 5米，鉆孔沖洗液變濁，鉆渣全部為粘土，含水量大,呈軟塑狀，有少量水滲出；6. 5-8 米，鉆速均勻。_-12/ 1#發/1，即1-玩I-4卜瑞%T 1 ' 加深炮孔布置圖施工單位：中交一公局柳南口標掌子面里程：DK626+828 開鉆日期：2010.8.11終孔日期：2010.8.11司鉆：XX 記錄員：XX 地質工程師：XX 場監理工程師：XX5）開挖完成后，采取徑向補強注漿，進一止步固結溶腔內充填物，徑向注 徑加固范圍為開挖輪廓線外5m,注普通水泥單液漿，水灰比為0.6:10.8:1,注漿終壓23MPa。5.3.1. 效果分析對圍巖臨控量測結果分析顯示溶洞注漿加固區只在開挖時有少量沉隆，初期支護完成后，基本穩定