摘要：随着我国铁路覆盖范围的不断扩大，一些工程项目受客观条件限制往往需要在溶洞等复杂地质环境下进行施工建设，这对铁路隧道施工技术提出了很高的要求。因此，施工单位需要根据铁路隧道施工规范以及施工现场的实际情况，采取科学的超前地质预报技术，充分了解溶洞的形态以及结构特点，并以探测结果为基础来选择相应的溶洞处理技术。
关键词：铁路工程；隧道溶洞；处理技术；实施要点
溶洞等复杂岩溶地质形态给铁路隧道工程的施工建设带来了较大的难度，一旦处理不当极易发生突泥突水等严重的安全事故。因此，在溶洞发育地区开展隧道工程的施工前，施工单位应积极采用先进的预报探测技术，准确了解溶洞的实际大小、边界范围、地下水水位以及充填物状态等信息，这样才能根据溶洞的结构特点来采取针对性的处理技术，对溶洞进行充填加固等处理。同时，在处理施工过程中，施工单位还要严格控制各工序环节的技术要点，以保证隧道施工的安全，为铁路工程顺利实施奠定良好的基础，从而实现促进铁路工程沿线地区经济发展的目的。
一、隧道溶洞地质探测超前预报技术分析
（一）应用TST技术超前预报。应用地震波探测技术能够对隧道工程掌子面开挖前方约150m以内的地质情况进行超前预报，以准确掌握前方是否有溶洞存在，且可以对溶洞的大小、位置以及形态特点进行准确的预报[1]。
（二）应用GPR技术超前预报。利用地质雷达能够根据雷达脉冲波在不同介质中的反射以及折射图像来分析掌子面前方的地质情况，并判断溶洞的大小、边界等，是在隧道溶洞处理中常用的探测技术之一。
二、隧道溶洞处理技术分析
（一）富水溶洞的处理技术要点。1.溶洞排水钻孔要点。在对富水型溶洞进行处理时，如果充填物中仅有极少量黏土存在，且主要水源为地表下渗雨水、储水量较低时，应采用地表排水以及截水技术，并结合洞内钻孔技术来进行排水处理[2]。施工时应将溶洞与开挖面之间的距离控制在5m以上，且应结合积水量以及排水孔水压等因素来确定开挖技术方案[3]。如果采用反坡开挖技术处理时，应根据水量以及排水孔能力来选择抽水机的型号功率以及台数，同时应设置集水坑。2.溶洞降压释能要点。当富水型溶洞的充填容内的压力较高时，则应选择精确爆破技术来进行释能降压。当隧道为单线隧道时，由于溶腔水将从已完成开挖的隧道流出，因此只能在顺坡隧道中采用该处理技术。如果隧道工程有平导隧道存在或者为双线时，则可以利用平导以及其中一侧隧道作为排水通道，并要将洞室的隔离封闭。在爆破施工时应首先对溶洞内进行清理，撤离施工人员和相关的设备物资，同时要避免施工水电线路受到填充物涌出的影响。爆破时应准确控制用药量，以确保爆破能够一次成功。3.溶洞降压分水要点。如果富水型溶洞内存在大量的充填水时且受客观条件限制无法采用爆破释能技术时，也可以采取开挖泄水洞的方式来引流溶洞内的技术。泄水洞应设置在隧道工程外侧，并要设置好排水设施，以确保泄水顺利，减少对工程周边建筑以及环境的影响。这种处理技术由于需要开挖泄水的专用通道，所需要的施工周期相对较长且增加了施工成本，因此应根据工程投资情况以及工期要求来进行技术选择应用。4.溶洞堵水注浆要点。如果富水型溶洞充填物主要是软塑性以及流塑性物质时，施工单位可以利用水泥砂浆来进行注浆堵水处理[4]。在采用全断面帷幕注浆技术施工时，施工单位应按照自四周向中间逐步推进的顺序进行注浆施工。在施工实践中，施工单位也可以结合溶洞的实际长度来采取分段注浆等施工方式，分段长度应控制在10m以上，且搭接长度应达到5m以上。同时，施工单位在注浆处理完成后还应通过现场试验来检测出水量等指标参数，一般在完成注浆后检查孔的出水量应控制在2L/m左右，同时还应利用孔内成像等技术检查孔稳定性，并结合注浆量以及取芯分析结果等因素来综合判断注浆效果是否达到了设计要求。5.溶洞结构加固要点在隧道富水型溶洞处理时还应在溶洞内设置纵向以及环向排水管道，以保证洞内积水能够顺利排出。同时，施工单位应按照施工要求将二衬厚度加大，并加密二衬钢筋，以增强隧道衬砌结构的承载性能，保证施工的安全。
（二）拱部溶洞的处理技术要点。1.小型拱部溶洞的处理技术要点。在对隧道拱部的小型溶洞进行处理时，施工单位应采取超前支护技术来增强支护结构的稳定性。当拱部溶洞比较小，且仅有少量充填物存在时，施工单位应首先对溶洞围岩结构特点、边界以及充填物含量进行探测，然后可以采取直接揭示方式来促使充填物释放，以降低施工成本，提高施工的效率。施工单位在对溶洞进行揭示时严禁一次性揭示全部开挖面，防止充填物涌出，威胁施工安全。同时，在揭示施工前还应将储浆池设置于仰拱前，给充填物流出储存提供空间，之后再利用罐车以及自卸车等向洞外进行运输[5]，当释出充填物后应及时开展初支作业。施工单位在施工时可以根据溶洞围岩结构的稳定性来确定施工方式，可以利用超前小导管、锚杆以及钢架等进行混凝土的喷射施工，以尽快形成闭环支护结构。2.大型拱部溶洞的处理技术要点。在对隧道拱顶部分的大型溶洞进行处理时，施工单位一般应采取小导管结合大棚管超前支护技术。在设置超前大棚管时，如果采用的是分段设置方式时，应将分段长度控制在20m到30m之间，且搭接长度应控制在5m，大棚管的规格应根据溶洞内填充物的实际稳定性来选择。同时，施工单位在施工时还可以将4.5m长的大外插角小管道设置在两相邻大棚管间，以形成双层超前支护结构，在注浆加固施工时，应首先进行纯水泥浆的灌注，并通过控制注浆压力来促使水泥浆向较大范围扩散。然后，在注浆压力增加到0.8MPa时，施工单位再将适量水玻璃掺入，以形成双浆液，以提高浆液的凝结速度，实现对溶洞内充填物的固结处理。在采取帷幕注浆技术施工时，施工单位应将注浆管的分段长度控制在10m以上，且注浆管之间的横纵间距均应保持在1m。
（三）充填型边墙溶洞的处理技术要点。在对隧道边墙处的溶洞进行处理时，施工单位可以根据充填物的实际情况采用设置超前小导管结合注浆加固等技术方法。在开挖施工前，施工单位应将超前小导管设置在相邻钢架间，且角度应控制在45°以内。小导管在隧道轴线方向上的投影长度应控制在2榀钢架长度以上，根据溶洞填充物不同的稳定性，应将小导管间距控制在10cm到40cm之间[6]。在注浆施工时，施工各单位可以将适量水玻璃等加入水泥浆内，以提高加固效果。如果在初支拱脚处存在溶洞边界时，应选择较为坚硬的岩层来设置钢架拱脚，并对台阶高度进行调整，以确保初支结构的稳定性。
（四）底部溶洞的处理技术要点在对隧道底部溶洞进行处理时，施工单位可以采取换填以及回填处理方式，而当溶洞较深难以有效充填时，则应采取设置桩基以及梁板跨越等技术方式来保证隧道施工的顺利进行。
三、青狮沟隧道溶洞处理实施要点解析
青狮沟隧道工程全长322m，为双线铁路隧道工程，隧区属河谷岸坡溶蚀地貌，全隧洞身主要通过碳酸盐岩地层，岩溶较发育。该隧道在施工过程中发现位于岩溶发育区，地质情况复杂且有大量溶洞存在，因此施工单位综合采用了多种地质超前预报技术进行探测，并根据探测结果确定了溶洞处理的技术方法。
（一）超前地质预报技术的综合应用。施工单位通过应用地震波超前地质预报技术，发现该隧道围岩存在较为发育裂隙，导致岩体较为破碎，且其结构的稳定性以及整体性均比较低，同时还可能有夹泥裂隙以及软弱夹泥层存在，因此确定围岩应为V级。同时，施工单位还在该施工现场利用地质雷达对掌子面进行了探测分析，发现在掌子面施工范围内有泥质充填溶洞存在，且溶蚀裂隙的发育程度较高。此外，施工单位还结合了超前水平钻技术来进行地质预报，确认在掌子面开挖前方有溶洞充填物存在，且在角砾中有黏土夹杂。为了进一步验证确认溶洞形态以及结构特点，施工单位在施工现场还进行了掌子面开挖验证试验。通过开挖揭示，施工单位发现确有充填溶洞存在，且溶洞埋深在20m左右，角砾以及黏土是主要的充填物，其中60%为角砾，且充填物的含水量比较高，造成其自稳性比较低。在溶洞充填物在掌子面开挖过程中有溜出现象，同时受开挖施工等因素的影响，在掌子面前15m左右的范围内有横纵裂缝产生。
（二）青狮沟隧道溶洞处理实施技术要点。根据对该隧道工程开挖掌子面以及地质超前预报结果的综合分析，施工单位确定了溶洞的处理技术以及实施工艺参数。对于溶洞地表裂缝，施工单位采用水泥砂浆封堵处理技术，砂浆的封堵厚度应达到15cm，而宽度则应控制在1m，水泥砂浆型号应选择M7.5。同时，施工单位应采用大管棚支护技术对该溶洞进行超前支护，每环应采用38根直径为89mm、长度为25m的管棚，且环向之间的距离应控制在0.4m。在超前支护施工时，施工单位应先进行导向墙的浇注施工，浇注时应选择强度等级为C20的混凝土，浇注长度应控制在1m，且厚度应控制在0.8m。此外，施工单位应选择规格为Ф75mm的钢管4根分别设置上中台阶的钢架接头位置，锁脚钢管的刚度应控制在6m。在完成钢管的设置后，施工单位应将水泥砂浆注入，而在开挖时应采用大拱脚台阶方式来进行施工。如果钢架落脚位置的地基结构难以满足承造要求时，则需要采用混凝土换填处理技术来进行施工。在隧道仰拱施工时，施工单位应先对隧道底部以及周围进行探测，以确认是否有隐伏岩溶结构存在，同时还应在施工现场检测黏土的承载能力，并应将探测结果及时向各相关部门通报，以便根据溶洞的实际发育情况对处理技术方案进行相应的调整。
四、结束语
当铁路隧道工程在施工过程中遇到溶洞时，由于溶洞发育形态比较复杂，会对隧道结构的稳定性和安全性造成较大的影响，因此，施工单位应通过各种先进超前预报技术的综合应用来准确了解溶洞的大小以及结构形态特点，并结合溶洞的实际情况采取相应的处理技术。在溶洞的处理施工时，施工单位应严格按照铁路隧道工程的施工要求和技术规范对各施工环节的技术要点加强控制，以保证处理施工的质量。
作者:梅道军 单位:中铁十五局集团第三工程有限公司
