[摘要]结合某轨道交通工程岩溶隧道施工中突泥、突水的工程实际，进行施工处理技术研究，首先及时提出岩溶临时处理方案并有效实施; 然后针对岩溶隧道发生突水、突泥其治理过程一般十分复杂、漫长的特点，研究制订综合处理方案，提出并分析了 3 种处理方案，即封堵方案、引排方案、封排结合方案，通过技术、风险、投资估算和效果分析，确定封排结合方案最优，并制订了合理可行的封排结合方案和具体措施，顺利完成了施工，既降低了施工成本又缩短了施工工期。
[关键词]隧道工程; 岩溶地区; 暗挖; 突水; 突泥; 施工技术
1 工程概况
某隧道全长 2. 4km，为左、右线分离式隧道，呈南北布置，北端出地面与区间路基相接，隧道下穿鹿冲关 森 林 公 园 后，南端接暗挖蛮坡车站，蛮 坡站—安云路站区间全长 1. 8km。隧道为单面下坡，埋深 9 ～ 45. 8m。穿越泥岩、砂岩、白云岩及灰岩地层，前半段隧道为Ⅳ，V 级围岩，后半段隧道为Ⅲ，Ⅳ级围岩，地下水主要为岩溶裂隙水，施工图设计阶段隧道涌水量预计为 3. 3 ～ 10L /min，洞长 10m，隧道采用全包防水模式。雅关隧道平面如图 1 所示。
2 施工中发生溶洞涌水、突泥
隧道从蛮坡站竖井进洞施工，溶洞未揭穿前，地下水从地表龙滩口( 上升泉) 溢出经麻冲大沟排泄，龙滩口与隧道底高差约 35m。 2014 年 8 月 18 日，左隧施工至 ZDK19+200( 右线施工至 YDK19+233) 里程时，左隧揭穿溶洞出现涌水、突泥。同时，龙滩口上升泉断流。右洞于 2014 年 10 月 29 日揭穿溶洞，从右隧底下溶洞通道出水。结合施工揭露溶洞情况、专项勘察成果，确定 ZDK19+200—YDK19+209 存在一横穿左、右线隧道的岩溶通道，左洞出露溶洞位于隧道右侧拱腰附近，发育方向为向隧道顶板左上方及向右隧方向; YDK19+209 出露岩溶溶腔包络整个隧道，发育方向为右隧右上侧至龙滩口出露及向左隧方向。雅关隧道蛮坡站端溶洞平面如图 2 所示。
根据地质勘察资料及开挖揭示，该岩溶有以下几个特点: ①溶洞水主要来源于地下岩溶管道水、大气降雨下渗补给地层岩体的岩溶裂隙水及居民生活污水，地下水量较稳定。②原地下水经岩溶管道由下至上从地表龙滩口排出，且附近未见有其他排水通道; 隧道洞内遇溶洞前后围岩较完整，未见有其他水体出露。③根据龙滩口与隧底高差，若维持岩溶水从地表排出，隧道承受的水头高度约 35m。
3 岩溶临时处理
1) 第 1 次 2014 年 8 月 18 日，雅关隧道左隧 ZDK19+200 发生涌水、涌泥后，参建各方第 1 次现场讨论，决定采取先从竖井抽排水再清理涌泥措施。 2) 第 2 次 为保障工期，经多次现场会议讨论后形成第 2 次临时处理方案: ①对该岩溶进行专项勘察; ②左隧采用大管棚跨越溶洞，继续向前施工，同时开挖断面外扩，按岩溶处理多预留 50cm 空间考虑; ③溶洞及地下水的处理方案待通过施工开挖揭示的地质情况，结合岩溶专项勘察成果，查清岩溶发育规模、管道水流向与流量、管道路径及与隧道的关系，再研究综合治理措施; ④由于当时判断 ZDK19+200 向右隧发育，要求右隧施工时从当时掌子面( YDK19+233) 开始，开挖断面外扩，按岩溶处理多预留 50cm 空间考虑。 3) 第 3 次 2014 年 10 月 29 日，右隧开挖揭露溶洞规模及形态，2014 年 11 月 5 日，针对揭露的岩溶及地下水处理，业主组织各方现场开会讨论形成方案: ①施作护拱保证安全，继续向前施工; ②基于地质勘察判断前方可能有更大溶洞，暂定开挖断面外扩 50cm，保证二衬厚度 90cm，外侧预留管道预埋空间做水路连通; ③地质勘察单位逐步完善岩溶相关资料; ④待隧道施工穿越岩溶异常带后，结合施工揭露溶洞情况及岩溶专项勘察成果资料，综合研究处治方案。从发生涌水、涌泥后，根据左、右隧溶洞位置至当前掌子面开挖揭示的岩溶及岩溶水发育情况，结合地质勘察资料，综合分析判断，左、右隧开挖揭露的岩溶管道及岩溶水具有水力联系，且从左到右横穿隧道后以上升泉形式从龙滩口排泄，而沿隧道纵向，隧道开挖未再揭露溶洞及岩溶水。
4 岩溶综合处治方案比选
岩溶隧道发生突水、突泥后，其治理过程一般十分复杂、漫长，并且可能会有一个反复的过程。根据该溶洞及地下水特点，有 3 种处治方案: 封堵、引排、封排结合。
4. 1 封堵方案处治思路: 对施工揭露的溶洞进行回填，对地下水采用注浆封堵，同时施作抗水压衬砌。封堵方案客观上存在的问题: ①此处揭露岩溶水为地下水排泄通道，且处于排水末端，水量大，盲目封堵隐患很大，而且封堵困难，风险大; ②即便暂时堵水成功，那么势必造成地下水位上升，同时，由于岩溶发育的不规律性，加之原来的地下水系被破坏，新的水头高度难以确定，对隧道纵向影响段落的长度也难以确定，抗水压衬砌施作长度、厚度也难以确定，盲目处理会导致潜伏在高压水作用下的隧道边墙、仰拱发生爆裂，危及行车安全。
4. 2 引排方案处治思路: 启动施工图中设计预案，设置泄水洞排水。详细勘察报告显示隧道水量较小，但考虑溶洞隧道工程风险，蛮安区间设计了 2 个泄水洞预案，泄水洞长 1. 5 ～ 2km; 拟当雅关隧道、蛮坡站—安云路站区间部分隧道施工期间涌水量过大难以进行封堵、不能按全封防水进行施工时，经论证后，必要时施作泄水洞。优点: 设置泄水洞引排该岩溶水一劳永逸、干净彻底。缺点: 从目前雅关站—蛮坡站区间、蛮坡站— 安云路站区间施工情况看，除本溶洞有集中涌水外，其余地段未见有集中出水。如仅为解决该溶洞出水设置泄水洞，泄水洞长约2 000m，施工周期长、投资大。
4. 3 封排结合方案原地下水通过龙滩口，由溶洞管道形成上升泉从地表自然排出。其泉口至目前洞内出水点高差约 35m。若通过洞内封堵，使水路由地表龙滩口附近排出，其理论水头高度也就是 35m。而且，根据现场施工情况，从溶洞涌水前后的区间段落开挖揭示围岩完整，开挖及初支面都较干燥; 可初步判断: 除 YDK19+209 处有岩溶和集中出水外，其前后围岩都较完整，该岩溶地下水出路就在地表龙滩口处。处治思路: 溶洞前后段采取全封抗水压衬砌，设置排水竖井，使地下水经排水竖井从地表龙滩口附近排出，基本不改变原地下水状况。优点: 此方案投资相对于泄水洞方案较小，而且恢复原有水路，封排结合，隧道承受水压可控，可实施性相对较强。方案比选如表 1 所示，比选结果为建议采用封排结合方案。
5 封排结合处理方案与措施
设置排水竖井、隧底压水板及溶洞前后全封抗水压衬砌，迫使地下水通过排水井从地表排除。抗水压衬砌长度暂定为溶洞前、后各 20m，根据压水试验再进一步确定实施长度。
5. 1 设置竖井+横通道排水系统取代原龙滩口排泄通道原龙滩口出水经地下溶洞通道而出。其出水溶洞通道为从隧顶至地面弯曲向地表延伸的岩溶管道，管道宽窄不一，路径曲折，且偶有孤石。若利用原溶洞通道排水，排水能力不确定，且易受堵塞，不确定因素多。因此，拟于龙滩口出口处附近设置“竖井+横通道”的方式替代原来的龙滩口排泄岩溶通道。使地下水沿该通道引入新修的麻冲大沟排出。竖井采用 2 000 圆形结构，井底低于隧道底板下 5m，竖井与右隧洞内揭露的溶洞之间采用横通道连接，横通道采用半圆拱+直边墙，直边墙高 2m，拱高 1m、宽 2m。
5. 2 溶洞段隧道进行水路连通，将左洞地下水引入右隧道排水通道根据施工期间揭露及地质勘察查明的溶洞管道分布、出水情况，在初期支护背后预埋多根 150 HDPE 排水管连通原溶洞管道至横通道，通过此方式保证原先的水路连通，汇集地下水经过横通道至竖井，于竖井底部安设水泵抽排，以降低地下水位，保证洞内无水作业。
5. 3 施作隧底压水板右隧底岩溶管道沿隧道纵向宽 2 ～ 3m，横向向左延伸至左隧右侧，向右延伸至右隧右侧，地下水集中于右隧底下涌出。拟于隧道底加设压水板对地下水进行封闭，使地下水通过新施作的排水通道排出。压水板置于隧底之下，厚 1m，左、右嵌入溶洞岩壁 2m，纵向长度暂按溶洞外各 3 ～ 5m。
施作压水板时，通过排水通道、竖井进行临时抽水，使地下水位降低至压水板以下，以确保压水板的施工质量; 同时，施作左隧溶洞段的初次抗水压衬砌。待压水板及左洞衬砌施工完毕并达到设计强度后，逐渐提高水头最高达一半排水竖井高度，以观察隧道底部及洞周出水情况，检验压水效果，若压水板封堵效果良好，则确定抗水压衬砌的设计长度。继续抽排水降低水位，再施作系统的抗水压衬砌。使地下水由排水竖井自然排出后，接入蛮坡排水大沟排除。
5. 4 施作抗水压衬砌 1) 施作左隧揭露岩溶段初次抗水压衬砌( 40cm C40 钢筋混凝土) 先施作初次抗水压衬砌，长度暂定为溶洞前、后各 20m( 大里程端需换拱扩挖) ，强度达到要求后开始下一步施工。 2) 做第 1 次压水试验确定右隧初次抗水压衬砌施作长度及压水板效果 停止抽水，使地下水通过水路连通从压水板外侧汇集至横通道及竖井，随竖井水位上升直至从竖井溢出，观察隧道洞内出水情况，确定右隧初次抗水压衬砌长度，对于左隧出水段落，需补做初次抗水压衬砌。 3) 施作右隧初次抗水压衬砌( 40cm C40 钢筋混凝土) 开启抽水设备，集中抽排竖井内地下水，直至洞内地下水位降低至隧道底板以下，无渗漏水后，施作右隧初次抗水压衬砌，同时补做左隧初次抗水压衬砌。 4) 做第 2 次压水试验确定二次抗水压衬砌施作长度 待初次抗水压衬砌施作完成并达到强度后，再从竖井集中抽排地下水，再做 1 次抗水压试验，检验初次抗水压衬砌效果并确定二次抗水压衬砌长度。 5) 施作二次抗水压衬砌( 50cm C40 钢筋混凝土) 。
5. 5 施工其余段隧道二衬衬砌施工剩余至蛮坡站段隧道衬砌( 40cm C40 钢筋混凝土) 。
5. 6 二衬达到强度后停止抽水使地下水通过竖井或原来的龙滩口排泄通道自然溢流。
5. 7 围岩加固及防水层处理 1) 对溶洞前后抗水压衬砌段围岩进行注浆加固，形成一定厚度的止水段，避免地下水通过隧道周边孔隙、岩溶裂隙往前后串通。加固深度暂定为 5m。 2) 采用丙烯酸盐喷膜防水层替代原来的高分子防水卷材防水层，保障初支后防水效果，防止地下水前后串流; 抗水压衬砌分 2 次施作，一、二次抗水压衬砌间不铺设防水层，且施工缝错开。
水路连通和施作隧底压水板如图 3 所示。
通过采取以上措施工程得以安全顺利实施，证明了措施的合理性。
6 结语
1) 岩溶隧道开挖建设过程中最常见的危害形式是突水、突泥，要根据不同的突水、突泥灾害风险采取不同的应对措施，以达到降低风险、安全施工的目的。溶洞水处理应遵循“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。 2) 岩溶隧道发生突水、突泥后，其治理过程一般十分复杂、漫长，并且可能会有一个反复的过程。关键是需查明岩溶发育形态、地下水的补给路径，分析、制定出有针对性的处理措施，达到安全、经济的效果。 3) 雅关隧道蛮坡站端溶洞处理通过比选封堵、引排、封排结合 3 种方案，选取封排结合方案，该投资相对于泄水洞方案较少，而且恢复原有水路，封排结合，取得较好效果。
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《某暗挖岩溶隧道突水、突泥问题施工处理技术》来源：《施工技术》，作者：袁福银 ，陈虹宇 ，吴贤国 ，陈发达，王腾飞 ，梅江兵 ，刘鹏程。
