CN106837353A - 填充性岩溶隧道施工处理方法 - Google Patents

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CN106837353A CN201710062628.8A CN201710062628A CN106837353A CN 106837353 A CN106837353 A CN 106837353A CN 201710062628 A CN201710062628 A CN 201710062628A CN 106837353 A CN106837353 A CN 106837353A
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李鲒
邓新武
陈�峰
张加兵
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Abstract

本发明公开了一种填充性岩溶隧道施工处理方法，包括以下步骤：a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；b、岩溶探测，进行超前地质预报；c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；d、填充性岩溶处治。本发明将填充性岩溶超前地质预报、预加固措施与隧道常规施工工艺程序有机的结合，充分利用超前地质预报、预加固等手段措施避免或降低填充性岩溶地段隧道施工的安全风险。适用于高速公路、铁路隧道填充性岩溶施工；同时，对于类似地质情况的铁路、公路、市政、水利隧道(洞)施工也具有借鉴、参考意义。

Description

填充性岩溶隧道施工处理方法
技术领域
本发明涉及一种隧道施工处理方法，特别地，涉及一种填充性岩溶隧道施工处理方法。
背景技术
我国岩溶塌陷分布较广，许多领域都深受其害。其中，公路、铁路以及矿山受害最严重，其次为农田水利、城市建设、道路与管线路设施等。随着我国西部大开发战略的实施，高速公路、铁路不断向山区延伸，根据中国交通部2016年初调整后的“十三五”规划，在“十三五”末，我国公路通车里程达到150万公里，其中高速公路通车里程将达到13.8万公里。大量的在建或者规划中的公路不可避免的需要穿越岩溶发育地区，而路线上存在的大量的各种溶洞给路基、桥基基础和隧道的建设带来了很多困难。因此，研究岩溶对隧道围岩稳定性的影响及隧道施工过程中岩溶处治技术具有显著的理论意义和应用价值。
其中，填充性岩溶对隧道的影响归纳起来主要包括岩溶水的危害、岩溶洞穴及其充填物等方面的危害：一方面，工程围岩范围内岩溶水的存在使得工程地质和水文地质条件发生变化，造成围岩强度降低，渗透水压力增加；另一方面，围岩中溶洞的存在使得围岩物理、力学性质发生变化，进而引起地层刚度和应力场的变化。在隧道施工过程中，溶洞将使隧道的施工力学动态更为复杂，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能解决填充性岩溶在隧道施工过程中，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全的技术问题的填充性岩溶隧道施工处理方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的填充性岩溶隧道施工处理方法，包括以下步骤：a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；b、岩溶探测，进行超前地质预报；c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；d、填充性岩溶处治。
具体地，步骤a中的岩溶发育控制因素，包括岩性对岩溶发育的控制、溶蚀体对岩溶发育的控制、地质构造对岩溶发育的控制、地形对岩溶发育的控制和大气降水对岩溶发育的控制；岩性对岩溶发育的控制具体为：可溶性岩石指能与水发生化学反应而被溶解的岩石，按岩石的矿物成分和化学成分的不同分为三组，即碳酸盐岩、盐岩、硫酸盐岩；溶解度的大小：盐岩>硫酸盐>碳酸盐；可溶性岩石是岩溶发育的前提条件，在同等条件下，岩石的可溶性越强，就越有利于岩溶发育，所以在上述三种可溶性岩石中，盐岩的岩溶最发育，硫酸盐岩和盐岩在地表表面分布较少，而碳酸盐岩地球表面分布最广，对隧道工程的影响范围也最大；溶蚀体对岩溶发育的控制具体为：处于当地侵蚀基准面以上的可溶性岩都可被侵蚀，水量大小、水中CO2含量高低、水力梯度、水温的高低、离子总硬度高低及其它侵蚀性有机酸的含量与岩溶发育的强度和速度成正比；地质构造对岩溶发育的控制具体为：岩溶是否发育以及发育的强弱与岩层的组合类型有关，岩层组合是指可溶岩与非可溶岩层的相互组合关系，断裂构促使岩层产生大量节理裂隙，为岩溶水的活动提供了流通的便道，从而为岩溶作用提供了极为有利的发育条件，岩溶发育强度决定于断层带破碎程度、断层的性质及胶结情况，不同性质的断裂构造对岩溶发育的控制作用不相同；地形对岩溶发育的控制具体为：地形越低、汇水面积越大，就越有利于岩溶的发育，地表水深入地下，深部地下的岩溶形态多以岩溶竖井、落水洞、岩溶塌陷、溶洞或岩溶洼地形态出现，地形越陡地表水体径流越快，水体很难进入深部，这时岩溶的发育主要在地表，常以表面冲蚀为主，常有石芽、溶沟或溶槽地表形态出现，深部的岩溶不发育；大气降水对岩溶发育的控制具体为：降水多或气候潮湿，地下水就能够得到迅速充分的补给，岩溶发育就快，若水体能从地表及深层不断及时得到有利酸CO2，则利于岩溶进一步的发育。
具体地，步骤a中的岩溶发育规律，包括岩溶发育的呈层性、岩溶发育的不均匀性、岩溶发育具有系统性和岩溶发育的向深性；岩溶发育的呈层性具体为：地壳的上升、停顿与岩溶水的变迁等都会影响岩溶发育，不同岩溶时期发育着不同的岩溶形态，也就形成了区域上岩溶发育的呈层性特点；岩溶发育的不均匀性具体为：不同的岩层组合、地质构和水动力条件等都会对岩溶的发育产生影响，这表明岩溶在对构造部位、地貌单元和地层层位有着极鲜明的选择性，从而导致岩溶分布极不均一，在地貌上，斜坡地带发育的岩溶个体形态数量少、规模小，这是因为斜坡上的水不能汇集，岩溶更集中发育在槽谷洼地中，岩溶洞穴、落水洞等比较发育，而在槽谷洼地中又集中发育于其中心部位；从构造上看，岩溶集中发育于断裂带和岩性变化带附近；岩溶发育具有系统性具体为：岩溶发育与地下水运动有密切的关系，地下水不断得到补给，在径流过程中对不断地溶蚀隧道围岩，使岩溶不断发育，形成溶隙和溶洞、岩溶管道，当地下溶洞形成后，地下水不断向岩溶管道集中，从补给区、径流区到排泄区岩溶发育具有系统性，与地表水系统一样，具有干流、支流之分，共同构成具有密切水力联系的地下水系统；岩溶发育的向深性具体为：岩溶发育的向深性指岩溶急剧向地壳深处发育的特性，岩溶水在压力水头、水力坡度，尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势。
具体地，步骤b中的超前地质预报包括超前地质钻探法，用水平钻机揭露掌子面前方岩体，通过钻孔出水的流量、钻杆的钻进速度和颜色来判断前方围岩情况，从而达到超前地预测；按钻探方式分为取芯钻探和冲击钻探，按照钻孔深度超前地质钻探法包括超前浅孔钻探法和超前深孔钻探法；设计和控制钻孔的数量、角度及钻孔长度。
具体地，步骤b中的超前地质预报包括地质雷达法，利用超高频电磁波探测地下介质分布，发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至120OM、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波；目标体两侧介质的介电常数的差异使电磁波在介质界面产生反射，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越弱；根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时参数，推断掌子面前方异常地质或目标体的分布情况。
具体地，步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道顶部时：隧道顶部的溶洞对隧道拱腰以上围岩开挖位移有一定的抑制，隧道拱腰以上围岩开挖引起的位移与溶洞大小、溶洞距离成反比；当拱顶溶洞离隧道的距离不断增大时，隧道拱脚围岩开挖竖向位移也不断增大，而拱脚位移却随溶洞直径增大而减小；隧道底部围岩开挖竖向位移亦随溶洞距离而增大，随溶洞直径增大而减小；最大压应力发生在隧道拱脚部位，当溶洞与隧道拱顶距离增大时，最大压应力有所减小，当拱顶溶洞直径增大时，最大压应力亦有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道拱顶距离增大时最大拉应力也有所减小；最小压应力发生在隧道顶部，其值基本不发生变化。
具体地，步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道底部时：当溶洞离隧道底部的距离增大时，隧道拱顶围岩开挖竖向位移有所减小，而当溶洞直径增大时，竖向位移有所增大；拱腰围岩开挖竖向位移也在溶洞离的距离增大时有所减小，而在溶洞尺寸增大时竖向位移有所增大；隧道拱脚、隧道底面位移随着溶洞到隧道距离的增大而减小，随溶洞尺寸的增大而增大；隧道开挖最大压应力发生在拱脚部位，当溶洞与隧道底部距离增大时最大压应力变化不大，但随着溶洞半径的增大最大压应力有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道底部距离增大时最大拉应力也有所减小。
具体地，步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道正侧部时：隧道顶部、底部、拱脚和拱腰的竖向位移均与溶洞尺寸成正比，与溶洞距离成反比；有溶洞分布时的水平位移朝无溶洞一侧移动；隧道开挖最大压应力发生在左侧拱脚部位，当溶洞半径增大时最大压应力也增大，当溶洞与隧道正侧部距离增大时最大压应力有所减小；而最大拉应力发生在隧道顶部，其值随隧道半径的增大有所增大，且随溶洞距离增大有所减小。
具体地，步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括钢管桩注水泥浆施工工艺；钢管桩注水泥浆施工工艺具体为：铲车平整场地：根据设计要求放出基坑边线及定出桩位，对施工区域每隔5m进行探测；在确定地下无障碍物时开挖泥浆坑放水准备；安装钻机进行成孔作业；待施工完毕后泥浆外运至施工区域外，检查并保护成桩；注浆钢管制作焊接：根据施工方案要求的深度进行下料，对于超过6m的进行加强焊接；测量放线：根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线；孔距定位：根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子打入地下进行定位；钢管桩定位：钢管桩定位后采用人工开挖循环集水坑、水沟和水坑，根据钢管桩定位，在成孔位置上安装钻孔机底盘，采用钢筋地锚固定，确保其稳定；就位钻孔：将钻孔机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜；将钻杆抬至钻机旁，水管与钻杆接在一起，启动钻机与水管，慢慢钻进；每进深2m，需要接一次钻杆，只至得到设计有效深度；钻孔：钻孔前按设计方案要求将钢管接长，搭接部位要用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管直径两倍，套筒壁厚不小于钢管壁厚，在套筒周边焊接，焊缝应饱满，并应检查钢管的垂直度，焊工必须有焊工证，施焊前应试焊；端部采用6mm钢板封闭，并在下部4m～6m上钻出浆口，直径10mm，间距300mm，出浆孔呈梅花型交错布置；采用胶带封口，得到一定压力后自动开封；清孔：在注水泥浆前，要对桩孔进行清孔，使孔内泥浆全部排出，要求孔底沉渣厚度不大50mm；注浆机安装：在现场指定位置固定注浆机，电源由指定的配电箱接入，把拌制的水泥浆放入钢板焊接制成的灰槽内，然后由注浆机注浆；注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止；安装下放钢管：待孔清洗后及时在孔内安装预先制作好的钢管，钢管露出地面至少200mm，便于接入注浆管；细石填充：在下入好钢管的外侧进行细石填充，细石填充采用人工进行，使用手推车运输到现场，采用人工振荡入孔，只至填满为此；安装注浆管：细石填充完毕后，要及时进行注浆，注浆管由注浆机只接接入到下入孔内的钢管上，接口采用丝口连接，注浆管采用橡胶管输送；拌制水泥浆：水泥浆采用专用机械进行拌制，水灰比控制在0.45～0.5之间，把拌制的水泥浆放入钢制的灰槽内，然后由注浆机注浆；注水泥浆：注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止；多次加压注浆：因一次注浆难以得到冲盈系数要求，得到注浆压力为0.5Mpa，需要多次间隙注浆，一般为三到五次，只至细石填充中翻浆为止。
具体地，步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括超前小导管注浆施工工艺；超前小导管注浆施工工艺具体为：施工准备及工艺流程，小导管及锁脚锚管直径一般采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，小导管单节长度为3m-5m，锁脚锚管长度为4.0m，小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm，间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段；测量定位，根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记，钻孔直径应大于设计导管直径3～5mm，钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm，开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5～10cm，排气管采用φ20塑料管；注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压；钻孔，钻孔时一般采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，为3°～5°；锁脚锚管为俯角30°，为保证小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行；清孔验孔，用地质岩芯钻配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔，用高压风从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪检测孔深、倾角、外插角，安装小导管及锁角锚管，钻孔完成后及时安设小导管，避免出现塌孔，小导管及锁脚锚管顶进采用大孔引导和风钻相结合的工艺，即先钻大于小导管直径的引导孔，利用钻机的冲压力和推力低速顶进钢管，小导管及锁脚锚管注浆，浆液配置，注浆材料及配合比：注浆采用水泥浆液，水灰比为1：1；注浆压力0.5～1MPa，水泥标号为PO32.5水泥，单根小导管及锁脚锚管理论注浆量：Q＝πR2Lηαβ式中：L为注浆段长度；R为浆液扩散半径，取0.6L0，L0为管体间距40cm；η为地层孔隙率，风化岩层2～3％，岩石破碎带取5～8％、砂土取40～60％，粘土取20～40％计算；α为浆液有效充填率，取85％；β为浆液损耗系数1.05；注浆管的设置，注浆采用孔口注浆管注浆，孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm处，然后连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆；关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压，注浆控制，导管施工完成后开始注浆，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口侧进行密封处理，水泥浆液采用拌和机制浆，采用液压注浆机浆液注入导管钢管内，注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后作压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工，注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实；注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力以0.5～1.0MPa为宜，持压3～5mm后停止注浆，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆，注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查；记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况；注浆效果判断，对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况，导管注浆后再打无孔管作为检查管，检查注浆质量，有水地层可观察无孔管孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。
具体地，步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括长管棚注浆施工工艺；长管棚注浆施工工艺具体为：超前长管棚采用潜孔钻造孔，钢管采用钻机推进器顶进，高压注浆泵注浆；施做导向墙：在洞口里程外起拱线以下路基土石方留一长约5m平台，然后在洞外洞口交界处架立钢架，间距按施工图要求，用连接筋焊接成一整体，在钢支撑上安设导向钢管，数量、环向间距和外插角与长管棚一致，导向钢管的安装要测量精确定位，使钢管位置与方向准确无误，导向钢管与钢架焊为整体，支立模板，然后灌注导向墙，导向墙完成后，喷射混凝土封闭周围仰坡面，以防止浆液从周围仰坡渗漏，搭设钻孔平台脚手架、安装钻机；钻孔：采用潜孔钻机，从导向管内隔孔钻孔；开孔时，低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻进过程中利用倾斜仪等测量设备有效控制钻孔质量，保证终孔偏斜率在1/2000以内；安装长管棚钢管：长管棚钢管安装顶进前先进行孔道扫空作业，目的是清除孔内岩碴，和顺通孔道长管棚钢管由机械顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，采用6m或3m节长的管节交替使用，以保证隧道纵向同一断面内的接头数不大于50％，管壁上按照设计钻注浆孔；管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥等材料堵塞严密，以防注浆时冒浆；注浆：注浆前；先将孔内泥浆清干净(可用高压水冲洗)，再进行注浆；浆液采用水泥砂浆，注浆压力1.0～2.0Mpa，注浆参数根据现场试验予以调整；施工过程中为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工；长管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续灌浆，达到施工图标示注浆量或注浆压力时，方可停止注浆。
本发明具有以下有益效果：
本发明将填充性岩溶超前地质预报、预加固措施与隧道常规施工工艺程序有机的结合，充分利用超前地质预报、预加固等手段措施避免或降低填充性岩溶地段隧道施工的安全风险。严格遵循：超前地质预报→判定填充性岩溶类型→预加固措施施工→隧道开挖支护施工→衬砌施工的施工流程。受施工场地影响较小，可在不干扰正常施工的条件下施工，安全风险等级较低；具有良好的安全效益、经济效益和社会效益，节约了隧道施工成本；施工方法简单，便于施工人员及时掌握并实施；工作面所需施工人员数量较少，在保证施工进度的基础上，有效地避免了人力物力的耗费。适用于高速铁路隧道填充性岩溶施工；同时，对于类似地质情况的铁路、公路、市政、水利隧道(洞)施工也具有借鉴、参考意义。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的工艺流程图；
图2是本发明优选实施例的超前小导管施工工艺流程图；
图3是本发明优选实施例的长管棚施工工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本实施例的填充性岩溶隧道施工处理方法，包括以下步骤：a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；b、岩溶探测，进行超前地质预报；c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；d、填充性岩溶处治。本发明将填充性岩溶超前地质预报、预加固措施与隧道常规施工工艺程序有机的结合，充分利用超前地质预报、预加固等手段措施避免或降低填充性岩溶地段隧道施工的安全风险。严格遵循：超前地质预报→判定填充性岩溶类型→预加固措施施工→隧道开挖支护施工→衬砌施工的施工流程。受施工场地影响较小，可在不干扰正常施工的条件下施工，安全风险等级较低；具有良好的安全效益、经济效益和社会效益，节约了隧道施工成本；施工方法简单，便于施工人员及时掌握并实施；工作面所需施工人员数量较少，在保证施工进度的基础上，有效地避免了人力物力的耗费。适用于高速铁路隧道填充性岩溶施工；同时，对于类似地质情况的铁路、公路、市政、水利隧道(洞)施工也具有借鉴、参考意义。
本实施例中，步骤a中的岩溶发育控制因素
岩溶是诸多地质因素作用的结果。岩溶发育的必备三个条件是：①可溶性岩石是岩溶发育的物质基础；②溶解可溶岩层的溶蚀体，主要是指含侵蚀性CO2的足够流量的水体；③溶蚀体进行机械冲蚀、侵蚀的通道。岩溶作用的进行可用下面几个化学方程式来说明。
第一步：形成碳酸和碳酸根离子
CO2+H2O＝H2CO3
H2CO3＝HCO3 －+H+
第二步：H+与CaCO3反应，从而使CaCO3溶解
H++CaCO3＝Ca2++HCO3 －
(1)岩性对岩溶发育的控制
可溶性岩石就是某些能和水发生化学反应的被溶解的岩石，按岩石的矿物成分、化学成分的不同，可溶性岩石基本上分三组：碳酸盐岩(石灰岩、白云质灰岩、白云岩等)、盐岩、硫酸盐岩。其溶解度的大小：盐岩>硫酸盐>碳酸盐。可溶性岩石是岩溶发育的前提条件，在同等条件下，岩石的可溶性越强，就越有利于岩溶发育，所以在上述三种可溶性岩石中，盐岩的岩溶最发育。不过硫酸盐岩和盐岩在地表表面分布较少，而碳酸盐岩地球表面分布最广，对隧道工程的影响范围也最大。
(2)溶蚀体对岩溶发育的控制
一般情况下，处于当地侵蚀基准面以上的可溶性岩都可被侵蚀。水量大小、水中CO2含量高低、水力梯度、水温的高低、离子总硬度高低及其它侵蚀性有机酸等的含量与岩溶发育的强度和速度成正比。
(3)地质构造对岩溶发育的控制
岩溶是否发育以及发育的强弱等与岩层的组合类型有关，岩层组合是指可溶岩与非可溶岩层的相互组合关系。另外，断裂构促使岩层产生大量节理裂隙，为岩溶水的活动提供了流通的便道，从而为岩溶作用提供了极为有利的发育条件。岩溶发育强度决定于断层带破碎程度、断层的性质及胶结情况。不过，不同性质的断裂构造对岩溶发育的控制作用是不相同的。
(4)地形对岩溶发育的控制
地形越低、汇水面积越大，就越有利于岩溶的发育，地表水深入地下，深部地下的岩溶形态多以岩溶竖井、落水洞、岩溶塌陷、溶洞、岩溶洼地等形态出现。地形越陡地表水体径流越快，水体很难进入深部，这时岩溶的发育主要在地表，常以表面冲蚀为主，常有石芽、溶沟、溶槽等地表形态出现，不过深部的岩溶不发育。
(5)大气降水对岩溶发育的控制
降水多、气候潮湿，地下水就能够得到迅速充分的补给，岩溶发育就快。同时，若水体能从地表及深层不断及时得到有利酸CO2，则利于岩溶进一步的发育。
本实施例中，步骤a中的岩溶发育规律
(1)岩溶发育的呈层性
地壳的上升、停顿与岩溶水的变迁等都会影响岩溶发育，因此不同岩溶时期发育着不同的岩溶形态，也就形成了区域上岩溶发育的呈层性特点。
(2)岩溶发育的不均匀性
不同的岩层组合、地质构和水动力条件等都会对岩溶的发育产生影响，这表明岩溶在对构造部位、地貌单元和地层层位有着极鲜明的选择性，从而导致岩溶分布极不均一。在地貌上，斜坡地带发育的岩溶个体形态数量少、规模小，这是因为斜坡上的水不能汇集。岩溶更集中发育在槽谷洼地中，岩溶洞穴、落水洞等比较发育，而在槽谷洼地中又集中发育于其中心部位；从构造上看，岩溶集中发育于断裂带和岩性变化带附近。
(3)岩溶发育具有系统性
岩溶发育与地下水运动有密切的关系。地下水不断得到补给，在径流过程中对不断地溶蚀隧道围岩，使岩溶不断发育，形成溶隙和溶洞、岩溶管道。当地下溶洞形成后，地下水不断向岩溶管道集中。因此从补给区、径流区到排泄区岩溶发育具有系统性，与地表水系统一样，具有干流、支流之分，共同构成具有密切水力联系的地下水系统。
(4)岩溶发育的向深性
岩溶发育的向深性指岩溶急剧向地壳深处发育的特性，岩溶水在压力水头、水力坡度，尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势。
本实施例中，步骤b中的岩溶的探测——超前地质预报
在隧道施工中，几乎所有的隧道都会遇到岩溶地质灾害的问题，隧道所处的地质环境不同，所遇到的灾害类型也不同。因此，在隧道设计与施工之前，要对隧道工程地段的工程地质条件进行详细勘察，但由于地质勘探的不精确性和岩溶隧道地质复杂性，使得隧道开挖后实际揭露出来的围岩情况可能和地质勘探的资料不一样，这也就直接导致在实际施工过程中对掌子面前方的围岩了解不清，因此施工中经常出现预料不到的塌方、冒顶、涌水等事故，不但影响施工工期，且会造成施工机械的损坏和人员伤亡。
如果能准确地在隧道施工中提前了解掌子面前方围岩地质灾害情况，如预报掘进前方是否有岩溶、断层破碎带等不良地质构造，以及这些构造的几何形态、产状、规模大小等，便可及时合理地安排掘进进度、修正施工方案、安排防护措施、避免险情发生。这正是隧道施工超前地质预报的任务。
(1)超前地质钻探法
超前地质钻探在岩溶超前地质预报中占有重要的地位，具有直接、可靠的特点。超前地质钻探法是用水平钻机揭露掌子面前方岩体，主要通过钻孔出水的流量、钻杆的钻进速度、颜色等来判断来判断前方围岩情况，从而达到超前地预测。按钻探方式一般可分为取芯钻探和冲击钻探，按照钻孔深度超前地质钻探法包括超前浅孔钻探法和超前深孔钻探法。钻孔的数量、角度及钻孔长度可人为设计和控制。
(2)地质雷达法
地质雷达利用超高频电磁波探测地下介质分布，它的基本原理是：发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至120OM、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体(如空洞、裂隙、岩溶等)时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波。目标体两侧介质的介电常数的差异使电磁波在介质界面产生反射，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越弱。根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时等参数，推断掌子面前方异常地质或目标体的分布情况。
本实施例中，步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析
(1)溶洞位于隧道顶部时：
隧道顶部的溶洞对隧道拱腰以上围岩开挖位移有一定的抑制，隧道拱腰以上围岩开挖引起的位移与溶洞大小、溶洞距离成反比；当拱顶溶洞离隧道的距离不断增大时，隧道拱脚围岩开挖竖向位移也不断增大，而拱脚位移却随溶洞直径增大而减小；隧道底部围岩开挖竖向位移亦随溶洞距离而增大，随溶洞直径增大而减小。
最大压应力发生在隧道拱脚部位，当溶洞与隧道拱顶距离增大时，最大压应力有所减小，当拱顶溶洞直径增大时，最大压应力亦有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道拱顶距离增大时最大拉应力也有所减小；最小压应力发生在隧道顶部，其值基本不发生变化。
(2)溶洞位于隧道底部时：
当溶洞离隧道底部的距离增大时，隧道拱顶围岩开挖竖向位移有所减小，而当溶洞直径增大时，竖向位移有所增大；拱腰围岩开挖竖向位移也在溶洞离的距离增大时有所减小，而在溶洞尺寸增大时竖向位移有所增大。隧道拱脚、隧道底面位移随着溶洞到隧道距离的增大而减小，随溶洞尺寸的增大而增大。隧道开挖最大压应力发生在拱脚部位，当溶洞与隧道底部距离增大时最大压应力变化不大，但随着溶洞半径的增大最大压应力有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道底部距离增大时最大拉应力也有所减小。
(3)溶洞位于隧道正侧部时：
隧道顶部、底部、拱脚、拱腰的竖向位移均与溶洞尺寸成正比，与溶洞距离成反比；有溶洞分布时的水平位移朝无溶洞一侧移动。隧道开挖最大压应力发生在左侧拱脚部位，当溶洞半径增大时最大压应力也增大，当溶洞与隧道正侧部距离增大时最大压应力有所减小；而最大拉应力发生在隧道顶部，其值随隧道半径的增大有所增大，且随溶洞距离增大有所减小。
本实施例中，步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括：
1钢管桩注水泥浆施工工艺
平整场地→注浆钢管制作焊接→测量放线→孔距定位→机械开挖循环集水坑、水沟和水坑→钻孔机就位钻孔→清洗钻孔→注浆机安装→安装下放钢管→细石填充→安装注浆管→拌制水泥浆→注水泥浆→二次加压注浆→三次加压注浆只至上口翻浆。
(1)铲车平整场地：根据设计要求放出基坑边线及定出桩位，对施工区域每隔5m进行探测；在确定地下无障碍物时开挖泥浆坑放水准备；安装钻机进行成孔作业；待施工完毕后泥浆外运至施工区域外，检查并保护成桩。
(2)注浆钢管制作焊接：根据施工方案要求的深度进行下料，对于超过6m的进行加强焊接。
(3)测量放线：根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线。
(4)孔距定位：根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子打入地下进行定位；
(5)钢管桩定位：钢管桩定位后采用人工开挖循环集水坑、水沟和水坑。根据钢管桩定位，在成孔位置上安装钻孔机底盘，采用钢筋地锚固定，确保其稳定；
(6)就位钻孔：将钻孔机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜；将钻杆抬至钻机旁，水管与钻杆接在一起，启动钻机与水管，慢慢钻进；每进深2m，需要接一次钻杆，只至得到设计有效深度。
(7)钻孔：钻孔前按设计方案要求将钢管接长，搭接部位要用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管直径两倍，套筒壁厚不小于钢管壁厚，在套筒周边焊接，焊缝应饱满，并应检查钢管的垂直度，焊工必须有焊工证，施焊前应试焊；端部采用6mm钢板封闭，并在下部4～6m上钻出浆口，直径10mm，间距300mm，出浆孔呈梅花型交错布置；采用胶带封口，得到一定压力后自动开封。
(8)清孔：在注水泥浆前，要对桩孔进行清孔，使孔内泥浆全部排出，要求孔底沉渣厚度不大50mm；
(9)注浆机安装：在现场指定位置固定注浆机，电源由指定的配电箱接入，把拌制的水泥浆放入钢板焊接制成的灰槽内，然后由注浆机注浆。注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止。
(10)安装下放钢管：待孔清洗后及时在孔内安装预先制作好的钢管，钢管露出地面200mm。便于接入注浆管
(11)细石填充：在下入好钢管的外侧进行细石填充，细石填充采用人工进行，使用手推车运输到现场，采用人工振荡入孔，只至填满为此。
(12)安装注浆管：细石填充完毕后，要及时进行注浆，注浆管由注浆机只接接入到下入孔内的钢管上，接口采用丝口连接，注浆管采用橡胶管输送。
(13)拌制水泥浆：水泥浆采用专用机械进行拌制，水灰比控制在0.45～0.5之间，把拌制的水泥浆放入钢制的灰槽内，然后由注浆机注浆。
(14)注水泥浆：注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止。
(15)多次加压注浆：因一次注浆难以得到冲盈系数要求，得到注浆压力为0.5Mpa，需要多次间隙注浆，一般为三到五次，只至细石填充中翻浆为止。
2超前小导管注浆施工工艺，如图2所示，
(1)施工准备及工艺流程
小导管及锁脚锚管直径一般采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管。小导管单节长度通常为3.5m或4.0m，锁脚锚管长度为4.0m，小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm，间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段。
(2)测量定位
根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记。钻孔直径应大于设计导管直径3～5mm，一般钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm。
开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5～10cm，排气管采用φ20塑料管。注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压。
(3)钻孔
钻孔时一般采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，一般为3°～5°。锁脚锚管为俯角30°，为保证小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行。
(4)清孔验孔
①通常用地质岩芯钻配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。
②用高压风从孔底向孔口清理钻渣。
③用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。
(5)安装小导管及锁角锚管
①钻孔完成后及时安设小导管，避免出现塌孔。
②小导管及锁脚锚管顶进采用大孔引导和风钻相结合的工艺，即先钻大于小导管直径的引导孔，利用钻机的冲压力和推力低速顶进钢管。
(6)小导管及锁脚锚管注浆
①浆液配置
注浆材料及配合比：注浆采用水泥浆液，水灰比为1：1；注浆压力0.5～1MPa，水泥标号为PO32.5水泥。
单根小导管及锁脚锚管理论注浆量：
Q＝πR2Lηαβ
式中：π为常数；L为注浆段长度；R为浆液扩散半径，取0.6L0，L0为管体间距40cm；η为地层孔隙率，风化岩层2～3％，岩石破碎带取5～8％、砂土取40～60％，粘土取20～40％计算；α为浆液有效充填率，取85％；β为浆液损耗系数1.05。
②注浆管的设置
注浆采用孔口注浆管注浆，孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm处，然后连接注浆管等各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆。关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压。
③注浆控制
导管施工完成后开始注浆，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口侧进行密封处理。
水泥浆液采用拌和机制浆，采用液压注浆机浆液注入导管钢管内，注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后作压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工。
注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实。注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力以0.5～1.0MPa为宜，持压3～5mm后停止注浆，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍。若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准。确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查。
注浆过程应程派专人负责，填写“注浆记录表”，记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况。
④注浆效果判断
对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况。导管注浆后再打无孔管作为检查管，检查注浆质量。有水地层可观察无孔管孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。
3长管棚注浆施工工艺，如图3所示
(1)超前长管棚采用潜孔钻造孔，钢管采用钻机推进器顶进，高压注浆泵注浆。
(2)施做导向墙：在洞口里程外起拱线以下路基土石方留一长约5m平台，然后在洞外洞口交界处架立钢架，间距按施工图要求，用连接筋焊接成一整体。在钢支撑上安设导向钢管，数量、环向间距和外插角与长管棚一致。导向钢管的安装要测量精确定位，使钢管位置与方向准确无误，导向钢管与钢架焊为整体。支立模板，然后灌注导向墙，导向墙完成后，喷射混凝土封闭周围仰坡面，以防止浆液从周围仰坡渗漏。搭设钻孔平台脚手架、安装钻机。
(3)钻孔：采用潜孔钻机，从导向管内隔孔钻孔。开孔时，低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻进过程中利用倾斜仪等测量设备有效控制钻孔质量，保证终孔偏斜率在1/2000以内。
(4)安装长管棚钢管：长管棚钢管安装顶进前先进行孔道扫空作业，目的是清除孔内岩碴，和顺通孔道。长管棚钢管由机械顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，采用6m或3m节长的管节交替使用，以保证隧道纵向同一断面内的接头数不大于50％，管壁上按照设计钻注浆孔。管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥等材料堵塞严密，以防注浆时冒浆。
(5)注浆：注浆前先将孔内泥浆清干净(可用高压水冲洗)，再进行注浆。浆液采用水泥砂浆，注浆压力1.0～2.0Mpa，注浆参数根据现场试验予以调整。
(6)施工过程中为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。
(7)长管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续灌浆，达到施工图标示注浆量或注浆压力时，方可停止注浆。
质量控制
1钢管桩注水泥浆施工质量控制
(1)钢管桩施工中，应仔细测量孔深、钢管长度及注浆管长度，避免出现假桩断桩现象。
(2)严格控制桩顶桩底标高。一般在钢管上口焊接一根钢筋，钢筋直径为20，长度为0.5m，来避免钢管下落。
(3)第一次注浆压力0.4～1.0Mpa，并保持3分钟，以保证压力压破胶带，使浆液压出管外注满桩体。第二次注浆压力不小于1.5Mpa，两次注浆间隔时间不小于1.5～4小时之间。
(4)桩位偏差不得大于50mm，桩径偏差不得大于4％，垂直度不超过1％。
(5)施工过程中必须随时检查施工记录，并对照规定的施工工艺对每根工程桩进行质量评定，检查重点是水泥用量、桩长、桩径、注浆、压力、石子级配等。
2超前小导管注浆施工质量控制
2.1钻孔质量
(1)钻孔前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号。
(2)严格控制钻孔平面位置，超前小导管和超前锚杆不得侵入隧道开挖线内，相邻的钢管不得相撞和立交。
(3)终孔后，要检查锚杆的位置、孔深、方向和外插角，然后用高压风将钻孔吹洗干净。
2.2注浆质量
(1)浆液配置必须按施工配合比进行，严格控制水泥、水以及其他外加剂(如速凝剂等)的质量；浆液拌制必须使用机械拌合，严格控制拌合的时间；实验室要加强对浆液的质量检查。
(2)注浆过程中随时检查孔口、邻孔、覆盖层较薄部位有无串浆现象，如发生串浆，应立即停止注浆采用间歇式注浆封堵串浆口，也可采用麻纱、木楔、快硬水泥砂浆或锚固剂封堵，直至不再串浆时再继续注浆。
(3)注浆时相邻孔眼需间隔开，不能连续注浆，以确保固结效果，同时达到控制注浆量的目的。
(4)注浆时，要根据注浆终压和注浆量双控注浆质量，经常检查注浆压力表的准确度，根据单根钢管注浆量并结合岩体的松散程度，综合考虑注浆量。若个别孔浆液不畅通，被迫提前终止时，可在邻孔适当加压补偿。
(5)注浆结束后，必须钻孔检查注浆效果，如未达到要求时需要补孔注浆。
(6)配置的浆液应在规定的时时间内用完。
3超前长管棚注浆施工质量控制
(1)管棚钻孔允许偏差及钢架安装允许偏差见标准见表1、表2。此外，长管棚应注意两次循环之间的搭接，大管棚长度不宜小于2m，两相邻接头不允许出现在同一断面内。
(2)顶进过程应随时注意防止堵孔、坍孔。
(3)注浆前，必要时对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚50～100mm的砼封闭作为止浆墙。
(4)注浆过程应随时注意注浆压力的变化，压力达到设计值且注浆量也与设计相符后，即可停止注浆。
(5)注浆结束后，再钻孔检查注浆效果是否达到设计要求，如未达到应根据实际情况调整注浆参数进行补孔注浆。
(6)注浆后至开挖前时间的间隔，根据浆液种类控制在4～8h。在管棚相接处开挖时保留1.5～2.0m的止浆墙，以防止注浆时孔口跑浆。
(7)整个过程中做好记录，内容包括打孔的角度、间距、深度、钢管的长度、注浆压力、注浆数量、起止时间等，作为后续施工调整注浆参数依据。
表1管棚钻孔允许偏差
序号 项目 允许偏差
1 方向角 1°
2 孔口距 ±50mm
3 孔深 ±50mm
表2钢架安装允许偏差
序号 项目 允许偏差
1 间距 ±100mm
2 横向 ±50mm
3 高程 ±50mm
4 垂直度 ±2°
5 保护层和表面覆盖层厚度 -5mm
6 钢架周边拼装 ±3cm
7 平面翘曲 小于2cm
8 钢架节点焊接长度 大于4cm
9 钢架的混凝土厚度 不得小于4cm
10 钢架的混凝土表面覆盖层厚度 不得小于3cm
安全措施
1填充性岩溶地段隧道安全施工
(1)辅导导坑与正洞的协调施工原则：对于长大岩溶隧道，应注意以下几个辅助导坑与正洞协调施工的原则。
①坚持“平导超前、尽快贯通”的施工原则。
②正洞与平导作业面应协调施工，做到“平导超前、正洞紧跟”，反对平导长距离独头掘进，原则上，正洞与平导作业面的距离不要超过500m。
③当平导遇到特大岩溶时，应优先考虑采取迂回导坑的措施。当确实没有迂回条件或迂回工作量特别大时，才考虑处理措施。
④当平导遇到特大岩溶时，在平导岩溶超前处理后开挖期间，由平导拐入正洞的独头作业面应停止施工。
⑤当正洞遇到特大岩溶时，应优先考虑迂回措施，实现两端夹击加固，待平导贯通后处理。
⑥当反坡隧道施工遇到特大岩溶，存在突水、突泥可能时，应重新分析隧道工期，如工期能保证，原则上采取反坡加固。
(2)施工方法的选择：以短台阶法为主，必要时可采用CRD工法开挖。
(3)初期支护：大型充填型溶洞一定要采取长管棚支护。
(4)信息化施工：隧道施工时，实时监控量测围岩变形，及时反馈监测信息。
(5)二次衬砌施作原则：长大岩溶隧道，二次衬砌应及时，原则上掌子面与二次衬砌间距不得超过200m。当遇到高压富水岩溶时，应采取二次衬砌紧跟。
(6)洞内外抽排水系统：反坡岩溶隧道施工时，施工单位必须设置不少于20000m3/d的排水能力的洞内抽水系统。洞口排水系统必须确保通畅，对于洞口及排水下游存在安全隐患时，必须予以拆除。
2非岩溶地段隧道安全施工
(1)隧道施工应随时观察洞内掌子面的稳定情况及岩层变化情况。如掌子面围岩变化或洞内初期支护有异常变化、涌水、突泥等现象时及时上报，经专业技术人员确认，采取合理措施后，方可继续施工。
(2)采用有效合理的超前支护、预加固措施。施工中严格控制各开挖分部循环进尺，开挖和支护工序必须衔接紧密，及时支护，做到即挖即护，以减少围岩变形。
(3)减少循环进尺，爆破作业尽量减少对围岩的扰动。
(4)加强监控量测，及时反馈信息。遇到监控数据发生变化或地质条件突变时，要及时采取措施，加强支护参数。
(5)严把质量关。隧道内的衬砌、支护等材料必须保证质量，按施工工艺施工，防止因偷工减料、材料质量等问题造成人为事故。
环保、节能措施
施工中，严格遵照隧道施工相关规范、规程及环保、节能方面的规定，重点注意以下几点：
(1)开挖出的洞碴弃运至指定碴场，沿途不得抛洒遗漏。如经过环境敏感点，应采取合理的密闭遮盖措施和防道路污染的运碴汽车冲洗措施。
(2)施工现场所产生的废水，经沉淀后排放；油污及其它分类回收或处理。
(3)坚持材料限额领用制度和积极进行工艺工法改进，减少材料浪费。
(4)对能利用的边角料，尽量加以利用，但应满足规范允许的条件。
(5)保持现场文明施工，做到工完场清。
施工中，通过超前地质预报及时探测溶洞在隧道不同位置、不同大小、不同距离分布，确定了潜在溶洞对隧道围岩稳定性影响，并采用合理的溶洞处治技术，确保了隧道施工的安全性。在施工过程中，未出现一起安全事故。
按复合双侧壁工法进行Ⅳ、Ⅴ级软弱围岩大跨段施工，在左、右侧壁导坑形成正常平行作业、单侧导坑实现流水作业的情况下，从现场实际进度显示，侧壁导坑Ⅴ级围岩段每月可以完成40m，Ⅳ级围岩段每月可以完成55m，下部开挖和仰拱每月可完成35m。各工序间实现正常循环作业以来，取得了良好的经济效益。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；
b、岩溶探测，进行超前地质预报；
c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；
d、填充性岩溶处治。
2.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤a中的岩溶发育控制因素，包括岩性对岩溶发育的控制、溶蚀体对岩溶发育的控制、地质构造对岩溶发育的控制、地形对岩溶发育的控制和大气降水对岩溶发育的控制；
所述的岩性对岩溶发育的控制具体为：可溶性岩石指能与水发生化学反应而被溶解的岩石，按岩石的矿物成分和化学成分的不同分为三组，即碳酸盐岩、盐岩、硫酸盐岩；溶解度的大小：盐岩>硫酸盐>碳酸盐；可溶性岩石是岩溶发育的前提条件，在同等条件下，岩石的可溶性越强，就越有利于岩溶发育，所以在上述三种可溶性岩石中，盐岩的岩溶最发育，硫酸盐岩和盐岩在地表表面分布较少，而碳酸盐岩地球表面分布最广，对隧道工程的影响范围也最大；
所述的溶蚀体对岩溶发育的控制具体为：处于当地侵蚀基准面以上的可溶性岩都可被侵蚀，水量大小、水中CO2含量高低、水力梯度、水温的高低、离子总硬度高低及其它侵蚀性有机酸的含量与岩溶发育的强度和速度成正比；
所述的地质构造对岩溶发育的控制具体为：岩溶是否发育以及发育的强弱与岩层的组合类型有关，岩层组合是指可溶岩与非可溶岩层的相互组合关系，断裂构促使岩层产生大量节理裂隙，为岩溶水的活动提供了流通的便道，从而为岩溶作用提供了极为有利的发育条件，岩溶发育强度决定于断层带破碎程度、断层的性质及胶结情况，不同性质的断裂构造对岩溶发育的控制作用不相同；
所述的地形对岩溶发育的控制具体为：地形越低、汇水面积越大，就越有利于岩溶的发育，地表水深入地下，深部地下的岩溶形态多以岩溶竖井、落水洞、岩溶塌陷、溶洞或岩溶洼地形态出现，地形越陡地表水体径流越快，水体很难进入深部，这时岩溶的发育主要在地表，常以表面冲蚀为主，常有石芽、溶沟或溶槽地表形态出现，深部的岩溶不发育；
大气降水对岩溶发育的控制具体为：降水多或气候潮湿，地下水就能够得到迅速充分的补给，岩溶发育就快，若水体能从地表及深层不断及时得到有利酸CO2，则利于岩溶进一步的发育；
所述的步骤a中的岩溶发育规律，包括岩溶发育的呈层性、岩溶发育的不均匀性、岩溶发育具有系统性和岩溶发育的向深性；
所述的岩溶发育的呈层性具体为：地壳的上升、停顿与岩溶水的变迁都会影响岩溶发育，不同岩溶时期发育着不同的岩溶形态，也就形成了区域上岩溶发育的呈层性特点；
所述的岩溶发育的不均匀性具体为：不同的岩层组合、地质构和水动力条件都会对岩溶的发育产生影响，这表明岩溶在对构造部位、地貌单元和地层层位有着极鲜明的选择性，从而导致岩溶分布极不均一，在地貌上，斜坡地带发育的岩溶个体形态数量少、规模小，这是因为斜坡上的水不能汇集，岩溶更集中发育在槽谷洼地中，岩溶洞穴、落水洞比较发育，而在槽谷洼地中又集中发育于其中心部位；从构造上看，岩溶集中发育于断裂带和岩性变化带附近；
所述的岩溶发育具有系统性具体为：岩溶发育与地下水运动有密切的关系，地下水不断得到补给，在径流过程中对不断地溶蚀隧道围岩，使岩溶不断发育，形成溶隙和溶洞、岩溶管道，当地下溶洞形成后，地下水不断向岩溶管道集中，从补给区、径流区到排泄区岩溶发育具有系统性，与地表水系统一样，具有干流、支流之分，共同构成具有密切水力联系的地下水系统；
所述的岩溶发育的向深性具体为：岩溶发育的向深性指岩溶急剧向地壳深处发育的特性，岩溶水在压力水头、水力坡度，尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势。
3.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前地质预报包括超前地质钻探法，用水平钻机揭露掌子面前方岩体，通过钻孔出水的流量、钻杆的钻进速度和颜色来判断来判断前方围岩情况，从而达到超前地预测；按钻探方式分为取芯钻探和冲击钻探，按照钻孔深度超前地质钻探法包括超前浅孔钻探法和超前深孔钻探法；设计和控制钻孔的数量、角度及钻孔长度。
4.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前地质预报包括地质雷达法，利用超高频电磁波探测地下介质分布，发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至120OM、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波；目标体两侧介质的介电常数的差异使电磁波在介质界面产生反射，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越弱；根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时参数，推断掌子面前方异常地质或目标体的分布情况。
5.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道顶部时：
隧道顶部的溶洞对隧道拱腰以上围岩开挖位移有一定的抑制，隧道拱腰以上围岩开挖引起的位移与溶洞大小、溶洞距离成反比；
当拱顶溶洞离隧道的距离不断增大时，隧道拱脚围岩开挖竖向位移也不断增大，而拱脚位移却随溶洞直径增大而减小；
隧道底部围岩开挖竖向位移亦随溶洞距离而增大，随溶洞直径增大而减小；
最大压应力发生在隧道拱脚部位，当溶洞与隧道拱顶距离增大时，最大压应力有所减小，当拱顶溶洞直径增大时，最大压应力亦有所减小；
而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道拱顶距离增大时最大拉应力也有所减小；
最小压应力发生在隧道顶部，其值基本不发生变化。
6.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道底部时：
当溶洞离隧道底部的距离增大时，隧道拱顶围岩开挖竖向位移有所减小，而当溶洞直径增大时，竖向位移有所增大；
拱腰围岩开挖竖向位移也在溶洞离的距离增大时有所减小，而在溶洞尺寸增大时竖向位移有所增大；隧道拱脚、隧道底面位移随着溶洞到隧道距离的增大而减小，随溶洞尺寸的增大而增大；
隧道开挖最大压应力发生在拱脚部位，当溶洞与隧道底部距离增大时最大压应力变化不大，但随着溶洞半径的增大最大压应力有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道底部距离增大时最大拉应力也有所减小。
7.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道正侧部时：
隧道顶部、底部、拱脚和拱腰的竖向位移均与溶洞尺寸成正比，与溶洞距离成反比；有溶洞分布时的水平位移朝无溶洞一侧移动；
隧道开挖最大压应力发生在左侧拱脚部位，当溶洞半径增大时最大压应力也增大，当溶洞与隧道正侧部距离增大时最大压应力有所减小；
而最大拉应力发生在隧道顶部，其值随隧道半径的增大有所增大，且随溶洞距离增大有所减小。
8.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括钢管桩注水泥浆施工工艺；所述的钢管桩注水泥浆施工工艺具体为：
铲车平整场地：根据设计要求放出基坑边线及定出桩位，对施工区域每隔5m进行探测；在确定地下无障碍物时开挖泥浆坑放水准备；安装钻机进行成孔作业；待施工完毕后泥浆外运至施工区域外，检查并保护成桩；
注浆钢管制作焊接：根据施工方案要求的深度进行下料，对于超过6m的进行加强焊接；测量放线：根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线；
孔距定位：根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子打入地下进行定位；
钢管桩定位：钢管桩定位后采用人工开挖循环集水坑、水沟和水坑，根据钢管桩定位，在成孔位置上安装钻孔机底盘，采用钢筋地锚固定，确保其稳定；
就位钻孔：将钻孔机安放在指定位置，安放水平，防止倾斜；将钻杆抬至钻机旁，水管与钻杆接在一起，启动钻机与水管，慢慢钻进；每进深2m，需要接一次钻杆，只至得到设计有效深度；
钻孔：钻孔前按设计方案要求将钢管接长，搭接部位要用套筒搭接焊，套筒高度不小于钢管直径两倍，套筒壁厚不小于钢管壁厚，在套筒周边焊接，焊缝应饱满，并应检查钢管的垂直度，焊工必须有焊工证，施焊前应试焊；端部采用6mm钢板封闭，并在下部4m～6m上钻出浆口，直径10mm，间距300mm，出浆孔呈梅花型交错布置；采用胶带封口，得到一定压力后自动开封；
清孔：在注水泥浆前，要对桩孔进行清孔，使孔内泥浆全部排出，要求孔底沉渣厚度不大50mm；注浆机安装：在现场指定位置固定注浆机，电源由指定的配电箱接入，把拌制的水泥浆放入钢板焊接制成的灰槽内，然后由注浆机注浆；注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止；安装下放钢管：待孔清洗后及时在孔内安装预先制作好的钢管，钢管露出地面至少200mm，便于接入注浆管；
细石填充：在下入好钢管的外侧进行细石填充，细石填充采用人工进行，使用手推车运输到现场，采用人工振荡入孔，只至填满为此；
安装注浆管：细石填充完毕后，要及时进行注浆，注浆管由注浆机只接接入到下入孔内的钢管上，接口采用丝口连接，注浆管采用橡胶管输送；
拌制水泥浆：水泥浆采用机械进行拌制，水灰比控制在0.45～0.5之间，把拌制的水泥浆放入钢制的灰槽内，然后由注浆机注浆；
注水泥浆：注浆管需装设压力表，注浆压力为0.5Mpa，水灰比控制在0.45～0.5之间，注浆后暂不拔管，直至水泥浆从管外流出为止，拔出注浆管，密封钢管端部，加压2～8分钟，待水泥浆再次从钢管外流出为止；
多次加压注浆：因一次注浆难以得到冲盈系数要求，得到注浆压力为0.5Mpa，需要多次间隙注浆，为三到五次，只至细石填充中翻浆为止。
9.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括超前小导管注浆施工工艺；所述的超前小导管注浆施工工艺具体为：
施工准备及工艺流程，小导管及锁脚锚管直径采用φ42mm，壁厚3.5mm的热轧无缝钢管，小导管单节长度为3m-5m，锁脚锚管长度为4.0m，小导管壁加工注浆花孔，孔径为φ6mm，间距为15cm呈梅花形排列，前端20cm制作成蒜瓣状锥形，尾端30cm范围内不钻孔作为止浆段；
测量定位，根据设计的超前小导管位置，用全站仪进行小导管位置的测量放样工作，并用红油漆在作业掌子面上作好小导管位置的标记，钻孔直径应大于设计导管直径3～5mm，钻孔φ50mm，孔深大于设计长度10cm，开挖长度应小于超前小导管的支护长度，注浆采用止浆塞，并设置注浆管及排气管，排气管插入孔底5～10cm，排气管采用φ20塑料管；注浆结束标准为达到设计注浆量或设计终压；
钻孔，钻孔时采用风钻开孔，以设计的外插角向外钻孔，为3°～5°；锁脚锚管为俯角30°，为保证小导管的有效搭接长度，施工过程中严格控制隧道开挖的进尺，以使下一循环的施工顺利进行；
清孔验孔，用地质岩芯钻配合钻头进行来回扫孔，清除浮渣至孔底，确保孔径、孔深符合要求；
防止堵孔，用高压风从孔底向孔口清理钻渣，用经纬仪、测斜仪检测孔深、倾角、外插角，安装小导管及锁角锚管，钻孔完成后及时安设小导管，避免出现塌孔，小导管及锁脚锚管顶进采用大孔引导和风钻相结合的工艺，即先钻大于小导管直径的引导孔，利用钻机的冲压力和推力低速顶进钢管，小导管及锁脚锚管注浆；
浆液配置，注浆材料及配合比：注浆采用水泥浆液，水灰比为1：1；注浆压力0.5～1MPa，水泥标号为PO32.5水泥，单根小导管及锁脚锚管理论注浆量：Q＝πR2Lηαβ式中：L为注浆段长度；R为浆液扩散半径，取0.6L0，L0为管体间距40cm；η为地层孔隙率，风化岩层2～3％，岩石破碎带取5～8％、砂土取40～60％，粘土取20～40％计算；α为浆液有效充填率，取85％；β为浆液损耗系数1.05；注浆管的设置，注浆采用孔口注浆管注浆；
孔口排气管与注浆管，由阀门来控制开关，排气管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm处，然后连接注浆管各种管路，利用锚固剂封闭掌子面与导管间的孔隙，防止漏浆；关闭孔口阀门，开启注浆泵进行管路压水试验，如有泄漏及时检修，试验压力等于注浆终压，注浆控制，导管施工完成后开始注浆，注浆前对所有孔眼安装止浆塞，同时对管口与孔口侧进行密封处理，水泥浆液采用拌和机制浆，采用液压注浆机浆液注入导管钢管内，注浆前先检查管路和机械状况，确认正常后作压浆试验，确定合理的注浆参数，据以施工，注浆分两步完成，当第一次注浆的浆液充分收缩后，进行第二次注浆，以使导管填充密实；
注浆采取注浆终压和注浆量双控措施，注浆压力为0.5～1.0MPa，持压3～5mm后停止注浆，注浆量为钻孔圆柱体的1.5倍，若注浆量超限，未达到压力要求，应调整浆液浓度继续注浆，直至符合注浆质量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆过程中压力如突然升高，可能发生堵管，应停机检查；记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力数据，观察压力表值，监控连通装置，避免因压力猛增而发生异常情况；
注浆效果判断，对注浆加固区进行钻孔取芯，观察注浆充填情况，导管注浆后再打无孔管作为检查管，检查注浆质量，有水地层可观察无孔管孔内涌水颜色及涌水量，水颜色如较澄清或夹带水泥渣块，则注浆效果较好，如涌水为泥浆颜色或涌水量较大时，应补注或重注。
10.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤d中的填充性岩溶处治，包括长管棚注浆施工工艺；所述的长管棚注浆施工工艺具体为：
超前长管棚采用潜孔钻造孔，钢管采用钻机推进器顶进，高压注浆泵注浆；
施做导向墙：在洞口里程外起拱线以下路基土石方留一长5m平台，然后在洞外洞口交界处架立钢架，间距按施工图要求，用连接筋焊接成一整体，在钢支撑上安设导向钢管，数量、环向间距和外插角与长管棚一致，导向钢管的安装要测量精确定位，使钢管位置与方向准确无误，导向钢管与钢架焊为整体，支立模板，然后灌注导向墙，导向墙完成后，喷射混凝土封闭周围仰坡面，以防止浆液从周围仰坡渗漏，搭设钻孔平台脚手架、安装钻机；
钻孔：采用潜孔钻机，从导向管内隔孔钻孔；开孔时，低压满转，待成孔1.0m后，适当加压，钻进过程中利用倾斜仪测量设备有效控制钻孔质量，保证终孔偏斜率在1/2000以内；
安装长管棚钢管：长管棚钢管安装顶进前先进行孔道扫空作业，目的是清除孔内岩碴，和顺通孔道长管棚钢管由机械顶进，钢管节段间用丝扣连接，顶进时，采用6m或3m节长的管节交替使用，以保证隧道纵向同一断面内的接头数不大于50％，管壁上按照设计钻注浆孔；管棚顶到位后，钢管与导向管间隙用速凝水泥材料堵塞严密，以防注浆时冒浆；
注浆：注浆前；先将孔内泥浆清干净，再进行注浆；浆液采用水泥砂浆，注浆压力1.0～2.0Mpa，注浆参数根据现场试验予以调整；施工过程中为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工；长管棚封堵塞设有进浆孔和排气孔，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续灌浆，达到施工图标示注浆量或注浆压力时，停止注浆。
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