高速公路隧道岩溶地质的处理方法及其应用效果分析

高速公路隧道岩溶地质的处理方法及其应用效果分析

董昶志 

中铁上海工程局集团有限公司（上海  201900）

摘要：岩溶地质是由碳酸盐岩石在水溶作用和化学作用下逐渐形成的地下空隙结构，在高速公路隧道工程中，岩溶地质常常导致施工难度增加，影响工程安全与成本。本文系统地分析了高速公路隧道岩溶地质的特征，探讨了主流的岩溶处理方法，包括注浆加固法、桩基础加固法和预注浆封堵法，以及新兴的高压旋喷注浆技术。通过对施工期和运营期的效果评估，本文旨在揭示不同处理方法的实际效果和适用性。施工期的评估重点在于稳定性测试和工程量控制，而运营期的评估则关注隧道稳定性与沉降监测以及维护成本与安全性分析。科学选择和应用岩溶地质处理方法对于确保隧道工程的安全性和经济性具有重要意义，为隧道工程的顺利实施和长期运营提供了理论支持和实践指导。

关键词：高速公路隧道；岩溶地质；处理方法；效果评估

一、岩溶地质特征分析

（一）岩溶地质的形成与发展

岩溶地质是指在特定气候、地质条件下，碳酸盐岩等可溶性岩石通过水溶作用和化学作用逐渐溶蚀而形成的地质现象，广泛分布于全球的各类地形之中。岩溶地质的形成首先需要具备可溶性岩石作为基础，这些岩石在地质年代的长期演变中经受风化、剥蚀和搬运沉积而逐步堆积。地表水及地下水对碳酸盐岩石的化学溶解作用是岩溶地质形成的主要机制，其中水中的二氧化碳与碳酸盐岩发生化学反应，促使岩石逐渐溶解，并通过水流带走溶解产物，从而在地质体内部形成空隙、溶洞等。

在岩溶地质的形成过程中，气候条件尤其是温度、降水量对岩溶作用具有显著影响，热带和亚热带气候因其高温高湿的特点，有利于水中二氧化碳的溶解，从而加速了岩溶地质的发育。地质构造的作用也不可忽视，断层、裂隙等地质构造不仅为水流提供了通道，还对溶蚀作用起到了加速作用，使得岩溶地质在短时间内快速发展。同时，岩溶地质的发展具有长期性和动态性，其发育程度随时间的推移而不断变化，表现出由浅入深、由表及里的溶蚀模式。随着溶蚀作用的持续进行，岩溶地质体逐渐向复杂化、网络化方向发展，形成发育程度各异的地下空间。

在高速公路隧道工程中，由于岩溶地质体的不可预见性和复杂性，施工过程中容易出现塌方、突水等安全隐患，对工程稳定性和施工安全带来严峻考验，因此深入了解岩溶地质的形成与发展过程，是制定科学合理的处理方法和优化施工方案的基础，也是保障隧道工程顺利推进和长期运营安全的关键。

（二）高速公路隧道工程中的岩溶地质分布

高速公路隧道工程中的岩溶地质分布具有显著的区域性和复杂性特点，广泛分布于中国的南方和西南地区，尤其是贵州、广西、云南、辽宁等地，这些地区的碳酸盐岩石广泛发育，且地质构造活动频繁，形成了典型的岩溶地质环境。岩溶地质的分布受多种地质条件的影响，包括岩石类型、构造形变以及地下水的作用等，在不同的地区和隧道工程中表现出不同的发育程度和特征。

在南方地区，高速公路隧道工程中的岩溶地质分布表现出集中连片、深度较大的特征。由于碳酸盐岩石的广泛存在，加之长期的水文作用和地质构造运动，形成了大面积的溶洞、暗河和竖井等复杂的地下空间结构，具有显著的隐蔽性和不均匀性，常常在隧道施工过程中难以被准确预测，易导致施工风险增加和工程成本上升，尤其是在隧道穿越深厚岩溶带时，隧道开挖容易引发突水、突泥和塌方等问题，严重威胁施工安全和工程质量。

在岩溶地质发育较为成熟的地区，隧道工程面临的地质问题更加复杂。由于地下水的长期作用，岩溶地质体内部的水文条件复杂多变，水流动性强且具有多向性，易在施工过程中引发涌水问题，影响隧道的稳定性和施工进度。针对这些问题，工程设计需要充分考虑岩溶地质的分布特征，通过详细的地质勘察和水文分析，确定岩溶体的位置、规模和水文特征，为隧道施工提供科学依据。

二、高速公路隧道岩溶地质的处理方法

（一）常见的岩溶处理技术

为了应对岩溶地质所带来的复杂问题，工程实践中逐渐形成了多种行之有效的岩溶处理方法，常见的处理技术主要包括注浆加固法、桩基础加固法以及预注浆封堵法，在不同的地质条件下起到稳定岩溶地层、减小施工风险、提高工程质量的作用。

注浆加固法是一种在岩溶处理过程中广泛应用的技术，基本原理是通过向岩溶空隙或溶蚀裂隙中注入水泥浆、化学浆液等材料，以填充空隙并提高岩溶地层的整体强度和稳定性，适用于溶洞、裂隙较发育且岩体破碎的隧道施工段。注浆加固法不仅能够有效封堵岩溶通道，防止地下水渗漏，还能改善围岩的物理力学性能，显著提高隧道的抗变形能力。实际应用中，注浆材料的选择和注浆参数的控制是影响加固效果的关键因素，需要根据现场地质条件进行针对性设计和调整。

桩基础加固法是针对溶洞较大或地基承载力不足的岩溶地层，采用桩基结构进行加固和支撑的技术。通过在溶洞区域布置钢筋混凝土桩或灌注桩，将上部结构的荷载传递至深层稳定的岩层或土层，进而避免因溶洞塌陷或土体失稳对隧道结构的影响。桩基础加固法的优点在于其承载力强、稳定性高，能够有效解决岩溶地质中的承载问题，同时对隧道的变形控制具有良好的作用。然而，由于该方法施工复杂、造价较高，通常用于溶洞规模较大或岩溶发育严重的特殊路段，需要根据具体工程情况进行合理布置和优化设计。

预注浆封堵法是一种在隧道开挖前，通过预先注浆的方式封堵岩溶通道、控制地下水渗漏的技术。其核心思路是在隧道掘进前，沿隧道轴线或围岩进行预注浆处理，封堵溶洞或裂隙，降低隧道开挖过程中突水、突泥等突发事件的发生概率。预注浆封堵法能够有效提升隧道掘进的安全性，减少施工过程中的水害风险，同时对改善围岩稳定性和减少沉降具有积极作用。在实施过程中，注浆范围和浆液扩散半径的设计需与隧道的开挖工艺紧密结合，确保封堵效果的持续性和可靠性。

（二）新兴技术与方法

随着科学技术的发展，新兴技术与方法不断涌现，为解决复杂岩溶地质问题提供了创新的解决方案。其中，高压旋喷注浆技术代表了当前岩溶处理领域的先进应用，具有显著的技术优势和良好的工程效果。

高压旋喷注浆技术是一种通过高压喷射方式将水泥浆液等加固材料注入岩溶地层的处理方法。其工作原理是利用高压设备将浆液通过旋转喷嘴喷入岩体，使浆液与地层发生强烈的物理、化学作用，进而填充溶洞、封堵裂隙、增强围岩稳定性。与传统注浆方法相比，高压旋喷注浆技术具有更强的渗透性和更高的加固强度，能够有效处理深层、大型或复杂形态的岩溶结构，尤其在围岩软弱或水文条件复杂的隧道施工段表现出卓越的性能。高压旋喷注浆技术的应用不仅显著提高了岩溶地层的承载能力，还能够有效防止隧道掘进过程中因岩溶塌陷或突水突泥等问题引发的施工安全风险。

高压旋喷注浆技术应用，为高速公路隧道岩溶地质的处理提供了全新的思路和技术支持，通过持续的技术创新和应用优化，高速公路隧道岩溶地质的处理将不断突破现有的技术瓶颈，为隧道工程的建设和运营提供更加可靠的保障。

三、处理方法的应用效果分析

（一）不同处理方法的适用性分析

在高速公路隧道工程中，岩溶地质处理方法的选择直接关系到工程的安全性和经济性，不同的岩溶处理方法在应对各种复杂的地质条件时表现出不同的适用性，岩溶地质的复杂性主要体现在其形态多样、空间分布不均以及水文条件变化剧烈等方面，这些特征决定了不同处理方法在实际应用中的效果差异。

注浆加固法通常适用于岩溶地质条件较为复杂且溶洞较为发育的区域，尤其适用于软弱围岩或地下水丰富的隧道段，能够在填充溶洞的同时，减少隧道掘进过程中可能发生的塌陷和突水风险，但注浆加固法在面对规模较大或深层岩溶时的施工难度和成本较高，因此需要结合其他方法进行综合处理。

桩基础加固法在岩溶地层承载力不足的情况下具有较好的适用性，有效解决了隧道在岩溶地质条件下的沉降和不均匀变形问题，在溶洞规模较大或隧道荷载较高的情况下尤为有效，能够显著提高隧道结构的安全性和耐久性。然而，该方法的施工周期较长，且在高地下水位或复杂水文条件下，施工难度较大，需要进行精细化的施工管理和质量控制。

预注浆封堵法则主要适用于岩溶水文条件复杂、突水突泥风险较大的隧道段，通过在隧道开挖前预先对岩溶地层进行注浆封堵，形成一道人工隔水屏障，有效控制地下水的渗入，防止隧道施工过程中突发性水灾的发生。预注浆封堵法在岩溶发育程度中等且水文条件较为稳定的区域效果显著，能够大幅度降低突水事故的发生概率，但对于岩溶发育极为复杂或水文条件变化剧烈的隧道段，可能难以完全消除风险，需结合其他处理方法共同使用。

（二）施工期效果评估

对高速公路隧道岩溶地质处理方法的施工期效果评估，需从稳定性测试和工程量与施工进度两个方面入手。稳定性测试的结果为判断岩溶处理的即时效果提供了科学依据，而工程量与施工进度的控制则直接关系到整个隧道工程的时间成本与施工效率。通过系统的评估和实时的监测调整，可以最大限度地发挥不同岩溶处理方法的作用，保障隧道施工的顺利进行。

稳定性测试是评估岩溶地质处理方法在施工期效果的重要手段，各类处理方法在施工过程中对地层稳定性的影响各不相同，因此通过稳定性测试能够及时发现并校正潜在的工程隐患。常见的稳定性测试包括地表沉降监测、围岩变形测量、地下水渗流观测等，尤其是在注浆加固法和预注浆封堵法的应用中，稳定性测试对于评估加固效果和检测施工期突水风险具有重要意义。通过定期的稳定性测试，可以实时掌握地层的受力状态和变形情况，从而为后续施工提供科学依据，确保隧道的整体安全。在施工过程中，若发现稳定性测试结果出现异常，还可以通过调整注浆量、改变加固材料或优化封堵方案等手段进行及时的工程调整，以降低施工期的风险。

另一方面，工程量与施工进度的控制是评估岩溶地质处理方法施工期效果的另一重要维度。岩溶地质处理往往涉及较大的工程量，尤其是在采用桩基础加固法时，桩基的数量和深度直接影响施工时间和整体进度。因此，在处理方法的选择过程中，不仅要考虑其在稳定性上的优越性，还需结合实际工程量进行科学规划，以避免因处理工序复杂或工期过长而导致整体工程进度的滞后。工程进度的实时监控和调整也是必不可少的，通过引入先进的施工管理技术，如工程信息模型（BIM）技术和实时监测系统，可以精确控制施工各阶段的时间节点，确保各处理方法在合理的时间范围内完成。

（三）运营期效果评估

运营期效果评估主要集中于隧道稳定性与沉降监测，以及维护成本与安全性分析两个方面，以全面检验岩溶地质处理方法的长期有效性和经济性。

隧道稳定性与沉降监测是运营期效果评估的核心内容，岩溶地质处理方法的有效性不仅体现在施工期的稳定性上，更需在长期运营中表现出良好的稳定性。在运营阶段，隧道的稳定性常常受到多种因素的影响，如地质环境的变化、地下水的波动、交通荷载的增减等。因此，定期的稳定性与沉降监测成为必不可少的工作。监测数据可以揭示隧道结构的变形情况，包括地表沉降、围岩的裂缝发展以及隧道衬砌的变形等。通过对这些数据的分析，可以及时发现潜在的风险，并采取相应的维护措施，以保障隧道的安全运营。例如，使用高精度的沉降计、裂缝监测仪等先进设备可以有效监测和记录隧道运行中的各种动态变化，从而确保岩溶地质处理方法在运营期间能够持续发挥预期效果。

维护成本与安全性分析是评估不同岩溶地质处理方法运营期效果的重要指标，维护成本包括日常维护、突发问题处理以及长期修复的费用。岩溶地质处理方法的选择应考虑其长期运营中的经济性，采用高压旋喷注浆技术的隧道在运营期间可能需要较高的维护费用，但其提供的长期稳定性和安全性可能会弥补这些成本。在安全性方面，需评估处理方法是否能够有效应对突发的地质变化和其他潜在的安全隐患，包括岩体的崩塌、渗漏等问题。维护成本与安全性的综合分析有助于确定最优的岩溶地质处理方案，确保其在运营期内的经济效益和安全可靠性。

结束语

岩溶地质的独特特征以及其对隧道施工和运营的潜在风险，要求我们采取科学合理的处理方法，以保障工程的安全与经济性。本文通过对岩溶地质特征的分析和不同处理技术的探讨，揭示了各类处理方法在施工期和运营期的效果和适用性。研究发现，岩溶地质处理方法的有效性不仅取决于施工期的稳定性和工程进度控制，还需在运营期通过稳定性监测和维护成本分析进行综合评估。未来的工作应进一步探索和优化新兴技术的应用，并结合实际工程进行验证，以不断推动岩溶地质处理技术的发展和完善，为隧道工程的安全、稳定和高效运营提供坚实保障。

参考文献

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董昶志（1990.01.10-）；男；汉族；江苏徐州人；本科；工程师；研究方向：建筑施工