摘要:岩溶问题成为我国南方一些地区隧道施工中的一大难题。在岩溶发育地区,必须在施工前进行有效的超前地质勘察,合理选线。在施工过程中,正确处理突水突泥问题,对不同类别的溶洞选取最为正确有效的处治措施。施工阶段结束后,还需要对渗水量以及隧道围岩变形进行跟踪监测。建立完善的施工方案,是保证施工质量和人员设备安全的重要前提。
关键词:隧道岩溶施工勘察
中图分类号:U25文献标识码:A 文章编号:1007-3973(2010) 08-031-02
我国疆域辽阔,地跨热带、亚热带、温带不同气候区,与之相应的岩溶类型也不尽相同,无论是在建筑物选址,还是交通工程选线时,都要考虑到岩溶对施工带来的危害,从而避免工程施工安全事故和重大损失的发生。
1岩溶的超前预测和地质勘察方法
国内岩溶勘察仍处在发展阶段,一些新方法如高密度电法,TSP法等在隧道岩溶勘察中逐渐得到应用,提高了工程地质环境下岩溶发育的可预见性。
1.1高密度电法
高密度视电阻率法是一种阵列勘探方法,也称自动视电阻率系统,是直流电法的发展,其功能相当于四极测深与电剖面法的结合(见图1)。
图1高密度电法原理示意图
1.2 TSP法
TSP是基于地震反射原理的一种物探方法,采用的是多点激发,单点接受的激震方式,该方法主要用于长距离隧道施工超前地质预报,探测距离一般可长达100-150m,但同时预报的准确性不足。
1.3 地质雷达法
地质雷达属于电磁法中的一种探测技术,在岩溶勘察中取得了令人满意的效果。钻孔地质雷达,可以通过钻孔直接进入地下深部,且具有高分辨率。
1.4 超前水平钻探法
超前水平钻探法是超前地质预报最直接的一种方法。其最大优势是具有很好的灵活性,可以自行选择预报距离,而且准确率较高。
上述各种超前预报方法对隧道段岩溶发育都有各自的优点,但同时都有相当大缺陷及适应局限性,在工程实地过程中,要根据不同的地质条件合理选取超前勘察方法,而且有机结合各种方法的优势。
2岩溶地段施工要点
岩溶地区隧道施工要点主要分为岩溶水的处理和溶洞的处理两种。由于溶洞发育的规模不一,施工时需根据具体情况采取相应的处治措施,以求达到最经济稳定的效果。
2.1岩溶水处理
溶洞水处理在以往遵循采取“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。而如今更多的专家选择“以堵为主”,以减少因过量疏排地下水对水文地质以及人类生活环境的影响。
水处理措施基本可以分为以下三种:
(1)泄水洞排水。当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大,而隧道确实无法避开时,需考虑专门设置排水隧洞,泄水洞应位于地下水来向的一侧,为防止岩溶水突然袭击,施工中应预备足够的抽水设备(见图2)。
图2泄水洞
(2)涵洞、倒虹管吸过水。隧道断面与岩溶水相交时,为保证岩溶水畅通,在隧道底部设钢筋混凝土圆涵或倒虹管,同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘
采用浆砌片石回填密实(见图3)。
图3桥涵渲泄水流
(3)注浆止水。施工中遇到岩溶裂隙出水,采用“围截注浆法”止水,先在出水点周围适当的范围内布孔注浆,以形成封闭止水帷幕,浆液填充与大裂隙连通的小裂隙,由远至近,由外到里,层层缩小包围圈,在注浆深度范围内使岩溶裂隙水成为管道型涌水, 最后在集中出水口逆流注浆,沿大裂隙逆流而上到达更深远的部位,把水堵到更深层。
对水的处理不能盲目填堵,应视具体情况合理疏导,抽排地下水的孔洞不能过于集中,不能快速大量集中抽排地下水,应使地下水位均匀缓慢地下降,同时也不能过量开采地下水,不位下降不应低于溶洞顶面,以保证岩溶水的承压状态。如有多个含水层时,尽量不采上部含水层的水。
2.2小型溶洞处理
对溶洞规模较小、岩壁较为稳定、无水的溶洞,可采用浆砌片石封闭、回填,护拱防护、加强衬砌、抛石吹沙注浆、隧道底板设梁通过等方案。对于无水和地下水小、充填(见图4)较密实的小型溶洞,可采用小导管注单液水泥浆加固地层;对于有流水、充填不密实的小型溶洞,可采用小导管注水泥―水玻璃,对于隧道底部已填充的小型溶洞,可以用加设底板梁加强衬砌的方式通过。
2.3 大型溶洞处理
大型溶洞数量相对较少,由于其体积过大,采用一般的堵填既无法从根本上解决问题,又不经济,所以工程上一般采用跨越和绕避来解决大型溶洞问题。
图4堵填
(1)采用跨越式通过溶洞方案。如果溶洞较大,采用封堵、加固等方式处理时,费用较高,溶洞较小时又不宜回填堵塞,可采用布设结构物直接跨越通过溶洞的办法处理。
隧道在不同部位遇到溶洞的跨越措施:
1)当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞, 可加深该侧的边墙基础通过边墙梁及行车梁跨越。
2)当隧道底部遇有较大溶洞并有流水时,可设支墩、悬臂梁承托纵梁跨越。
3)当隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞,不宜加深边墙基础时,边墙拱跨越。
(2)采用绕避方案。在施工中遇到一时难以处理的溶洞,为不使工程陷于停顿,采用迂回导坑绕避溶洞,然后再进行处理。
2.4 量测及监控
隧道通过岩溶区后,应对重点洞段进行监控量测。主要是针对隧道拱顶下沉量以及净空变形进行有效的监测,同时也要对支护的工作状态如应力应变等进行跟踪监测,反馈于支护的设计施工中。
3工程实例
宜万铁路齐岳山隧道进口位于利川市汪营镇清江村,出口位于汪营镇白羊塘村,出口位于汪营镇白羊塘村。设计为四车道分离式上下行隧道。隧道最大埋深约355m,进、出口地形陡峻,山顶地形较为平缓。隧址区内岩溶、断裂构造、裂隙水、地下暗河系统发育,工程地质和水文地质条件复杂,施工难度大。
3.1 超前地质勘察
在施工前,利用地质雷达,红外探测等勘察设备对即将掘进的岩溶进行扫描透视,在超前钻孔中,若溶腔出现涌水现象,为了不致破坏自然水系,优先采用“自然排水法”,利用水的自然压力,将顶部溶腔内的储水通过管道先引至隧道,再导出隧洞外。
3.2 平导涌水处理
在平导掘进至距洞口615米时,施工人员对岩层掘进时再次遭遇达0.35Mpa的高压溶腔,施工人员先在打进岩层的钢管上安装阀门,控制出水量。后经勘测,溶腔与地下暗河相连,由于水流量极大,综合考虑环保及工程造价因素后决定采取绕避方案,施工人员放弃了该段平导,在隧道的另一侧重新掘进一段平导。
3.3 F11大断层处理
F11大断层横向长45公里,纵向宽235米,断层除了富含高压水以外,岩体异常破碎,涌水水压高达2.6MPa。若采用国际上通用的全断面帷幕注浆法处理岩层,每个月仅能向前掘进4米,工期将超过30个月,严重影响工程进度。针对F11断层,可以采取“六孔定位”法施工,即在工作面前方钻取6孔以勘测各方向有无渗水,在涌水处采取堵水措施,无水处则对岩层进行加固。具体措施是将3m厚钢筋网注入水泥,对岩层支护形成第一道保护墙,随后在墙上钻孔注浆,将破碎岩体凝结加固,再用一排钢拱架对隧道进行支护以充分利用岩体自稳能力,将对围岩的扰动降到最低限度。在初次支护后的岩层上挂防水板后再打混凝土作最后加固。
3.4“629”大溶腔处理
“629”大溶腔涌水水压高达0.36MPa,体积和涌水量大,无法堵填,施工中采取跨越方案,在溶腔内架桥跨越,桥底设泄水洞,将涌水由地下暗河引至自然水系以降低其对水文地质环境的影响。
4结论
(1)岩溶区隧道施工之前需采取合理有效的超前地质勘察,初步了解岩溶发育情况及地下水系分布概况,合理选线。
(2)隧道施工过程中,需实时监测围岩变形、异常渗水等情况,严防突发事故。对溶腔涌水突泥的应对方案的选择需综合考虑水文地质环境、工程进度、工程造价及环境保护等因素。
(3)施工完成后,需进行渗水及围岩变形的跟踪监测,确保工程质量及营运安全。
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