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摘要：岩溶区隧道的开挖过程中由于岩溶的复杂性和随机性，给工程带来了很多的安全隐患。其中，岩溶区的隧道施工中，岩溶塌陷是危害最大的问题。研究和分析岩溶的塌陷机理，合理运用岩溶探测技术，分析对隧道围岩稳定性的影响，提出相应的预防措施，具有重要的理论和现实意义。
关键词：岩溶塌陷 预报 隧道
1研究背景与意义
水对可溶岩的化学溶蚀作用和物理破坏形成了岩溶。可溶岩在我国分布的面积约有340km2，约占我国国土总面积的三分之一。岩溶区域的岩性主要以碳酸盐岩为主，几乎遍及了全国。我国经济的高速发展，高速公路、铁路和公路等的建设中不可避免的修建穿越岩溶的隧道。岩溶区隧道的开挖过程中由于岩溶的复杂性和随机性，给工程带来了很多的安全隐患。其中，岩溶区的隧道施工中，岩溶塌陷是危害最大的问题。
对于不同类型和规模的岩溶，有不同的施工方法来预防相关岩溶塌陷。但由于岩溶发育的复杂性和隐蔽性，开挖揭露的突发性等，岩溶隧道的施工存在着巨大的安全隐患。在岩溶隧道的施工中，能够准确预报前方岩溶的位置、大小、发育程度等，分析对隧道围岩稳定性的影响，及时调整施工方案，可以有效避免岩溶塌陷的发生。
研究和分析岩溶的塌陷机理，合理运用岩溶探测技术，分析对隧道围岩稳定性的影响，提出相应的预防措施，具有重要的理论和现实意义。
2隧道超前地质预报方法
隧道的勘察设计阶段，一般会进行工程地质勘察。但常很难查明施工区域内的不良地质体与灾害体的具体位置和类型。不明前方工程地质条件而进行的贸然施工，很容易引发安全事故。为了保障施工的安全，隧道开挖前，超前地质预报是非常重要的。
2.1地质法
地质法是指用隧道地质素描资料和区域地质勘察资料等作为依据，通过对比地层岩性、岩层层序、地质构造等，运用地质理论、趋势分析等知识，推测掌子面前方可能出现的一些地质情况。
隧道区域内的地质条件是很重要的，并且大多数的综合超前地质预报中多数是用地质法作为基础。一般所有的隧道工程都可以用地质法进行超前预报。其中，地质法主要内容有地质勘察、地质调查和洞内地质素描。通过地质法分析隧道的开挖面和周围的地质工程条件，可以分析出隧道开挖所可能遇到的工程地质问题，还可以为下一步的物探方式的选择提供依据。
2.2物探法
物探法是根据不同岩层间具有物理性质的区别，运用物理学的基本原理、方法，使用仪器探测和解译人工或者天然的地球无力偿还分布特征，以及探测地质体或地质构造形态的方法。
物探法的探测对象应该在物理性质上具有比较大的差异性，且规模比较大能被探测到。在物理探测方法上，应该能排除外界的干扰，从而准确预报前方的地球物理场分布特征。物探法根据物理原理的差异一般有电磁波反射法、红外探测法、弹性波反射法和高分辨直流电法。
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2.3超前钻探法
超前地质钻探法是使用钻机在隧道掌子面前方进行钻探，根据钻机在钻探过程中的钻速、卡钻、岩心质量、出水量和响声等来判断开挖工作面前方的工程地质条件的一种超前地质预报方法。超前钻探法可以用于不同地质条件下的隧道超前地质预报，是最直观和最直接的超前地质预报技术。当开挖工作面前方的地质条件复杂，例如富水岩溶、煤层瓦斯带、富水软弱断层、重大物探异常区等。
超前钻探法的优势是可以直观的判断地层岩性、岩石破碎程度、含水体水压和岩溶等情况，为隧道施工方案的选择提供依据。但其费用比较高，占用了比较长的施工时间，预报面有局限性，也容易因为单孔而产生误判。
3 隧道的岩溶塌陷
3.1岩溶塌陷机理
岩溶隧道区域中，由于岩溶自身的发育，岩溶塌陷在时间上有突发性，在空间上有隐蔽性。使岩溶塌陷成为了隧道中主要的地质灾害。隧道施工中的开挖爆破和机械震动等会加速或者导致岩溶塌陷。岩溶隧道的施工还会对岩溶区内已有的水环境造成及较大影响，改变了地下水动力条件，能诱发岩溶塌陷。岩溶塌陷形成的地表塌陷，可能导致道路房屋、耕田等破坏，对人民造成巨大财产损失。
岩溶塌陷指岩溶洞隙上方覆盖的岩土体，在自然或者人为的动力条件下，发生失稳并且在地表产生塌陷坑的岩溶现象。冉蓉塌陷的形成条件复杂，受到多种因素制约。其中，明确岩溶塌陷形成机制与条件是两个关键问题。
3.2岩溶塌陷分类
隧道施工中的岩溶塌陷按照成灾原因可以分为三种[4]。
（1）岩溶水流失
可以进一步分为真空吸蚀致塌和潜蚀致塌。真空吸蚀致塌指施工揭露富水溶洞时，洞穴水的快速散失，在洞穴顶板处形成真空区间。当真空吸蚀力大于顶板强度时，顶板破坏发生塌陷。潜蚀致塌指隧道开挖过程揭露富水岩溶地质时，如果对岩溶水处理不合理导致的隧道发生涌水和涌泥等危害。土壤中的有效孔隙水压力下降，在地下水和重力动力作用下发生的塌陷。
（2）洞穴填充物失稳
可以进一步分为重力致塌、振动致塌和外荷载致塌。重力致塌指隧道开挖削弱了溶洞的顶板或者底板厚度，无法承受填充物的重力作用，发生的坍塌。振动致塌指隧道施工时扰动周围岩体，破坏原有平衡状态，发生的坍塌。外荷载致塌指施工机械在溶洞上方运行时压垮了顶板，导致的塌陷。
（3）岩溶洞穴失稳
隧道周围存在的岩溶洞穴，洞穴的稳定性会被隧道开挖影响，若不对其洞穴周围岩体进行支护工作，可能会导致洞穴失稳，发生塌陷。
4 总结
本文简要阐述了隧道超前地质预报技术，其分为三类：地质法、物探法、钻探法。介绍了岩溶塌陷机理，岩溶水流失、洞穴填充物失稳和岩溶洞穴失稳作用引起的坍塌。合理运用岩溶探测技术，分析对隧道围岩稳定性的影响，提出相应的预防措施，对实际的隧道施工具有一定的指导意义。
参考文献
[1]刘晓蕾. 岩溶隧道围岩稳定性及其处治技术研究[D].重庆交通大学,2014.
[2]李超鹏. 隧道岩溶塌陷的超前地质预报研究及防治对策[D].湖南科技大学,2016.
[3]叶英. 岩溶隧道施工超前地质预报方法研究[D].北京交通大学,2006.
[4]马群. 溶洞对隧道围岩稳定性影响分析及其探测方法研究[D].重庆大学,2016.
论文作者:朱磊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/18
标签：岩溶论文; 隧道论文; 地质论文; 超前论文; 洞穴论文; 围岩论文; 物探论文; 《防护工程》2018年第31期论文;