中国葛洲坝集团第二工程有限公司
摘要:我国幅员辽阔,地质条件十分复杂,是世界上岩溶分布面积最广的国家之一。当前基础设施建设高速发展,多数公路、铁路、市政工程的隧洞跨越岩溶地区,在岩溶地质隧道施工中,经常遇到涌水以及大小不同的溶洞影响工程,给施工带来困扰。本文重点探讨了隧道岩溶段断层破碎带、突泥涌水、溶洞区等采取的技术措施及施工注意事项,对于类似工程具有一定的参考意义。
关键词:岩溶 隧洞 技术措施
一、岩溶地段对隧洞施工的影响
岩溶是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用形成的地下溶蚀现象,不同的岩溶发育成不同的溶洞、裂隙等。岩溶地段隧道不良地质要素有断层地段、软弱围岩、突泥涌水、冲沟、溶洞及采空区等。当隧道穿过可溶性岩层时,有的围岩破碎,容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部,充填物松软且深,使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽,当隧道掘进至其边缘时,含水充填物不断涌入坑道,难以遏止,甚至使地表开裂下沉,形成“天窗”,隧道的初期支护压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河,岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广,处理十分困难。
二、地质超前预报
隧道通过岩溶区,必须加强超前地质预测预报,并将超前地质预报工作纳入工序。通过超前地质预报,可以了解和判断掌子面前方一定距离内不良地质的性质、位置、宽度和影响隧道的长度,由此判断地下水情况、围岩级别和对施工的影响,进而达到以下目的:(1)为制定施工方案和措施提供可靠的参数,如地下水压力、水量、不良地质的位置、大小及规模等;(2)为隧道安全施工,避免或最大限度的降低施工过程中突泥、涌水、塌方等灾害,从而不受或少受损失奠定了基础;(3)为隧道在安全条件下实现快速施工、减小风险创造了条件;(4)准确的地质预报可以减少施工中的盲目性,减少事故发生率,减少很多不必要的安全措施,从而降低了工程投资。(5)验证勘察设计中提供的地质资料,为设计变更提供依据,且为调整施工方案提供依据;同时做好超前地质预报工作,能够对施工区域的水环境提供良好的保护措施。
岩溶地段隧道地质超前预报方法主要有:地质调查法、物探法、超前钻探法、水力联观法、TSP 法或TGP法等。目前常用的主要方法为TSP (TGP)法。
TSP超前地质预报系统与其它反射地震波方法一样,采用了回声测量原理。它能方便快捷预报掌子面前方100m甚至更远范围内的地质情况,为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。地震波在指定的24个激发孔 用小药量激发产生。地震波在岩层中以球面波形式传播,当地震波遇到溶洞、岩溶破碎带和岩层的分界面时,一部分地震波将会被反射回来,另一部分信号折射进入前方介质。反射的地震波将通过接收孔被高灵敏度的地震检波器接收并传递到主机。反射波的旅行时间和反射界面的距离成正比,故而能提供一种直接的测量。
三、主要施工技术措施
隧道通过岩溶区,应查明溶洞分布范围和类型,岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况,据此确定施工方法。
对于岩溶隧道浅埋段,视具体覆盖层厚度、地质情况采用大管棚、注浆小导管、地表小导管、地表砂浆锚杆、地表注浆等辅助施工措施,洞内通过初期支护设置工字钢拱架,二衬采用钢筋混凝土对衬砌结构进行加强,同时隧道软弱围岩地段,采用分部开挖法进行开挖,施工中加强监控量测,充分利用反馈信息来指导施工;合理组织分部开挖与支护台阶长度,开挖后及时进行初期支护。对困难施工地段增设环向中空注浆锚杆,加速围岩固结,增强围岩的自稳能力;严格按“先排管、后注浆、再开挖、注浆一段、开挖一段、支护一段、封闭一段”的作业程序进行施工。
岩溶地段围岩等级低,断层地带丰富,洞身断层破碎带施工应遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。根据超前地质预报探明的断层特征采取有效措施。在有地下水的情况下,采取全断面预注浆对地下水进行封堵,并加强隧道衬砌防排水设计,视断层软弱、破碎情况采用双排或单排注浆小导管进行超前支护,对衬砌结构进行加强,并通过基础设置注浆小导管提高衬砌结构承载力。将通过断层地段的各施工工序之间的距离缩短,尽快将断层地段进行全断面衬砌封闭,以减少岩层暴露、松动和地压增大;爆破掘进通过断层时,严格掌握炮眼数量、深度和装药量,尽量减小爆破对围岩的震动;采用上下导坑掘进、先拱后墙衬砌法施工时,其上导坑不宜超前过多,开挖后立即进行初期支护;支护宁强勿弱,并应经常检查加固。
对隧道岩溶段地下水的处理原则是宜疏不宜堵.为防岩溶水的突泥涌水,施工中采取超前探孔,预备足够的抽水设备,顺坡施工隧道作业面设置两侧排水沟进行施工排水,确保施工安全。复杂情况下应采取截、堵、排、综合治水的措施,堵水时,只能改变水流方向。
岩溶地段隧道最常见的地质灾害为溶洞,常用处理的方法“引、堵、越、绕”四种。
(1)引:遇到暗河或溶洞有水流时,直排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后,用暗管、涵洞、小桥等设施宣泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外。当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时,应在适当距离处,开凿引水斜洞(或引水槽)将水位降低到隧底标高以下,再行引排。当隧道设有平行导坑时,可将水引入平行导坑排出
(3)越。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。隧道底部遇有较大溶洞并有流水时,可在隧道底部以下砌筑圬工支墙,支承隧道结构,并在支墙内套设涵管引排溶洞水。隧道边墙部位遇到较大、较深的溶洞,不宜加深边墙基础时,可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过。当隧道中部及底部通有深狭的溶洞时,可加强两边墙基础,并根据情况设置桥台架梁通过。隧道穿过大溶洞,情况较为复杂时,可根据情况,采用边墙梁、行车梁等。
(4)绕:在岩溶区施工,个别溶洞处理耗时且困难时,可采取迂回导坑绕过溶洞,继续进行隧道前方施工,并同时处理溶洞,以节省时间,加快施工进度。绕行开挖时,应防止洞壁失稳。
四、溶洞地段隧道施工注意事项
1、当施工达到溶洞边缘,各工序应紧密衔接,支护和衬砌赶前。同时,应利用探孔或物探作超前预报,设法探明溶洞的形状、范围,大水、充填物及地下水等情况,据此制定施工处理方案及安全措施。
2、施工中注意检查溶洞顶部,及时处理危石。当溶洞较大较高且顶都破碎时,应先喷射混凝土加固,再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆,并应设置施工防护架或钢筋防护网。
3、在溶蚀地段的爆破作业应尽量做到多打眼、打浅眼,并控制爆破药量减少对围岩的扰动。防止在一次爆破后溶洞内的填充物突然大量涌入隧道,或溶洞水突然袭击燧道,造成严重损失。
4.在溶洞充填体中掘进,如充填物松软,可用超前支护施工。如充填物为极松散的砾石、块石堆积或流塑状黏土及砂黏土等可于开挖前采用地表注浆,洞内注浆或地表和洞内注浆相结合加固。如遇颗粒细、含水量大的流塑状土壤,可采用劈裂注浆技术,注入水泥浆或水泥水玻璃双液浆进行加固。
5.溶洞未作出处理方案前,不要将弃渣随意倾填于溶洞中。因弃渣覆盖了溶洞,不但不能了解其真实情况,反而会造成更多困难。
结语
随着我国经济的飞速发展,越来越多的隧洞工程投入建设。对岩溶地区隧洞施工技术进行研讨,结合实际地质情况,运用合理施工方法,有利于避免隧洞施工过程中发生险情,加快施工进度,节约施工成本,保障施工质量,进而为经济发展做出重大贡献。
论文作者:胡应洪
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/9
标签:溶洞论文; 隧道论文; 岩溶论文; 地质论文; 超前论文; 围岩论文; 地段论文; 《基层建设》2017年第12期论文;