浅谈岩溶地段隧道处理措施.pdf

岩土工程界 第11卷 第1期地下工程 〔 收稿日期 〕 2007 - 5 - 18 浅谈岩溶地段隧道处理措施 黄继勇 1 何现启 2 1. 浙南综合工程勘察院 2.信息物理工程学院 摘 要 岩溶给公路建设造成的工程地质问题是多方面的,处理好岩溶对隧道施工非常关键,隧道在溶洞 地段施工时,应根据溶洞分布范围、 类型情况大小、 有无水,溶洞是否在发育中,以及其充填 物、 岩层的稳定程度和地下水流情况有无长期补给来源、 雨季水量有无增长等,分别以引、 堵、 越、 绕等措施,对地下水主要采取以堵为主的原则,要保证施工、 结构和环境安全。 关键词 岩溶 地下水 隧道 岩溶对隧道的危害主要分为4种类型 1 洞穴 的存在使建筑物全部或部分悬空,极大地降低了隧 道的使用可靠度 ; 2 岩溶水,特别是当CO2等可溶 性物质含量增高时,水的流通将给隧道结构带来极 大的侵蚀作用,影响隧道的使用寿命 ; 3 洞穴堆积 物因松软易坍塌下沉,改变洞穴周边的应力分布形 态,影响隧道的稳定 ; 4 隧道中地下水流失,使隧道 顶部地面岩溶塌陷,导致环境地质被破坏,也是造成 隧道结构不稳定的原因。正确处理溶洞对隧道施工 具有重要意义 [1 ]。 1 处理原则 1岩溶水处理排堵结合,以堵为主,限量排 放。可以采用桥梁、 暗沟、 涵洞泄水洞、 渗沟等方 式排水以及浆砌片石封堵、 帷幕注浆堵水等方式控 制地下水流失,保持水环境的平衡。 2小型溶洞对溶洞规模较小,岩壁较为稳 定、 不发育、 无水的溶洞,可采用浆砌干砌片石封 闭、 回填,护拱防护、 加强衬砌、 抛石注浆、 隧道底板 设梁通过等方案。 3大型溶洞当溶洞规模较大时,可采取以下 两种方式通过 1 设简支梁、 栈桥、 拱桥、 边墙拱、 支 托等形式跨越。 2 设支承墙、 支承柱、 拱桥、 挖孔桩 等形式支顶 [2 ]。因地制宜 ,综合治理,就是根据隧 道所处的工程地质和水文地质条件及周围环境条 件,采取多种方法进行综合治理。 2 处理 岩溶问题对隧道施工而言,归纳起来是水、 溶洞 洞穴及其充填物的危害,应按其性质及其与隧道的 关系采取相应的工程措施。 211 地下水的处理 在隧道设计、 施工中,以往对地下水的处理方式 会造成大量地下水的流失。据统计,某些山岭隧道 排水,导致居民、 牲畜饮水紧张。特别是当岩溶水 CO - 3等含量增高时,水的流通将给隧道结构带来极 大的侵蚀作用,影响隧道的使用寿命。岩溶堆积物 因地下水的流动而坍塌下沉改变洞穴周边的应力分 布形态,影响隧道的稳定。隧道中地下水的流失,使 隧道顶部地面塌陷,造成隧道结构的不稳定。因此, 必须对这种大涌水量的岩溶水进行防治 [3 ]。 国内外已建成大量隧道,逐步形成了较成熟的 结构设计计算理论与工程实践体系,但在隧道的防 水治理方面认识则相对落后。在以往铁路隧道无论 设计还是施工,对水的处理多是“ 以排为主,排堵结 合 ”,遇水多以暗沟、 管道、 涵洞、 泄水洞、 明渠、 渗 沟、 拱桥或增加辅助导坑等截流排除地下水。但对 地下水采取以排为主的防水原则,造成地面和地下 水大量漏失,可使隧道地区大量农田干旱,地下水漏 失,造成森林枯死,严重影响当地的自然环境。因此 可以采用以堵为主,排堵结合的原则 [4 ]。 采用以堵为主的防水原则,防止地下水在隧道 中渗漏和漏失,高等级公路隧道不允许出现渗漏水, 经研究,提出了采取以堵为主的防水原则,要求采用 新技术,把地下水堵住。主要技术措施是在隧道防 水地段因地制宜地采用全断面预注浆、 裂隙注浆、 喷 射混凝土等,尽快将渗水通道堵住。如地质预探含 水量较大,可能有涌水出现时,宜采用全断面预注浆 的方法,将水流封堵在开挖面之外,即在隧道周边打 孔,以高压的水泥浆液或水泥 水玻璃浆液注入 75 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 地下工程GEOTECHN I CAL ENGI NEER I NG WORLD VOL. 11 No. 1 岩石裂隙,使隧道沿周边形成一个密封环;若含水量 不大,开挖后在出水点进行局部裂隙注浆予以封闭; 渗漏水不多时,初期支护的喷射混凝土即可防止残 余水浸湿。另外,二次衬砌还采取了结构防水措施, 即在初期支护与二次衬砌之间敷设一层无纺布及全 封闭的橡胶防水板或塑料防水板 , 接缝处设置止 水带。采用多层次防水措施能够防止公路隧道中地 下水渗漏。 具体施工时,可根据岩溶水对隧道的不同影响 及具体施工条件,采取不同的防治措施。隧道内对 岩溶水的处理,应视隧道所在的地质条件,岩溶发育 分带水的性质和流量大小,采取大疏,小堵,疏堵结 合,以疏为主和地表地下综合治理的方法分别处理。 大概具体处理可分两种情况 1隧道施工并未切断地下水的主天然通道 对于这种情况,如果采用排的方法可使地下水流失, 影响周围环境,因此,可采用全堵的方法。对于大股 流的岩溶水可采用全面注浆封堵法,注浆加固范围 应为隧道开挖轮廓以外1～2倍洞径,注浆段长应取 30m左右,注浆孔孔径应为90～108mm,注浆终止 压力应为水压力的2～3倍,浆液扩散半径为015～ 210m。如隧道周边存在大面积湿渍或渗漏水现象, 则应采取径向注浆进行封堵。注浆加固范围一般为 隧道开挖轮廓线外 0 15～110 D, D为隧道直径。 如岩层的溶隙、 软弱夹层的局部有股状涌水现象,出 水比较清澈,受大气降雨影响不大,其处理方法有直 接封堵法和间接封堵法。对于涌水压力P≤ 015MPa的股状出水点,如来水方向可以确定,可采 用直接封堵法进行处理。沿着出水部位和出水方向 直接钻孔,孔间距应控制在015～110m,钻孔深度应 为开挖轮廓线外 0 15～110 D,如孔内的出水部位 距离孔口较远,可安设和钻孔长度一样的注浆花管; 如孔内的出水部位距离孔口较近,可安设210m左 右的孔口管。对于涌水压力015MPa P≤110MPa 的股状出水点,或来水方向不能明确判断的出水部 位,可采用间接封堵法进行处理。在围岩表面距离 出水部位015～110m处,向出水方向钻斜孔,孔间 距控制在015～110m,钻孔深度与直接注浆法类似, 大部分孔应穿过出水岩层,将水引出。 2当隧道施工切断天然主通道对于这种情 况,如果采用堵的方法,会对施工和运营安全不利, 增加施工成本,而且影响周围环境。因此必须采取 引水的方法。如当暗河和溶洞有水流时,就应宜排 不宜堵。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,渲泄水流图 1 或开 凿泄水洞图2 ,将水排出洞外。当水流的位置在 隧道上部或高于隧道时,应在适当距离外,开凿引水 斜洞或引水槽将水位降低到隧道底部位置以下, 再行引排图 3 。 图1 桥涵渲泄水流 图2 泄水洞 图3 引水槽 212 洞穴处理 根据岩溶洞穴的大小、 位置、 稳定性,分别采取 相应的工程措施。具体处理如下 1隧道拱部的空洞视其稳定性、 溶洞岩石破 碎程度采用喷锚支护加固,加设护拱及拱顶回填的 办法处理。 2拱以上空溶洞,可视溶洞的岩石破碎程度 采用喷锚支护加固,或加设护拱顶回填的办法处理。 3对已停止发育,径跨较小,无水的溶洞,可 根据其与隧道相交的位置及其充填情况,采用混凝 85 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 岩土工程界 第11卷 第1期地下工程 土、 浆砌片石回填封闭。 4当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞时,可 加深该侧基础通过。 5当隧道底有较大的溶洞并有流水时,可在 隧道底部以下砌筑浆砌片石支墙,支承隧道结构,并 在支墙内套设涵管引排溶洞水。 6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,可在边墙部位或隧底以下筑拱 跨过。 7当隧道中部及底部遇有较狭窄的溶洞时, 可加强两边墙基础,根据情况设置桥台、 架梁通过。 8溶洞上大下小且有部分充填物时,可将隧 道顶部的充填物清除,然后在隧道底部标高以下设 置钢筋混凝土横梁及纵梁,横梁两端嵌入岩层。 9跨越当溶洞较大较深,可采用梁、 拱跨越。 但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上,必要时用 水泥加固。 10暗河的处理 1 涵、 管跨越如隧道底部存 在小体积的溶洞空腔或暗河,且宽度和深度都较小, 可在隧道底部设置暗涵、 管跨越;如顶部存在溶洞空 腔,有水流过,则应在顶部设置暗管跨越或将水引入 隧道底部跨越。 2 桥梁跨越如隧道底部存在大体 积的溶洞空腔,且宽度和高度都较大,可采用桥梁跨 越。但施做墩、 台时,一定要探明河底的地质情况, 合理选取桩的受力形式,确保基础的稳定性。 213 填充物 充填物的处理可分以下几种情况 1如溶洞局部、 小部含充填物,可先清除充填 物,再按相应的溶洞空穴处理措施处理。 2如隧底遇充填物溶洞,规模不大,可采用换 填局部充填物或设钢筋混凝土盖板通过,如规模较 大,可采用钻孔桩基础以桥式结构跨越。如隧道底 部为松散或软塑状的粘土或砂粘土沉积物,为了防 止列车运行过程中结构产生固结沉降,应加强对基 底的处理,隧道底部的处理可采用注浆加固、 换填、 桩基等方法。 1 基底换填如果基底溶洞充填物的 厚度小于210m 210m以下为基岩或微风化地层 , 可以考虑采用换填方法,换填材料可以选用浆砌片 石、 混凝土等。 2 基底注浆加固如基底溶洞充填 物的厚度为隧道仰拱以下210～1010m,可考虑采用 注浆加固法。钻孔应深入基岩310m左右,孔间距 为110～210m,注浆管宜选用无缝钢管,直径为76 ～108mm,注浆材料宜选用普通水泥或超细水泥浆, 注浆压力不应大于110MPa,注浆管上端应和仰拱相 连,以提高支护结构的强度和刚度 [5 ]。 3如工作面为含水的粉细沙或硬塑的粘土、 沙粘土,采用渗透注浆、 挤密注浆、 劈裂注浆都十分 困难时,可采用置换注浆法,即在工作面进行注浆工 程中,在距离注浆孔2m左右,预留几个排泄孔并安 设孔口管和阀门,将泥砂适量排除,用浆液充填其留 下的空隙,起到加固地层的目的。该方法可以降低 注浆压力,促进浆液的扩散。 4如整个隧洞都在充填物内,可采用台阶法 施工,超前小管棚或大管棚注浆,加强支护手段,及 早封闭仰拱或临时仰拱,衬砌紧跟,加强衬砌结构的 方法通过 [6 ]。 3 结论 岩溶处理是一项复杂的技术,应因地制宜,综合 治理。一方面应考虑对周围环境及居民生产、 生活 的影响;另一方面应一次根治,不留后患,确保隧道 施工和运营安全。以往采用以排为主的方法,会给 周围环境产生严重影响,因而目前逐渐转为以堵为 主的原则。但对溶洞进行封堵时,一定应认真测定 溶洞的水量、 水压,正确判定水流方向,并对涌出物 进行分析,以便合理选择注浆方式、 材料、 参数、 工 艺、 设备。对于不同大小、 不同位置的溶洞要采取不 同的措施。 参考文献 [1 ] 钟传江,胡蕊芬,焦南稳.隧道岩溶整治与支护施工工艺的探 讨.采矿技术, 2004, 41 58 - 59. 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