藺書鈿

1 概述

隨著我國鐵路、公路、水電等基礎(chǔ)設(shè)施和大型工程項目的建設(shè),在山嶺隧道施工中經(jīng)常遇到巖溶地質(zhì)。由于溶洞分布的無規(guī)律性、不均一性及其形狀、大小的復(fù)雜性,決定了在設(shè)計階段不可能全而準(zhǔn)確地揭示沿線溶洞的分布情況;另外,溶洞的存在對隧道具有較大危害性,特別是特大型溶洞往往給施工帶來嚴(yán)重阻礙和重大損失。因此,在巖溶發(fā)育地區(qū)修建隧道過程中,如何保證工程安全順利實施,是工程技術(shù)人員必須研究和解決的重大課題。

通常情況下,巖溶發(fā)育的條件有3個:1)巖石的可溶性與巖石裂隙,可溶性巖石主要包括石灰?guī)r、白云巖、巖鹽等;2)水的侵蝕作用;3)水的流通條件。另外,地表地形、當(dāng)?shù)亟邓康拇笮〖捌渌采w表面土體的性質(zhì)也是造成巖溶發(fā)育的重要因素。巖溶對隧道的危害主要分為4種類型:1)洞穴的存在使建筑物全部或部分懸空,極大地降低了隧道的使用可靠度;2)巖溶水,特別是當(dāng)CO2等可溶性物質(zhì)含量增高時,水的流通將給隧道結(jié)構(gòu)帶來極大的侵蝕作用,影響隧道的使用壽命;3)洞穴堆積物因松軟易坍塌下沉,改變洞穴周邊的應(yīng)力分布形態(tài),影響隧道的穩(wěn)定;4)隧道中地下水流失,使隧道頂部地面巖溶塌陷,導(dǎo)致環(huán)境地質(zhì)被破壞,也是造成隧道結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因。因此正確處理溶洞對隧道施工具有重要意義。

巖溶問題對隧道施工而言,歸納起來是溶洞洞穴、巖溶水以及巖溶堆積物的危害,應(yīng)按其性質(zhì)及其與隧道的關(guān)系采取相應(yīng)的工程措施。

2 巖溶洞穴處置措施

隧道遭遇到發(fā)展和衰亡階段的巖溶中的大型溶洞、暗河時,應(yīng)對溶洞逐個處理,不必尋找標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計。設(shè)計的通用原則是:隧道的襯砌結(jié)構(gòu)有足夠安全性、保證在可預(yù)見期內(nèi)洞穴的穩(wěn)定性、原有水流通道不被阻斷、方案較為經(jīng)濟(jì)適用。

根據(jù)巖溶洞穴的大小、位置、穩(wěn)定性以及溶洞與隧道按交叉形式,分別采取相應(yīng)的工程措施。具體處理如下:

1)地下水不發(fā)育或干涸的小型溶洞無論其相交方式如何,都可用漿砌片石或干砌片石回填處理,必要時采取壓漿填充。2)隧道拱部以及拱以上空溶洞可視其穩(wěn)定性、溶洞巖石破碎程度采用噴錨支護(hù)加固,加設(shè)拱頂及拱頂回填的辦法處理。3)當(dāng)隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞,不宜加深邊墻基礎(chǔ)時,可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過。4)當(dāng)隧道中部及底部遇有探狹的溶洞時,可加強兩邊墻基礎(chǔ),根據(jù)情況設(shè)置橋臺、架梁通過。5)隧道與溶洞上下交叉時應(yīng)采用物探等方式探明其具體形態(tài)、交叉范圍、富水情況等,視其狀況,制定處理措施,原則上將隧底溶洞爆開孔洞,進(jìn)行漿砌片石砌筑填充支頂,預(yù)留出泄水通道。6)隧道與溶洞側(cè)壁相交叉時應(yīng)調(diào)查巖溶發(fā)育狀況巖溶水對隧道有無影響,無影響時可回填封閉處理。隧道底部用片石混凝土回填,靠邊墻1 m范圍用漿砌片石回填,其余回填棄碴,空隙吹砂填滿,壓注水泥砂漿膠結(jié)。7)隧道穿越垂直的溶洞時,在溶洞無充填物、干燥,洞身高大,洞壁有溶蝕裂隙,但在已停止發(fā)育情況下,隧道底以下部分用塊石、碎石回填密實,隧道底1 m范圍用漿砌片石回填,拱頂以上用漿砌片石施作護(hù)拱,厚度不小于1 m,以防溶洞頂部有落石掉塊,對拱部混凝土起到保護(hù)和緩沖作用。8)在隧道底部有較大規(guī)模溶洞時,可采用支承墻、支承柱、拱橋支頂、挖孔樁支頂?shù)燃庸烫幚?。如果溶洞較大,采用封堵、加固、支撐等方式處理時,費用較高;溶洞較小時又不易回填堵塞,工作面小,不易操作;若溶洞填充松軟時不宜建造基礎(chǔ),可采用布設(shè)結(jié)構(gòu)物直接跨越通過溶洞的辦法處理。

3 巖溶水處置措施

按以往隧道巖溶水處理方法國內(nèi)外已建成大量隧道,逐步形成了較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算理論與工程實踐體系,但在隧道的防水治理方面認(rèn)識則相對落后。在以往隧道無論設(shè)計還是施工,對巖溶水的處理多是“以排為主,排堵結(jié)合”,遇水多以暗溝、竹道、涵洞、泄水洞、明渠、滲溝、拱橋或增加輔助導(dǎo)坑等截流排除地下水。但對地下水采取以排為主的防水原則,造成地面和地下水大量漏失,可使隧道地區(qū)大量農(nóng)田干旱,地下水漏失,造成森林枯死,嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境。據(jù)統(tǒng)計,某些山嶺隧道排水,導(dǎo)致居民、牲畜飲水緊張。水的流通將給隧道結(jié)構(gòu)帶來極大的侵蝕作用,影響隧道的使用壽命。巖溶堆積物因地下水的流動而坍塌下沉改變洞穴周邊的應(yīng)力分布形態(tài),影響隧道的穩(wěn)定。隧道中地下水的流失,使隧道頂部地面塌陷,造成隧道結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定。因此可以采用以“通”為主,引、排、堵相結(jié)合的綜合處理措施?！巴ā笔侵副M量保持原有過水通道,不能因為隧道的修建發(fā)生大的變化;“引”是指截斷原有地下水通道,改走其他通道;“堵”是封死相交的地下水通道;“排”是特指引入隧洞,通過排水溝排走;“防”是指防止地下水進(jìn)入隧道。

巖溶水處理的工程措施有泄水洞和涵洞兩類,采用泄水洞排水屬于“排”和“引”的范圍,采用涵洞過水屬于“通”和“引”的范圍。

當(dāng)預(yù)測到隧道區(qū)域的巖溶水量大、水壓大,而隧道確實無法避開時,需考慮專門設(shè)置排水隧洞,達(dá)到排除巖溶水,降低地下水位,保持隧道干燥和施工安全的目的。

泄水洞應(yīng)位于地下水來向一側(cè),為防止巖溶水突然襲擊,施工中要采用超前鉆孔探測,預(yù)備足夠的抽水設(shè)備。泄水洞的設(shè)置可能對生態(tài)環(huán)境有不利影響,應(yīng)從施工、環(huán)保、安全等多方面進(jìn)行評價,以保證方案考慮周全,成本最低。

4 巖溶堆積物處置措施

對巖溶堆積物的處理可分以下幾種情況:

1)如溶洞局部、小部含堆積物,可先清除堆積物,再按相應(yīng)的溶洞空穴處理措施處理。2)如隧底遇堆積物溶洞,規(guī)模不大,可采用換填局部堆積物或設(shè)鋼筋混凝土蓋板通過;如規(guī)模較大,可采用鉆孔樁基礎(chǔ)以橋式結(jié)構(gòu)跨越。如隧道底部為松散或軟塑狀的黏土或砂黏土沉積物,為了防止汽車運行過程中結(jié)構(gòu)產(chǎn)生固結(jié)沉降,應(yīng)加強對基底的處理,隧道底部的處理可采用注漿加固、換填、樁基等方法。3)如工作面為含水的粉細(xì)砂或致密的黏土、砂黏土,采用滲透注漿、擠密注漿、劈裂注漿都十分困難時,可采用置換注漿法,即在工作面進(jìn)行注漿工程中,在距離注漿孔2 m左右,預(yù)留幾個排泄孔,將泥砂適量排除,用漿液充填其留下的空隙,起到加固地層的目的。該方法可以降低注漿壓力,促進(jìn)漿液的擴(kuò)散。4)如整個隧洞都在堆積物內(nèi),可采用臺階法施工,超前小竹棚或大竹棚注漿,加強支護(hù)手段,及早封閉仰拱或臨時仰拱,襯砌緊跟,加強襯砌結(jié)構(gòu)的方法通過。

5 結(jié)語

巖溶處理是一項復(fù)雜的技術(shù),應(yīng)因地制宜,綜合治理。除按常規(guī)進(jìn)行外,還需一些特殊的加固措施和施工方法,如超前支護(hù),錨噴施工和預(yù)加固等。本文所列舉巖溶隧道施工過程中常見的幾種災(zāi)害防治措施,有待進(jìn)一步完善。在具體地下工程施工中,以“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”為總體指導(dǎo)原則,最大限度地防止巖溶隧道災(zāi)害的發(fā)生,將巖溶災(zāi)害造成的損失降到最低,使施工安全和施工質(zhì)量得以保證。

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