富水區(qū)域?qū)λ淼腊踩缘挠绊懛治?/h1>
2013-04-18 05:51:53王先義
交通科技與經(jīng)濟 2013年2期
王先義，周 念
（重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074）
在處于富水區(qū)域的隧道工程中，地下水一直是個較大的難題，地下水不但影響著隧道的建設(shè)施工過程和建成后的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還產(chǎn)生了相應(yīng)的隧道病害。隧道在開挖過程中地下水將會不斷的涌入隧道，形成大量涌水、突水現(xiàn)象，嚴重影響隧道的開挖建設(shè)過程；不僅如此，隧道的建設(shè)也同時破壞地下水的生態(tài)環(huán)境，導(dǎo)致地下水位下降引起的地面沉降等種種現(xiàn)象；而在建成之后的隧道中，地下水也起著一個至關(guān)重要的角色，水荷載作用使圍巖壓力的重分布導(dǎo)致了各種病害的出現(xiàn)。隧道病害的形成往往跟地下水的沖擊有著千絲萬縷的關(guān)系，所以，如何合理的處理地下水問題在隧道工程地質(zhì)問題的發(fā)生過程中起到至關(guān)重要的作用，而在富水區(qū)域的隧道中，由于富于水無時無刻地對隧道結(jié)構(gòu)進行沖擊壓力，相較在一般地下水環(huán)境的情況下，富水區(qū)域中地下水所造成的影響應(yīng)更加的重視和研究。因此，本文以S103渝巴路賺寶隧道中由于富于地下水誘發(fā)的二次襯砌裂縫、路面錯臺為例，探討富水區(qū)域?qū)λ淼拦こ贪踩缘挠绊憽?/p>
1 賺寶隧道概況
賺寶隧道為雙向行駛隧道，全長1255m（K31＋910～K33＋165），屬長隧道。隧道進口和洞身位于直線上，出口位于R＝550.36m，Ls＝170m的圓曲線上，隧道設(shè)計縱坡為單向坡（＋2.86%／1255m）。
1.1 地質(zhì)構(gòu)造
隧址位于豐盛出場背斜西翼近軸部，屬復(fù)式背斜，背斜西翼筋軸部，有小的扭曲倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，該扭曲發(fā)生在須家河和雷口坡巖層段，隧道進口處巖層產(chǎn)狀108～115∠65～75；出口巖層產(chǎn)狀279～297∠72～65。
1.2 地層巖性
隧址區(qū)地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層、基層為三疊系上統(tǒng)須家河組、三疊系中統(tǒng)雷口坡組、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三、四段。
1.3 隧道病害情況及整治措施
賺寶隧道加固施工工期非常緊張，且緊鄰春節(jié)，在不違背安全和加固效應(yīng)的原則下，加快施工進度和減少安全風(fēng)險。根據(jù)病害現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及潛在隱患，針對具體病害成因，立足于徹底整治、不留后患、不得降低隧道結(jié)構(gòu)的安全度、設(shè)計標準和使用功能的前提，進行有效地整治措施。
該隧道在建設(shè)使用后出現(xiàn)大量的病害現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在二次襯砌裂縫和路面錯臺，其中二襯裂縫尤為突出。在隧道K32＋662.7～K32＋682.7段落中，出現(xiàn)路面錯臺現(xiàn)象，并且這段單側(cè)電纜溝有較小范圍的錯臺，經(jīng)考察分析主要原因是水荷載作用下，對隧道周邊圍巖造成水壓力，又因拱腳基礎(chǔ)較弱，引起路面的錯臺現(xiàn)象出現(xiàn)，并出現(xiàn)部分二襯開裂（但不嚴重），故采取重做拱腳基礎(chǔ)并注漿＋增加仰拱＋增設(shè)套供予以加固。在隧道其他段落均出現(xiàn)不同的二襯裂縫，對于二襯開裂并不嚴重的，對開裂情況進行鉆孔觀察，根據(jù)觀察結(jié)果決定是否拆除二襯。若不拆除二襯，針對滲水區(qū)段采取局部開槽引水，做好放排水措施，進行裂縫處置，并增設(shè)套供＋增加仰拱的措施予以加固（加強配筋和提高混凝土強度等級）；對于開裂特別嚴重的區(qū)段，采取重做二襯和增加仰拱的改造措施，遵循有關(guān)重做二襯和增加仰拱施工圖的相關(guān)要求，并采用自進式錨桿雙液注漿加速加固；其他不需要拆除二襯的區(qū)段，采取先對二襯裂縫處置，在增設(shè)套供、增加仰拱的措施予以加固。
在整個隧道病害情況及整治措施可以看出，整個隧道病害的罪魁禍首就是來自地下水的荷載作用，在建設(shè)過程中對地下水所造成的影響估計不足。
2 隧道病害原因分析
2.1 施工方面
就賺寶隧道病害而言，根據(jù)相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，在隧道建設(shè)過程中，K32＋670～K32＋673圍巖較破碎，有小股水涌出，其地下水也較豐富，處在一個地下水較豐富的地層中，對隧道的建設(shè)造成了很大的難題。而在K32＋940～K32＋943施工過程中有一溶洞，長5m，寬5.3m，高4.8m，從目前來看該溶洞為季節(jié)性溶洞，雨季時有水，或由于隧道修建后改變了地下水通道，從目前該溶洞排泄，進而地下水的水荷載作用造成了圍巖的壓力，產(chǎn)生相應(yīng)隧道病害。還有就是在原施工時，在K32＋985～K32＋988左側(cè)上方有一溶洞，并發(fā)生過突水、突泥等事故，并在當時采取了二次襯砌，但成果表明二襯基本失效。綜合以上情況，賺寶隧道的施工過程由于處在一個富水區(qū)域中，其中地下水的影響造成了多次在建設(shè)過程中的困難，發(fā)生涌水、突水等災(zāi)害現(xiàn)象，為施工質(zhì)量埋下隱患。
2.2 考察研究方面
就賺寶隧道病害而言，在賺寶隧道中出現(xiàn)多處二襯裂縫及路面錯臺現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場考察及研究分析發(fā)現(xiàn)，在K32＋960～K32＋990該段區(qū)間為富水區(qū)域，該段落襯砌背后的地下水相當豐富，但又因該隧道的排水系統(tǒng)受阻造成排水不通暢，該段襯砌最大埋深為67.9m，水壓力不至于擊破二次襯砌，但造成了二次襯砌的開裂，不僅如此，該段落的富于水因襯砌背后排水系統(tǒng)受阻后流向其他薄弱區(qū)域（大部分為Ⅲ級圍巖洞身段襯砌，無仰拱），造成其他區(qū)域產(chǎn)生二襯開裂及路面錯臺等現(xiàn)象。在一段處在富水區(qū)域的隧道，排水項目一定要滿足該區(qū)域水流影響的要求，就賺寶隧道而言，就是對地下水估計的嚴重不足，導(dǎo)致病害的產(chǎn)生。
在修建隧道的過程中，應(yīng)嚴謹?shù)乜疾煸谛匏淼浪幍貙拥牡叵滤闆r，并充分考慮其產(chǎn)生的影響，在富水區(qū)域地段，還必須做到能清楚富于的地下水能在隧道修建過程中和使用過程中對隧道結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生危害的一切不利因素。地下水與隧道的建設(shè)有著緊密聯(lián)系，是相互制約影響的；一方面地下水的滲流對隧道的影響，如果是少量的涌水對隧道建設(shè)影響不大，但大量的涌水、突水就會對隧道建設(shè)產(chǎn)生嚴重的破壞，甚至?xí)斐商鹿剩欢鴮ㄔO(shè)完成的隧道，地下水的滲流也會對隧道的穩(wěn)定及安全性產(chǎn)生影響，包括裂縫、錯臺等病害很多都是因為地下水滲流而引起的，這就對隧道的使用產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅；另一方面地下水在對隧道產(chǎn)生影響的同時，隧道在建設(shè)過程中也會對地下水的環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，特別在富水地層中，常常會發(fā)生地面沉降、塌方及形成嚴重的災(zāi)害。
3 結(jié)束語
在富水區(qū)域的隧道，地下水是影響隧道病害發(fā)生及隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全性的主要因素，由于富于水流所產(chǎn)生的效應(yīng)，水荷載直接作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上，也直接降低及損害了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且在水的長期活動下，導(dǎo)致隧道襯砌的混凝土被水飽和軟化及降低其強度參數(shù)，也就是降低隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性。就現(xiàn)狀而言，如何處理好富水區(qū)域中的地下水，這一直是個難題；目前在富水區(qū)域中，就是周邊水壓力較高的區(qū)段，應(yīng)進行專業(yè)的抗水壓襯砌的設(shè)計，要確保隧道襯砌在水壓力的作用下不開裂不發(fā)生過大的變形。而對于富水區(qū)域的隧道設(shè)計應(yīng)當摒棄“以排為主”的設(shè)計思路，建立起“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的設(shè)計思路。并且應(yīng)該結(jié)合隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境的承受能力和施工經(jīng)濟條件兩方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水環(huán)境的相對平衡。總的來說，在處于富水區(qū)域的隧道建設(shè)中，應(yīng)該要從一套嚴謹?shù)乃悸啡ニ伎嫉叵滤畮淼母鞣N影響，并且要有著充分地準備去面對各種難題，也應(yīng)該不斷在這方面的去研究及總結(jié)。
[1] 黃界潁.地下水中硫及其對土壤和作物硫效應(yīng)的研究[D].安徽：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.
[2] 中華人民共和國交通部.JTG D70－2004公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].北京人民交通出版社，2004.
[3] 杜煒平.隧道開挖地質(zhì)災(zāi)害規(guī)律與防治對策研究[D].長沙：中南大學(xué)，2001.
[4] 鄭立煌.公路隧道病害成因分析與隧道病害管理系統(tǒng)開發(fā)[D].上海：同濟大學(xué)，2005.
[5] 周書明.淺談隧道工程地下水的計算[J].鐵道工程學(xué)報，2000（2）：69－72.
[6] 白峰青，姜興閣.地下工程的可靠性與風(fēng)險決策[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2000（3）：237－239.
[7] 柴軍瑞，仵彥卿.作用在裂隙中的滲透力分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2001（1）：29－31.
[8] 黃波.運營隧道狀態(tài)的綜合評判[J]，世界隧道，2000（1）：58－60.
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1.1 地質(zhì)構(gòu)造
隧址位于豐盛出場背斜西翼近軸部，屬復(fù)式背斜，背斜西翼筋軸部，有小的扭曲倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，該扭曲發(fā)生在須家河和雷口坡巖層段，隧道進口處巖層產(chǎn)狀108～115∠65～75；出口巖層產(chǎn)狀279～297∠72～65。
1.2 地層巖性
隧址區(qū)地層為第四系全新統(tǒng)殘坡積層、基層為三疊系上統(tǒng)須家河組、三疊系中統(tǒng)雷口坡組、三疊系下統(tǒng)嘉陵江組三、四段。
1.3 隧道病害情況及整治措施
賺寶隧道加固施工工期非常緊張，且緊鄰春節(jié)，在不違背安全和加固效應(yīng)的原則下，加快施工進度和減少安全風(fēng)險。根據(jù)病害現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及潛在隱患，針對具體病害成因，立足于徹底整治、不留后患、不得降低隧道結(jié)構(gòu)的安全度、設(shè)計標準和使用功能的前提，進行有效地整治措施。
該隧道在建設(shè)使用后出現(xiàn)大量的病害現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在二次襯砌裂縫和路面錯臺，其中二襯裂縫尤為突出。在隧道K32＋662.7～K32＋682.7段落中，出現(xiàn)路面錯臺現(xiàn)象，并且這段單側(cè)電纜溝有較小范圍的錯臺，經(jīng)考察分析主要原因是水荷載作用下，對隧道周邊圍巖造成水壓力，又因拱腳基礎(chǔ)較弱，引起路面的錯臺現(xiàn)象出現(xiàn)，并出現(xiàn)部分二襯開裂（但不嚴重），故采取重做拱腳基礎(chǔ)并注漿＋增加仰拱＋增設(shè)套供予以加固。在隧道其他段落均出現(xiàn)不同的二襯裂縫，對于二襯開裂并不嚴重的，對開裂情況進行鉆孔觀察，根據(jù)觀察結(jié)果決定是否拆除二襯。若不拆除二襯，針對滲水區(qū)段采取局部開槽引水，做好放排水措施，進行裂縫處置，并增設(shè)套供＋增加仰拱的措施予以加固（加強配筋和提高混凝土強度等級）；對于開裂特別嚴重的區(qū)段，采取重做二襯和增加仰拱的改造措施，遵循有關(guān)重做二襯和增加仰拱施工圖的相關(guān)要求，并采用自進式錨桿雙液注漿加速加固；其他不需要拆除二襯的區(qū)段，采取先對二襯裂縫處置，在增設(shè)套供、增加仰拱的措施予以加固。
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就賺寶隧道病害而言，根據(jù)相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，在隧道建設(shè)過程中，K32＋670～K32＋673圍巖較破碎，有小股水涌出，其地下水也較豐富，處在一個地下水較豐富的地層中，對隧道的建設(shè)造成了很大的難題。而在K32＋940～K32＋943施工過程中有一溶洞，長5m，寬5.3m，高4.8m，從目前來看該溶洞為季節(jié)性溶洞，雨季時有水，或由于隧道修建后改變了地下水通道，從目前該溶洞排泄，進而地下水的水荷載作用造成了圍巖的壓力，產(chǎn)生相應(yīng)隧道病害。還有就是在原施工時，在K32＋985～K32＋988左側(cè)上方有一溶洞，并發(fā)生過突水、突泥等事故，并在當時采取了二次襯砌，但成果表明二襯基本失效。綜合以上情況，賺寶隧道的施工過程由于處在一個富水區(qū)域中，其中地下水的影響造成了多次在建設(shè)過程中的困難，發(fā)生涌水、突水等災(zāi)害現(xiàn)象，為施工質(zhì)量埋下隱患。
2.2 考察研究方面
就賺寶隧道病害而言，在賺寶隧道中出現(xiàn)多處二襯裂縫及路面錯臺現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場考察及研究分析發(fā)現(xiàn)，在K32＋960～K32＋990該段區(qū)間為富水區(qū)域，該段落襯砌背后的地下水相當豐富，但又因該隧道的排水系統(tǒng)受阻造成排水不通暢，該段襯砌最大埋深為67.9m，水壓力不至于擊破二次襯砌，但造成了二次襯砌的開裂，不僅如此，該段落的富于水因襯砌背后排水系統(tǒng)受阻后流向其他薄弱區(qū)域（大部分為Ⅲ級圍巖洞身段襯砌，無仰拱），造成其他區(qū)域產(chǎn)生二襯開裂及路面錯臺等現(xiàn)象。在一段處在富水區(qū)域的隧道，排水項目一定要滿足該區(qū)域水流影響的要求，就賺寶隧道而言，就是對地下水估計的嚴重不足，導(dǎo)致病害的產(chǎn)生。
在修建隧道的過程中，應(yīng)嚴謹?shù)乜疾煸谛匏淼浪幍貙拥牡叵滤闆r，并充分考慮其產(chǎn)生的影響，在富水區(qū)域地段，還必須做到能清楚富于的地下水能在隧道修建過程中和使用過程中對隧道結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生危害的一切不利因素。地下水與隧道的建設(shè)有著緊密聯(lián)系，是相互制約影響的；一方面地下水的滲流對隧道的影響，如果是少量的涌水對隧道建設(shè)影響不大，但大量的涌水、突水就會對隧道建設(shè)產(chǎn)生嚴重的破壞，甚至?xí)斐商鹿剩欢鴮ㄔO(shè)完成的隧道，地下水的滲流也會對隧道的穩(wěn)定及安全性產(chǎn)生影響，包括裂縫、錯臺等病害很多都是因為地下水滲流而引起的，這就對隧道的使用產(chǎn)生諸多不良影響甚至威脅；另一方面地下水在對隧道產(chǎn)生影響的同時，隧道在建設(shè)過程中也會對地下水的環(huán)境產(chǎn)生巨大影響，特別在富水地層中，常常會發(fā)生地面沉降、塌方及形成嚴重的災(zāi)害。
3 結(jié)束語
在富水區(qū)域的隧道，地下水是影響隧道病害發(fā)生及隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全性的主要因素，由于富于水流所產(chǎn)生的效應(yīng)，水荷載直接作用在隧道襯砌結(jié)構(gòu)上，也直接降低及損害了隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并且在水的長期活動下，導(dǎo)致隧道襯砌的混凝土被水飽和軟化及降低其強度參數(shù)，也就是降低隧道周邊圍巖的穩(wěn)定性。就現(xiàn)狀而言，如何處理好富水區(qū)域中的地下水，這一直是個難題；目前在富水區(qū)域中，就是周邊水壓力較高的區(qū)段，應(yīng)進行專業(yè)的抗水壓襯砌的設(shè)計，要確保隧道襯砌在水壓力的作用下不開裂不發(fā)生過大的變形。而對于富水區(qū)域的隧道設(shè)計應(yīng)當摒棄“以排為主”的設(shè)計思路，建立起“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的設(shè)計思路。并且應(yīng)該結(jié)合隧址區(qū)生態(tài)環(huán)境的承受能力和施工經(jīng)濟條件兩方面因素控制隧道的涌水量，保持地下水環(huán)境的相對平衡。總的來說，在處于富水區(qū)域的隧道建設(shè)中，應(yīng)該要從一套嚴謹?shù)乃悸啡ニ伎嫉叵滤畮淼母鞣N影響，并且要有著充分地準備去面對各種難題，也應(yīng)該不斷在這方面的去研究及總結(jié)。
[1] 黃界潁.地下水中硫及其對土壤和作物硫效應(yīng)的研究[D].安徽：安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，2003.
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[4] 鄭立煌.公路隧道病害成因分析與隧道病害管理系統(tǒng)開發(fā)[D].上海：同濟大學(xué)，2005.
[5] 周書明.淺談隧道工程地下水的計算[J].鐵道工程學(xué)報，2000（2）：69－72.
[6] 白峰青，姜興閣.地下工程的可靠性與風(fēng)險決策[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2000（3）：237－239.
[7] 柴軍瑞，仵彥卿.作用在裂隙中的滲透力分析[J].工程地質(zhì)學(xué)報，2001（1）：29－31.
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