巖溶隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

湯 萍

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司)

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巖溶隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

湯 萍

(山西遠(yuǎn)方路橋(集團(tuán))有限責(zé)任公司)

如今交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速，在建設(shè)公路工程時(shí)越來(lái)越多的項(xiàng)目施工需要通過(guò)隧道。本文分析了目前的施工關(guān)鍵技術(shù)，包括地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)、處治技術(shù)、監(jiān)控量測(cè)技術(shù)等。

巖溶隧道施工；關(guān)鍵技術(shù)；地質(zhì)災(zāi)害；地質(zhì)預(yù)報(bào)

1 地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)

1.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

優(yōu)點(diǎn)共三點(diǎn)：廣泛的適用范圍，無(wú)論是極軟巖、極硬巖還是中間任何的地質(zhì)情況均適用；較長(zhǎng)的預(yù)報(bào)距離，掌子面前方100～350 m以內(nèi)的地段均能預(yù)報(bào)地質(zhì)情況，越是完整和硬度大的圍巖越能延長(zhǎng)預(yù)報(bào)距離；不會(huì)嚴(yán)重干擾隧道，在隧道施工間隙就能完成，專門進(jìn)行此工作時(shí)間也大約只有半小時(shí)；可及時(shí)提交資料，采集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的次日就能提交成果報(bào)告。缺點(diǎn)則主要有三點(diǎn)，首先，彈性波速度不同時(shí)，地質(zhì)體的預(yù)報(bào)位置也會(huì)受到影響，進(jìn)而和實(shí)際情況間存在誤差，降低了預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性；其次，要結(jié)合巖體彈性波速度與采樣間隔確定地質(zhì)體的寬度，所以預(yù)報(bào)精度有所波動(dòng)；最后，預(yù)報(bào)點(diǎn)狀地質(zhì)體，如溶洞等時(shí)反射信號(hào)不明顯。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)

優(yōu)點(diǎn)是探測(cè)范圍包括地表5～30 m內(nèi)的地質(zhì)異常體(空隙、斷裂、溶洞等)與地下地層，而且有明顯的反射信號(hào)，將中低頻率的天線作為灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前的探明工具，可觀察到遂底的底隱伏巖溶洞穴。而且在實(shí)施混凝土襯砌時(shí)，采用高頻天線可以獲得理想的無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量。缺點(diǎn)密封性不好，容易損壞儀器，操作費(fèi)力費(fèi)時(shí)，只能探測(cè)短距離目標(biāo)，效果不佳。而且隧道內(nèi)的環(huán)境條件不適合地質(zhì)雷達(dá)的半無(wú)限空間理論基礎(chǔ)，同時(shí)受到金屬構(gòu)件，如鋼軌、錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架的影響，無(wú)法獲得理想的探測(cè)效果。

1.3 超前地質(zhì)鉆孔

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要有兩方面，其一是能直觀獲得鉆孔經(jīng)過(guò)部位的溶洞大小、裂隙度、巖體完整程度、地層巖性、是否有水與水壓高低等；其二是能夠在煤系地層測(cè)定孔內(nèi)瓦斯和煤的參數(shù)，實(shí)施相應(yīng)的防治措施，避免由于瓦斯和煤發(fā)生危險(xiǎn)事故。其缺點(diǎn)是資料僅是一孔之見(jiàn)、需長(zhǎng)時(shí)間占用隧道施工，而且費(fèi)用高。

1.4 紅外探測(cè)

優(yōu)點(diǎn)是小巧輕便，方便操作，能達(dá)到全方位全空間探測(cè)的目的，可以對(duì)掘進(jìn)面前方30 m范圍內(nèi)與隧道外圍空間存在含水構(gòu)造或隱伏水體進(jìn)行預(yù)測(cè)，而且不會(huì)占用隧道施工時(shí)間可直觀、快速、簡(jiǎn)介地分析資料。缺點(diǎn)時(shí)探測(cè)時(shí)只能確定是否有水，無(wú)法掌握水的具體位置、水體寬度和水量大小等。

1.5 地質(zhì)素描

該技術(shù)費(fèi)用低、可及時(shí)提交資料、不占用隧道施工時(shí)間、操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單，但對(duì)操作人員有較高的地質(zhì)知識(shí)要求，通常難以保證準(zhǔn)確性。

1.6 洞探法

優(yōu)點(diǎn)是可以將地質(zhì)情況準(zhǔn)確、直觀地預(yù)報(bào)出來(lái)，能夠?qū)ζ渌┕て鸬捷o助作用，但需要高昂的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性低。

2 巖溶隧道處治技術(shù)

我國(guó)許多規(guī)范中都對(duì)巖溶隧道工程做出了相關(guān)規(guī)定，比如隧道的施工、設(shè)計(jì)與勘察方面的要求分別在《鐵路隧道施工規(guī)范》、《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》和《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》有所體現(xiàn)。對(duì)其技術(shù)要求進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，處置巖溶隧道時(shí)遵循的原則就是“有機(jī)結(jié)合分部開(kāi)挖、加強(qiáng)支護(hù)以及繞、截、排、堵、越”。巖溶隧道工作只有按照這一原則展開(kāi)施工，才能為施工安全提供有力保障。比如某高速巖溶隧道在施工時(shí)將腳手架搭設(shè)在平臺(tái)上，方便處理溶洞頂部；按1 cm的間距用L=3 m的錨桿布置左洞下溶洞，從而實(shí)施加固處理；有一個(gè)大溶洞存在于隧道下方，將排水管設(shè)在溶洞的底部，方便排水；將擋土墻設(shè)在溶洞底部側(cè)面，接著采用洞碴進(jìn)行溶洞回填，采用噴錨加固隧道底部，提高底部的穩(wěn)定性。該工程良好結(jié)合了原則中提到的各項(xiàng)元素，所以當(dāng)完成施工后各項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)檢測(cè)均與質(zhì)量要求相滿足。

3 巖溶隧道的監(jiān)控量測(cè)技術(shù)與反饋技術(shù)

監(jiān)控和量測(cè)巖溶隧道的內(nèi)容主要包括兩方面：其一是監(jiān)控支護(hù)段的安全。不僅要根據(jù)目前國(guó)家的規(guī)范規(guī)定實(shí)施常規(guī)安全監(jiān)控，還要制定特殊方案對(duì)有暗河或者有溶洞應(yīng)當(dāng)位置進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。其二是獲取監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，為后續(xù)施工提供參考依據(jù)，利用得到的信息反饋施工。反饋施工技術(shù)的步驟則主要有以下四點(diǎn)：首先是建立地質(zhì)力學(xué)模型，其次是量測(cè)不受到巖溶影響的斷面，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)對(duì)圍巖巖體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反分析。接著利用超前預(yù)報(bào)手段明確和整理溶洞的力學(xué)參數(shù)和幾何參數(shù)。最后是以反分析獲得的溶洞力學(xué)參數(shù)、幾何參數(shù)以及圍巖巖體力學(xué)參數(shù)為依據(jù)，通過(guò)數(shù)值分析手段為尚未施工的地段制定加固方案。

4 開(kāi)展巖溶隧道施工的幾點(diǎn)管理建議

首先要針對(duì)各施工關(guān)鍵技術(shù)建立健全項(xiàng)目管理體制，包括反饋施工管理體制、監(jiān)控管理體制、預(yù)報(bào)管理體制。其次是加強(qiáng)人員管理，各崗位的工作人員所學(xué)的專業(yè)不同，管理者需加強(qiáng)其專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，提高其專業(yè)知識(shí)水平。比如地質(zhì)預(yù)報(bào)人員需掌握物探專業(yè)和地質(zhì)工程專業(yè)的知識(shí)技術(shù)，巖溶處治人員學(xué)習(xí)橋梁專業(yè)、隧道專業(yè)和地質(zhì)工程專業(yè)的知識(shí)技術(shù)，監(jiān)控人員學(xué)習(xí)隧道專業(yè)、測(cè)量專業(yè)的技術(shù)，反饋施工人員掌握工程力學(xué)專業(yè)、隧道專業(yè)、地質(zhì)工程專業(yè)的知識(shí)技術(shù)。第三是注重料、機(jī)管理，包括鉆機(jī)、物探等地質(zhì)預(yù)報(bào)儀器、監(jiān)控儀器、巖溶處治機(jī)具和反分析軟件等反饋施工用品。第四是嚴(yán)格根據(jù)規(guī)范規(guī)定和既定方案施工，確保施工質(zhì)量。第五是針對(duì)常見(jiàn)地質(zhì)災(zāi)害制定防治預(yù)案，并定期組織施工人員演習(xí)，以便良好應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。最后，由于巖溶隧道施工涉及到許多專業(yè)，通常施工單位難以及時(shí)解決各種疑難問(wèn)題，需要建立完善專家咨詢制度。

總而言之，巖溶隧道施工的復(fù)雜性較高，巖溶問(wèn)題必須引起各施工單位的注意，處理巖溶的難度較大，施工人員要根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇適合的施工方法，順利進(jìn)行施工。在應(yīng)用地質(zhì)預(yù)報(bào)、巖溶處治等關(guān)鍵技術(shù)時(shí)，要遵循相關(guān)原則，保障施工質(zhì)量，避免發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。除此之外還要加強(qiáng)施工管理，完善相關(guān)制度和體制，確保施工的安全性。

[1] 李術(shù)才,薛翊國(guó),張慶松,等. 高風(fēng)險(xiǎn)巖溶地區(qū)隧道施工地質(zhì)災(zāi)害綜合預(yù)報(bào)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2014,(7):1297-1307.

[2] 張慶松,李術(shù)才,韓宏偉,等. 巖溶隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與突水災(zāi)害防治技術(shù)研究[J].山東大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2013,(13):106-110.

[3] 劉德強(qiáng),宋戰(zhàn)平,姜忻良. 巖溶隧道帷幕注漿止水技術(shù)及施工——以宜(昌)萬(wàn)(州)鐵路金子山隧道為例[J].水利與建筑工程學(xué)報(bào),2014,(3):38-39.

2015-03-15

湯萍(1979-)，女，工程師，研究方向：公路路基、路面、橋梁施工管理。

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1008-3383(2015)12-0150-01