2015年第3期 (总第253期) 黑龙江交通科技 HE LLONGJIANG JIAOTONG KEJ No.3,2015 (Sum No.253) 隧道勘察设计在岩溶发育地区的经验与施工策略研究 马铁蹄 (铜仁市公路勘察设计院) 摘要:通过对典型岩溶地貌基本特征的描述,剖析了岩溶隧道风险的成因,根据隧道工程的特点,结合施工 中存在的一些问题,从勘察设计的视角进行研究概括,从而为隧道施工方案奠定了良好的基础。 关键词:岩溶隧道;施工对策;勘察设计;风险 中图分类号:U442 1岩溶的形态及形成条件 1.1岩溶的形态特征 文献标识码:C 文章编号:1008~3383(2015)03—0139—02 地下隧道通常位于地下水位之下,而地下水位又和岩溶 区域比较接近,所以一旦隧道通过岩溶区域时,不可避免地 会引起地质灾害,这在分险等级中属于高风险。 (3)水下隧道。 水下隧道最主要的特点就是水资源丰富,而且隧道突水 的压力较大,地质灾害最严重,政治条件最困难,在这三类风 险中属于风险最大的等级。 2.2岩溶制约隧道施工进程 岩溶主要分布在以碳酸盐类为主的可溶性岩石周围,这 是因为由于地下水的冲击对可溶性岩石产生了破坏性的作 用,与可溶性岩石产生了化学溶解,从而引起了各种地质现 象和形态发生了改变。 岩溶发育初期大多是石芽和溶沟,然后慢慢形成落水洞 和溶斗。随着时间的推移,地下洞穴开始慢慢扩大,相互交 汇成一个地下水系统,并以地下水面为分界线,地下水面以 上的溶洞干涸,而地下水面以下的溶洞则水资源丰富,这就 是熔岩发育的青春期。岩溶进人中年期后,由于地面被长期 腐蚀,贴近地面的溶洞的顶板就会开始崩塌,而此时地下河 的一些段塌顶也逐步变成地面河。最后,石灰岩被大量腐 蚀,溶洞和地下河大量崩塌,最终形成了平原地貌。此时。我 们可以形容该时期为岩溶的老年期。 1.2岩溶的形成条件 岩溶的发育离不开三个条件,即岩层具有可溶性,水要 充足并且具有腐蚀性,水的状态必须是持续流动的。这三个 在勘察设计过程中,隧道的施工进程往往受到岩溶的影 响,其影响方面主要有以下几点。 (1)突泥突水。 由于岩溶地带有很强的腐蚀性,地面结构很容易崩塌, 所以施工进程比较缓慢,如果不顾及岩溶地段的特殊性,一 旦岩溶崩塌就会造成场地被毁,人员受伤,最终导致工期延 误。根据有关资料的显示,可以把突泥突水分为4个风险等 级。 ①I级(严重)。特大突水(涌水量大于1 X 10 m’/d)、 大型突水(涌水量1×10 一1×10 m /d)、突泥、高水压。突 水发生的时间无法确定,短则几小时,长则十几小时,一旦发 生突水情况,施工掌子面在短时间内被淹没,施工设施被破 坏,施工人员的安全也令人担忧。 ②Ⅱ级(较严重)。中小型突水(涌水量1 X 10’~1× 10 In3/d)、突泥,此时的突泥突水对施工的影响甚微,也不 会伤害施工人员的人身安全。 ③Ⅲ级(一般)。小型涌水(涌水量1 X102—1 XlO3 m3/d)、 涌泥。 条件相辅相成,缺一不可。 除上述三个条件外,岩溶的发育还会受到气候,地形地 貌等因素的影响。气候的变化直接影响着水的溶蚀能力、规 模以及被腐蚀的速度。而对岩溶发育影响最大的当属降水 量和气温,一旦降水量和气温越来越高,岩溶就越容易被侵 蚀,它的成长速度也就越快。然而,地形地貌对岩溶的发育 成长也不容小觑。在分水岭地区,由于水资源不充足,一般 都是靠降水补给,所以,靠近分水岭地区的岩溶作用相对比 较薄弱。在丘陵地区,地下的水资源充足,不断地在流动,并 且与暗河相连,所以岩溶作用很强。山顶虽然也有竖井和溶 洞,但是水流基本趋于停滞状态,所以几乎没有岩溶作用可 言。 2隧道勘察设计在岩溶发育地区遇到的问题 2.1岩溶隧道的风险等级 ④Ⅳ(轻微)。涌水量小于1 X 10 m3/d,涌突水可能性 极小。 (2)地表作用。 如果隧道内的岩溶水流动量大,就会造成地表塌陷以及 地表严重缺水的状况。 在进行隧道勘察设计前必须先了解隧道的风险状况,其 次根据其风险状况制定合理有效的施工处理方案以及应急 处理措施,以便最大程度地降低施工中的人员伤亡。岩溶隧 道按照地表所处的地理位置不同,分为三类: (1)陆地越岭隧道。 该类型的隧道是工程施工中最常见的一种,也是目前隧 道风险评估的主要对象,同地下隧道和水下隧道相比较而 言,是最容易整治的。 (2)地下隧道。 收稿日期:2014—12—26 (3)结构作用。 有时在开挖岩溶地段的隧道时会发现有很多小溶洞,这 些小溶洞的水量很少,有的甚至无水,但这并不代表没有安 全隐患。如果在雨水频繁的季节,已完工的衬砌或支护受岩 溶水的影响而出现开裂、变形的现象。 (4)空溶洞和充填溶洞的影响。 这两种溶洞的施工成本比较大,和普通溶洞相比,施工 难度大,施工进程也会相对减慢。 2.3勘察设计时面临的岩溶问题 岩溶隧道的设计施工一直是隧道工程界的一个难点,这 作者简介:马铁蹄(1978一),男,河南人,工程师,研究方向:公路工程施工管理。 ・l39・ 总第253期 黑龙江交通科技 第3期 是因为岩溶发育的不均衡行和不规则以及其他因素的难以 掌控,发育的形态也千奇百怪。一般来说水源多的地段隧道 要进行横向扫描和钻孔探测,岩溶区隧道在仰拱或底板施工 前要纵向进行3条侧线扫描,根据上述的测量信息采取相应 补救措施,如增加钢筋混泥土底板等。 (2)岩溶隧道地表塌陷机理与处治方法。 地表塌陷是因为有溶沟和垂直溶洞的存在,由于溶沟的 宽度、深度、长度以及溶沟与隧道方向位置的关系难以把握, 所以在隧道进洞初期地表塌陷的现象经常发生,尤其是在偏 压地段。为了防止事故的进一步扩大,应当把洞内塌方体的 封闭稳定和地表截水沟作为首要措施。 衬砌设计很难把握,而突水突泥现象对工程施工的进度和安 全造成了很大危害。多年来,国内外隧道施工团队一直把特 长岩溶隧道问题作为重大难题。我国在隧道勘察施工过程 中均遇到过岩溶突泥突水、底板塌陷以及顶板溶洞充填物陷 落冒顶等问题。例如:在修建贵昆铁路梅花隧道时,遭遇地 下河及大型溶洞,商讨后决定在隧洞中修隔水墙,拦截暗河; 在修建京广铁路大瑶山隧道时,由于岩溶突水不断聚集,最 终形成泥石流,导致铁路运营长期停滞,损失惨重。 3隧道勘察设计与施工策略 3.1隧道勘察设计 避免大范围、发育严重的岩溶地带;避免与地下暗河的 水流交汇;避免大面积地穿越水岩层,这是在隧道工程设计 时需要总体把握的原则。在初步设计勘察时,需要对基岩情 况、地下水出头情况、各种溶蚀地貌的发育状况进行大面积 地表塌陷的类型和形态大小的不同决定了应该采用什 么方法进行处理。对于宽度小的溶槽,可以通过锚杆锚固来 解决或者采用大石块来填充。而对于表面积较大的溶沟区 可以采用地表注浆的方法来加固塌陷地表。对于陷坑表面, 可以用网喷混凝土浇盖,再加上钢化管注浆加固,安全通过 后方可用水泥土回填顺接地表,并通过喷射混凝土来封闭表 面。 的勘察。对于隧道周围有大规模水源体或大规模的导水通 4结束语 道应予以重点关注,然后根据勘察结果制定可靠的勘察设计 岩溶地区隧道设计是一项高难度且多样化的系统工作。 方案,对于存在地下暗河的区域,要清楚地下水系与隧道的 方面要结合相应的地质、水文情况,还要考虑到对环境的 地理位置关系,在设计方案时尽可能地避免地下水系与隧道 影响;另一方面要能够一次性完成根治,没有后顾之忧,保证 轴线纵横交错,降低施工过程中的风险。初步勘查设计完成 施工和运营能够有效进行。在隧道勘察设计时,要综合考虑 后就可以利用初勘的原始图件对隧道穿越地层进行进一步 各方面的因素,根据每个项目的特点进行合理检测安排,控 的勘探。比如,对初勘中可疑地段进行有针对性的勘察;对 制风险成本,推动整5"-r ̄目的顺利进行。 隧址区的岩溶发育情况和地下水系情况进一步的详细探明。 参考文献:[1]莫阳春,周晓军.达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析[J]. 在进行图稿设计时,要考虑对岩溶发育区衬砌加强设计。 一3.2施工策略 中国铁道科学,2008,29(3). (I)详细检测岩溶发育区域。 岩溶区的溶洞发育形态绰约多姿,与隧道的位置有着千 丝万缕的关系,在隧道基床底部还有各种各样的岩溶发育地 段,这些岩溶发育地段不管有没有布设仰拱,都无法全部说 明岩溶对隧道造成的不利彤响。针对以上问题,在施工前要 对隧道基床进行检测并制定详细的检测方案,在异常区内需 (上接第138页) [2] 宋瑞刚,林国涛.岩溶发育地区隧道勘察设计经验与施工对策 [J].北京交通大学学报,2012(2). [3]石少帅.深长隧道充填型救灾构造渗透失稳突涌水机理与风 险控制及工程应用[J].山东大学,2014(4). [4]谭远发.长大深埋隧道工程地质综合勘查技术应用研究[J]. 铁道工程学报,2012,(4). 凝聚力。其次,要在工作中不断强化管理与技术人员的素 质。施工现场的技术与管理人员不仅要具备丰富的专业经 力张拉施工,张拉作业人员只有经过培训合格之后才能上 岗。此外,预应力筋在进场和安装的过程中都要接受严格的 检查与监督,并对压浆等过程进行严格的控制。 验,同时在工作中还要不断学习,使自己的业务素质与专业 4结语 知识得到有效提升。同时还应该通过奖惩措施和绩效考核 综上所述,路桥建设项目在国家经济发展过程中具有十 向措施激励管理与技术人员在工作中不断完善自己。最后, 分重要的作用,应该不断推动管理理念与体制的创新与发 强化基层施工人员的安全教育。本着安全生产的原则,严格 生,同时促进自身工作水平与工作质量的创新,进而推动工 将施工管理工作中的具体环节认 按照相关规章与制度进行实际操作,尽量在源头上使质量和 程项目资源得到合理利用,真的做好,同时管理者应不断提升自身的素质,形成正确的 安全事故得到避免。 管理意识,对存在于路桥项目中的问题进行积极的解决,进 3.3加强施工技术管理 (1)对混凝土裂缝进行控制 步推动路桥工程项目质量的有效提高,从而可以更好的为 混凝土裂缝的控制是有效保证桥梁质量的一项重要手 国家经济发展提供可靠的物质保障。 段,桥梁基础和墩柱会使用大面积的混凝土,因为受到水化 参考文献: 葛忠广.浅谈如何做好山区高速公路桥梁施工的安全管理工 热的作用会发生膨胀,加上受到外层约束,很容易会出现裂 [1]一缝。所以应该针对混凝土内部最高温度以及浇筑温度进行严 格的控制。 (2)对孔口高程和钻孔深度误差进行控制 孔口高程和钻孔深度误差的控制可以使桥梁各构件的 作[J].门窗,2013,(6):257. 【2] 陈崇建.浅谈高速公路桥梁施工中安全管理所在的问题[J]. 中华民居(下旬刊),2013,(10):321—322. [3] 王志强.高速公路桥梁施工常见质量问题及控制策略[J].山 西建筑,2012,(6):187—188. 准确性得到保证,进而在施工以及施工的时候使内力的产生 得到有效避免。 (3)对预应力构件预制进行严格控制 高速公路桥梁在施工过程中会对预应力构件进行大量 使用,可以说预应力构件的制作过程直接决定了公路桥梁的 质量。在施工过程中主要由工程项目技术负责人主持预应 ・[4] 张强.高速公路桥梁施工质量管理与控制的若干思考[J].黑 龙江交通科技,2012,(6):135—136. [5]程长洪,万义云.精益思想在桥梁施工管理中的应用[J].交 通建设与管理,2014,(22):260—262. [6]苏晓锋,张欢欢,王晓亮.解析公路桥梁施工管理与风险[J]. 黑龙江科技信息,2013,(34):277. 】40・