淺析巖溶地區(qū)工程治理措施
2016-10-21
一、巖溶及其形態(tài)特征
在可溶性巖石地區(qū)，地下水和地表水對可溶巖進行化學侵蝕作用、機械侵蝕作用以及與之伴生的遷移、堆積作用，總稱為溶巖作用。在巖溶作用地區(qū)所產(chǎn)生的特殊地質(zhì)、地貌和水文特征，稱之為巖溶現(xiàn)象。
巖溶是碳酸鹽類巖石與水作用的結(jié)果，只有碳酸鹽類巖石分布的地區(qū)，才有巖溶。我國碳酸鹽類巖石分布面積很廣，出露地表的約有120萬平方公里，約占全國面積的1/8，埋藏地下的更為廣泛，主要分布在我國南方廣西、貴州和云南東部，其中以廣西壯族自治區(qū)出露面積最大，約12萬平方公里，占自治區(qū)面積的60%左右。除此在湖南、湖北西部以及廣東的西部和北部巖溶也很發(fā)育。華北地區(qū)巖溶主要分布在山西和河北的太行山、太岳山、呂梁山和燕山一帶，其中尤以山西境內(nèi)比較發(fā)育。
巖溶與工程建設的關(guān)系很密切。在巖溶地區(qū)修建隧道，一旦揭穿高壓巖溶管道水時，就會造成大量突水，有事夾有泥沙噴射，給施工帶來嚴重困難，甚至淹沒坑道，造成機毀人亡的事故。在地下洞室施工中遇到巨大溶洞時，洞中高填方或橋跨施工困難，造價昂貴，有時不得不另辟新道，因而延誤工期。在巖溶地區(qū)修筑公路時，由于地下巖溶水的活動，導致路基基底冒水，水淹路基、水沖路基及隧道涌水等。
二、巖溶發(fā)育的基本條件
1、具有可溶性巖層，即以碳酸鹽類巖石為主的石灰?guī)r、白云巖及一系列過渡型巖石；
2、具有有溶解能力（含CO2）和足夠流量的水；
3、具有地下水運動，即地表水下滲、地下水流動的途徑。
三、巖溶地區(qū)工程地質(zhì)問題和防治措施
1、主要工程地質(zhì)問題
在巖溶地區(qū)進行工程建設，經(jīng)常遇到的工程地質(zhì)問題主要是地基塌陷、不均勻下沉和基坑、洞室涌水等。在建筑物基坑或地下洞室的開挖中，若挖穿暗河或地表水下滲通道，則會造成突然涌水，給工程施工和使用造成重大隧道和災難。
在巖溶地區(qū)修建工程建筑物時：首先，必須在查清巖溶分布、發(fā)育情況的基礎上，選擇工程建筑物的位置，盡可能避開危害嚴重的地段；其次，由于溶巖發(fā)育的復雜性，特別是不可能在施工之前全部查清地下溶巖的分布，一旦施工揭露出來，則必須針對性的采取必要的措施。
2、常用防治措施
對于地下建筑物地基中的巖溶空洞，可以用灌漿、灌注混凝土或片石回填的方法，必要時用鋼筋混凝土蓋板加固，以提高地基承載力，防止洞頂坍塌。
隧道穿越巖溶區(qū)，視所遇溶洞規(guī)模及出現(xiàn)部位采取相應措施。若溶洞規(guī)模不大且出現(xiàn)于洞頂或邊墻部位時，一般采用清除充填物后回填堵塞；若出現(xiàn)在邊墻下或洞底可采取加固或跨越的方案；若溶洞規(guī)模較大，甚至有暗河存在時，可在隧道內(nèi)架橋跨越。
對于溶巖地區(qū)的防排水措施應予慎重處理，主要原則是既要有利于工程修建，減輕巖溶的發(fā)展和危害，又要考慮有利于該地區(qū)的環(huán)境保護，不能由于排水、引水不當，造成新的環(huán)境問題。在隧道內(nèi)遇到巖溶水的問題，若巖溶水量較小，可采用注漿堵水，也可采用側(cè)溝或中心溝將水排出洞外；若水量較大，可采用平行導坑做排水坑道。
總之，對巖溶一般宜用排堵結(jié)合的綜合處理措施，不宜強行攔堵，且應做好由于長期排水造成的地面環(huán)境問題（如地面塌陷或地表缺水干涸）的處理補救措施。
四、隧道溶洞的處理措施
1、水處理
溶洞水處理應遵循采取“以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則。水處理措施基本可以分為以下三種：
?。?）泄水洞排水。當預測到隧道區(qū)域的巖溶水量大、水壓大，而隧道確實無法避開時，需考慮專門設置排水隧洞，達到排除巖溶水，降低地下水位，保持隧道干燥和施工安全的目的。泄水洞應位于地下水來向的一側(cè)，為防止巖溶水突然襲擊，
施工中預備足夠的抽水設備。泄水洞的設置可能對生態(tài)環(huán)境有不利影響，是否采用應從施工、環(huán)保、安全等多方面進行評價，以保證方案考慮周全，成本最低。
?。?）涵洞、倒虹管吸過水。隧道斷面與巖溶水相交時，為保證巖溶水暢通，在隧道底部設鋼筋混凝土圓涵或倒虹管，同時涵洞出入口周邊至隧道邊墻外緣采用漿砌片石回填密實。
?。?）注漿止水。施工中遇到巖溶裂隙出水，采用“圍截注漿法”止水，先在出水點周圍適當?shù)姆秶鷥?nèi)布孑L注漿，以形成封閉式止水帷幕，漿液填充與大裂隙連通的小裂隙，由遠至近，由外到里，層層縮小包圍圈.在注漿深度范圍內(nèi)使巖溶裂隙水成為管道型涌水，最后在集中出水口逆流注漿，這樣漿液擴散更有方向性，沿大裂隙逆流而上到達更深遠的部位，把水堵到更深層。
同時，隧道內(nèi)的大股涌水多隨降雨量變化，通過試驗確定地表水和洞內(nèi)水存在的水力聯(lián)系，除在隧道內(nèi)施以必要的工程措施外，在地表應攔截，引排地表水，并封堵地表水的下滲通路，從而減小地表水對洞內(nèi)的影響。
2、小型溶洞處理
對溶洞規(guī)模較小、巖壁較為穩(wěn)定、不發(fā)育、無水的溶洞，可采用漿砌（干砌）片石封閉、回填，護拱防護、加強襯砌、拋石吹沙注漿、隧道底板設梁通過等方案。對于無水和地下水小、充填較密實的小型溶洞，可采用小導管注單液水泥漿加固地層；對于有流水、充填情況不密實的小型溶洞，可采用小導管注水泥一水玻璃雙液漿加固地層。
對于隧道底部已填充的小型溶洞，可用加設底板梁加強襯砌的方式通過。將隧道底板或仰拱設計為平板式，底板及邊墻下部加布鋼筋，灌注鋼筋混凝土，使邊墻和仰拱（或底板）共同形成鋼筋混凝土梁，增強和改善受力性能。
3、大型溶洞處理
?。?）、采用支撐結(jié)構(gòu)通過溶洞方案。a.支承墻加固。若溶洞內(nèi)填充物松散、厚度較小，清除填充物，用漿砌片石墻支頂加固溶洞頂板；水流通過該處設置涵洞，以利排水。b.拱橋支頂加固。若溶洞內(nèi)填充物松散、厚度較大，可選用鋼筋混凝土拱支頂加固。c.挖孔樁支頂加固。對于深度較大的溶洞，可采用樁基礎加固，通過人工挖孔，實現(xiàn)成樁，樁底面嵌入基巖內(nèi)，樁頂鋼筋伸入鋼筋混凝土底板內(nèi)，與底板聯(lián)成一體，形成穩(wěn)定的受力體。d.支承柱嵌補加固。根據(jù)溶洞形態(tài)不同，采用支承柱，嵌補加固溶洞頂板，回填空隙并注漿加固溶洞基底。
2）采用跨越式通過溶洞方案。如果溶洞較大，采用封堵、加固、支承等方式處理時，費用較高；溶洞較小時又不宜回填堵塞，工作面小，不易操作。a.邊墻梁及行車梁跨越。施工方法采用先拱后墻法，使邊墻梁在拱圈保護下安全施工。道床行車部位采用鋼筋混凝土預應力梁。b.支墩、懸臂梁承托縱梁跨越。采用鋼筋混凝土板梁做底板，承托邊墻，托梁分別支承于支墩和懸臂橫梁上，懸臂橫梁采用錨桿錨固于基巖內(nèi)。c.邊墻拱跨越。將邊墻拱腳設在邊墻底部，拱頂定位在襯砌拱圈的拱腳下，通過配置鋼筋加強襯砌形成邊墻拱跨越溶洞。
3）采用繞避方案。在施工中遇到一時難以處理的溶洞，為不使工程陷于停頓，采用迂回導坑繞避溶洞，然后再進行處理。必須強調(diào)的是，當采用迂回導坑繞避溶洞時，為避免再次遇到溶洞，選擇迂回導坑位置前，應探明該范圍內(nèi)溶洞的情況后再決策。
五、結(jié)語
石灰?guī)r地區(qū)隧道中出現(xiàn)溶洞非常普遍，隧道施工中只有認真作好超前地質(zhì)預報，正確了解巖溶地貌的分布、巖溶發(fā)育規(guī)律構(gòu)造特點，根據(jù)遇到的不同巖溶構(gòu)造采取不同的處理措施，才能切實保證巖溶隧道施工的質(zhì)量、進度和安全。
參考文獻：
[1]工程地質(zhì)[M]，北京：大學出版社2005 64-65
[2]納黔路敘嶺關(guān)巖溶隧道施工綜合技術(shù)：孫代等
