巖溶地區(qū)隧道施工技術(shù)淺談
2016-10-21
巖溶是地表水和地下水經(jīng)過(guò)不斷補(bǔ)給、徑流、滲透和循環(huán)對(duì)可溶性巖層進(jìn)行化學(xué)溶解作用和機(jī)械破壞作用的產(chǎn)物。作為巖溶發(fā)育的基本條件，巖石的可溶性和裂隙性以及水的侵蝕性和流通性是巖溶地區(qū)隧道施工的難點(diǎn)。如何提高巖溶地區(qū)隧道施工技術(shù)成了當(dāng)前業(yè)界所面臨的重要課題。
一、巖溶對(duì)隧道施工的影響
巖溶是地表水和地下水對(duì)可溶性巖層經(jīng)過(guò)化學(xué)作用和機(jī)械破壞作用而形成的各種地表或地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。
在巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道工程的建設(shè)，阻力很大。溶洞位于底部，因充填物軟而松，不利于隧道基底的施工；位于上部，施工時(shí)容易出現(xiàn)充填物坍塌，不宜開(kāi)挖；有些地區(qū)的溶洞巖質(zhì)不堅(jiān)固，破碎物較多，施工時(shí)稍有不慎，容易發(fā)生坍塌情況；的遇到填滿飽含水分的充填物溶囊，當(dāng)隧道掘進(jìn)至其邊緣時(shí)，含水充填物不斷涌入隧道，難以遏止，甚至地表開(kāi)裂下沉，山體壓力劇增；在施工時(shí)，也有可能遇上較大的水囊，導(dǎo)致巖石、泥土隨水大量沖向隧道；還有的溶洞，錯(cuò)綜復(fù)雜、迂回交錯(cuò)，其中的分支分布較廣，處理起來(lái)具有一定的難度。
二、隧道施工常采取的主要技術(shù)手段
1 地質(zhì)預(yù)報(bào)
采取地質(zhì)預(yù)報(bào)的方式主要目的有兩個(gè)：1）在施工期間，避免地質(zhì)災(zāi)害突發(fā)，從而給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全的危害；2）對(duì)地質(zhì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，可隨動(dòng)態(tài)變化的環(huán)境及調(diào)整設(shè)計(jì)內(nèi)容。目前，我國(guó)地質(zhì)預(yù)報(bào)的主要手段有地質(zhì)素描、物探、鉆探及洞探，其檢測(cè)的可信度隨其前后順序遞增。然而，由于巖溶地質(zhì)千變?nèi)f化，不可能僅靠單一的檢測(cè)手段就可準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。下面是筆者總結(jié)出的地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)手段的優(yōu)缺點(diǎn)，望能給業(yè)界人士根據(jù)實(shí)際需要綜合應(yīng)用：
1）TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)
a 優(yōu)點(diǎn)。（1）使用范圍廣。該種預(yù)報(bào)手段可在極軟巖地質(zhì)中監(jiān)測(cè)，也可在極硬巖中工作，因此使用范圍廣；（2）跨度大。能預(yù)報(bào)掌子面前方100~ 350 m范圍內(nèi)的地質(zhì)狀況, 圍巖越硬越完整預(yù)報(bào)長(zhǎng)度就越大；（3）干擾小。TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)時(shí)間大約需30分鐘，在隧道施工休息間隙，便可安排此項(xiàng)工作；（4）預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)及時(shí)。在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的第2天，便可出報(bào)告。
b 缺點(diǎn)。（1）TSP202( TSP203)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是根據(jù)24個(gè)爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質(zhì)體反射波到達(dá)接收器的時(shí)間，來(lái)確定其預(yù)報(bào)地質(zhì)體距離掌子面的位置，而實(shí)際情況與地質(zhì)體預(yù)報(bào)的位置有所不同，導(dǎo)致其準(zhǔn)確性有些變化；（2）預(yù)報(bào)的精度所能反映出的地質(zhì)體的寬度是根據(jù)采樣間隔和巖體彈性波速度來(lái)確定的；（3）該種預(yù)報(bào)方法對(duì)斷層、弱硬巖接觸面等面狀結(jié)構(gòu)的預(yù)報(bào)較為準(zhǔn)確，而對(duì)溶洞等點(diǎn)狀地質(zhì)體的放射信號(hào)不強(qiáng)，尤其是寬度小于0. 4m 的小型溶洞更是難以預(yù)報(bào)。
2）地質(zhì)雷達(dá)
a 優(yōu)點(diǎn)。（1）在地表探測(cè)5~ 30m 范圍內(nèi)的地下地層或地質(zhì)異常體如溶洞、空隙等)反射信號(hào)比較明顯；灰?guī)r地區(qū)隧道鋪底前采用中~ 低頻率的天線可作為探明隧底隱伏巖溶洞穴的手段；（2）而隧道混凝土襯砌質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)可采用高頻率的天線。
b 缺點(diǎn)。（1）由于雷達(dá)儀器的密封性能不好，導(dǎo)致其容易損壞，且操作不方便，不適合遠(yuǎn)距離的探測(cè)；（2）雷達(dá)的使用環(huán)境應(yīng)較為寬敞，而隧道內(nèi)的空間條件不大適合雷達(dá)的探測(cè)，再加上洞內(nèi)鋼架、鋼軌等金屬構(gòu)件的干擾，使其探測(cè)效果不佳。
3）紅外探測(cè)
a 優(yōu)點(diǎn)。該儀器體形較小，容易攜帶，操作程序簡(jiǎn)便，且可對(duì)探測(cè)地區(qū)實(shí)施全空間、全方位角度的探測(cè)，能對(duì)隧道外圍空間及掘進(jìn)面前方30m范圍內(nèi)是否存在隱伏水體或含水構(gòu)造進(jìn)行預(yù)測(cè)，占用隧道施工的時(shí)間基本可忽略，后期的數(shù)據(jù)分析、總結(jié)，簡(jiǎn)潔易懂、耗時(shí)較短。
b 缺點(diǎn)。預(yù)測(cè)隧道內(nèi)是否存在水體只限于在探測(cè)點(diǎn)前方30m 范圍內(nèi)，且水體的具體情況如水量、具體方位等都無(wú)法探測(cè)，可以說(shuō)紅外探測(cè)正處于定性分析階段，定量分析還有待研究。
2 隧道底部遇到溶洞的處理技術(shù)
對(duì)已無(wú)太大變化、空間小且無(wú)水的溶洞，可依據(jù)其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石等予以回填封閉。而是否需要邊墻基礎(chǔ)可根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)情況來(lái)決定。
1）當(dāng)遇到大且深的溶洞時(shí)， 可采用梁拱跨越。實(shí)施這種邊墻基礎(chǔ)應(yīng)注意，梁端、拱座應(yīng)選在較為穩(wěn)固的基石上進(jìn)行建設(shè)，為了增加穩(wěn)定性，也可用混凝土進(jìn)行加固；2）在溶洞進(jìn)行隧道施工時(shí)，若遇到狹長(zhǎng)且深的溶洞，可加深該側(cè)的邊墻基礎(chǔ)通過(guò)；3）當(dāng)隧道底部遇到較大溶洞并有流水時(shí)，可在隧底以下砌筑漿砌片石或混凝土支墻，支撐隧道結(jié)構(gòu)，并在支墻內(nèi)套設(shè)涵管引排溶洞水；4）若是遇到大溶洞，那么隧道施工的處理較為復(fù)雜，可視實(shí)際情況而定，采取邊墻梁及行車梁通過(guò)。
3 隧道拱部上方遇到溶洞的處理技術(shù)
當(dāng)溶洞具有較為穩(wěn)固的完整頂板、無(wú)明顯滲漏水現(xiàn)象，且其厚度在巖洞跨度的1/2以上時(shí)，可采用一般的路基及橋梁施工方案直接在溶洞中施工，可不需要襯砌結(jié)構(gòu)；若出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，應(yīng)做好襯砌結(jié)構(gòu)，以保護(hù)溶洞內(nèi)通行的車輛安全。在對(duì)溶洞內(nèi)的松石進(jìn)行清除時(shí)，應(yīng)采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體，防止巖洞或頂板的塌方。
總而言之，巖洞地區(qū)進(jìn)行隧道的施工較為復(fù)雜，為了提高施工質(zhì)量，施工人員應(yīng)不斷總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，提高對(duì)各種巖洞情況的認(rèn)識(shí)，此外，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，從而提升自己解決問(wèn)題的能力，為我國(guó)西南、中南巖洞地區(qū)隧道的施工貢獻(xiàn)一份力量。
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