对岩溶地区隧道设计的研讨

摘要：岩溶地区隧道设计应重视对围岩施工力学形态的研究,积极运用监控量测的分析结果,结合地质超前预测,增强设计的动态性。当岩溶灾害发生后,应根据现场施工环境和条件,针对不同类型的溶洞,制定合理、安全、快速的处理方案,保护岩溶地区的人文环境,降低施工期间的安全风险,不留安全隐患。

关键词：公路工程；隧道；设计

Abstract: the karst area tunnel design should pay much attention to the construction of the form of surrounding rock mechanics research, active use of monitoring measurement analysis results, combined with the geological advanced prediction, enhance the dynamic design. When karst after disasters, should be based on the field construction environment and conditions, in view of the different types of the cave, reasonable, safe, fast processing scheme, protection of the karst area human environment, lower during the period of construction safety risk, leaving no safe hidden trouble.

Key words: the highway engineering; Tunnel; design

中图分类号：X734文献标识码：A 文章编号：

1岩溶的成因及其发育的基本规律

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩石(碳酸盐岩、硫酸岩、卤素岩等)经过化学作用(溶蚀、沉淀)和机械作用(流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积等)而形成的水文现象和地貌现象的总和,包括岩溶过程和岩溶现象两部分。岩溶发育的基本规律寓于可溶性岩石与具有溶蚀能力的水流之中,水的溶蚀能力,岩石中可溶性矿物的含量、结构以及气候条件,地壳运动所造成的构造形迹,地形、植被等都是影响岩溶发育的主要因素。

2岩溶对隧道工程的影响

1)在岩溶隧道的施工中,涌水、突泥、涌砂是发生概率较高的灾害。

2)在岩溶隧道的施工中,一般遇到的岩溶为碳酸盐类岩溶,由于岩溶上覆一定厚度的盖层,所以会使岩溶地下水有一定的承压性,当隧道打通岩溶腔时,盖层、溶洞所组成的封闭体系被打破,使岩溶水以涌水形式向隧道内排泄,涌水致使地下水位急剧下降产生真空负压,而水流冲蚀及涌泥又造成土颗粒不断流失,使上部岩溶洞穴中的充填土层失去上托力,上覆土层在自重应力、真空吸蚀等作用下失稳,造成地表塌陷。

3)当地下有溶洞存在且岩溶裂隙比较发育时,隧道的施工可能会改变地下水流场,从而导致周围水环境的破坏。

4)空穴主要指无水溶洞和采空巷道以及废弃矿巷等。当空穴位于隧道下方时,存在隧道底板安全厚度问题;当空穴位于隧道上方时,会引起隧道断面增大,必须进行回填处理。

5)岩溶地区隧道围岩大变形主要发生在充填黏土、黏土夹块石岩溶地段。

3岩溶隧道设计要点

3.1岩溶区隧道围岩分级的特点

在保障隧道施工安全和结构工程质量的前提下,岩溶围岩分级应当充分考虑岩溶的自身发育程度、发育阶段和岩溶目前及将来可能对隧道的危害程度,并且根据实际开挖揭露岩溶形态或根据施工期地质预报结果,针对实际工程处理措施而进行岩溶围岩分级修正,从而指导设计。

3.2岩溶区隧道的地质超前预报

1)地质类方法。地质类方法包括利用地面地质工作的全部资料以及隧道施工中的掌子面描述资料的分析,掌握隧道穿过段岩体的地质格局,概略地预报地质界线、大型断层、主要涌水段、破碎岩体、围岩级别等。

2)地球物理预测方法。

a.瞬变电磁法(TransientElectromag-neticMethod,简称TEM)是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场,用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布,来解决有关地质问题的时间域电磁法。

b.Beam超前探测技术,它是一种聚焦电流频率域的激发极化方法,其最大特点是通过的环状电极发射一个屏障电流和在内部发射一个测量电流,以便电流聚焦进入要探测的岩体中,通过得到一个与岩体中孔隙有关的电能储存能力的参数PFE的变化,预告前方岩体的完整性和含水性;它的另一个特点是所有的装置都安装在盾构挖掘机的刀头(测量电极)和外侧钢环(屏蔽电流)上,也可装在钻爆法施工钻头的前方(测量电极)及两侧钢架(屏蔽电流)上。

3)水平钻探法。水平钻探法是超前地质预报最直接的一种方法,水平钻探法准确率高,在超前地质预报中占有很重要的位置。通过钻探对掌子面前方获取的地层岩性进行鉴别,确定其埋藏距离与厚度,溶洞及充填的性质,能查明钻探深度内地下水的赋存条件。

3.3岩溶区隧道注浆设计

1)注浆方案。岩溶隧道一般注浆方案见表1。

2)注浆材料的选择与注浆参数。注浆材料主要采用普通水泥单液浆(简称C浆)、普通水泥)水玻璃双液浆(简称C)S浆)、超细水泥单液浆(简称MC浆)、超细水泥)水玻璃双液浆(简称MC)S浆)、TGRM浆(简称T浆)、HSC浆。注浆材料使用时,应按照地质构造条件、注浆方案、水文地质条件的不同,综合考虑后选取,见表2。注浆参数应在着重进行工程类比的前提下,根据现场情况动态调整。

3.4岩溶区隧道工程衬砌结构的设计要点

1)岩溶地下水流的腐蚀性。一般情况下岩溶区地下水中含CO2浓度较大,具有较强的腐蚀性,隧道初期支护必须考虑防腐蚀的问题,采用防腐蚀混凝土材料,保证隧道结构的耐久性。

2)支护体系设计。a.超前支护设计。当地质超前预测到隧道前方岩溶纵向长度较短,并确认发生突泥、突水的可能性也较小时,可采用密排小导管超前支护,必要时进行注浆;当预测隧道前方岩溶纵向长度较长,并且发生突泥、突水的可能性较大时,应采用超前大管棚注浆支护。b.初期支护设计。岩溶地区隧道初期支护应根据实际情况进行加强,钢架宜采用工字钢,并根据情况调整设计间距,网喷混凝土宜采用C25,厚度不宜小于20cm。

3)二次衬砌设计。岩溶地区隧道二衬应考虑钢筋混凝土衬砌结构,有水压地段应考虑抗水压衬砌结构。实际的抗水压衬砌设计中将会遇到不同的情况,应当具体问题具体分析,根据抗水压衬砌的重要受力变形特点,以科学指导衬砌设计。

3.5监控量测设计

4)通过监控量测,分析施工过程中的应力应变状态,对及时调整支护措施和施工方案有着极其重要的指导作用。2)对于已完成的开挖支护地段,通过监测水量变化、水质变化、水压变化、应力变化等可确定岩溶段的安全状态,以检验设计方案和施工质量的安全性、合理性。

4结束语

岩溶地区修建隧道是复杂、系统的，虽然从设计理念、设计措施等方面可以降低隧道修建的风险，但还应从岩溶勘探手段、对岩溶认识了解上有新的突破为公路线路选线、隧道修建提供更可靠的依据，提高岩溶地区隧道的质量，保证线路运营安全。

参考文献

[1]司徒丽新,邹友泉，软弱围岩隧道施工方法及病害防治[J].山西建筑,2007,33( 32): 326-327.

[2]何发亮,李沧松. 隧道地质超前预报[ M].成都: 西南交通大学出版社,2006.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。