隧道岩溶防治措施

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1、隧道岩溶防治措施摘要:随着我国经济的快速发展，大型工程建设日益增多，特别是近些年， 高铁线路大规模建设。高铁线路一般由隧道、桥梁、路基等工程组成，而岩溶、 坍塌、滑坡等地质灾害对隧道、桥梁、路基等工程的顺利建设起着至关重要的作 用。地下工程（如隧道）施工中常会遇到暗河、溶洞、承压水等不良地质情况， 极易发生较大规模的涌水、涌泥事故，一般以水、淤泥、泥砂为载体迅速突出， 是隧道施工特别严重的地质灾害之一。一般地质条件下不易发生，但由于其具有 较强的隐蔽性和不可预见性，极易造成严重的经济损失，甚至造成人员伤亡。因 此，隧道施工遇到地下水、岩溶水发育的软弱破碎围岩时，应做好预测预报及防 治措施。本文

2、结合方斗山隧道岩溶防治措施及经验对岩溶的防治作一简要论述。【关键词】隧道 岩溶 预测预报 防治措施岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而 形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。通常情况下，岩溶发育的条件有三个， 一是岩石的可溶性，其次是岩石的透水性，最后是流水的溶蚀、流动作用。另外， 隧道所处地形、当地降雨量的大小及覆盖隧道地表面土体的性质也是造成岩溶发 育的重要因素。1、岩溶的危害及处理措施1.1岩溶对隧道的危害岩溶对隧道的危害主要分为四种类型：（1）洞穴的存在使建筑物全部或部分悬空，将极大地降低隧道的使用可靠 度；（2）岩溶水特别是当可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧

3、道结构带来 极大的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；（3）洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响 隧道的稳定；（4）隧道中地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质被破坏， 是造成隧道结构不稳定的原因。1.2隧道岩溶的处理措施隧道施工遇到岩溶危害时，可根据岩溶对隧道不同的影响情况及具体的施工 条件，采取不同的处理措施。隧道通过岩溶的处理方法很多，主要有以下一些处理方法:（1）对洞穴的处理：对隧道周边岩体进行封闭、注浆加固、支护加固、加 强衬砌；（2）排水处理：暗沟、管道、涵洞、泄水洞、明渠、渗沟、拱桥或增加辅 助导坑节流排除地下水等；（3）洞穴填充物的处理：通过对洞穴填

4、充物进行换填或注浆、设置隧道拱 部拉杆拱等；（4）管棚支撑、地表注浆、锚固桩等；（5）当溶洞不具有坍塌条件的完整顶板，其厚度大于等于洞跨度的1/2时 或溶洞节理裂隙发育，且胶结不良，具有坍塌条件的不完整顶板，其厚度大于等 于洞高的5倍时且无明显渗、漏水的情况下可以不处理而直接通过该溶洞。2、隧道超前地质预探、预报2.1 TSP203超前地质预报系统超前探测隧道掘进过程中，每开挖100m通过TSP203对开挖前进方向进行中长距离 （100200米）预报，对一定规模的断层破碎带和岩溶带进行预报。方法：TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源 点（通常在隧道的左或右边墙，大约2

5、4个炮点）用小量炸药激发产生。当地震 波遇到岩石波阻抗差异界面（如断层、破碎带和岩性变化等）时，一部分地震信 号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地 震检波器接收。数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方不良地质 体的性质（软弱带、破碎带、断层、含水等）和位置及规模。如图“2-1 TSP 203原 理图”。2.2掌子面超前地质钻孔探测预报在隧道施工通过岩溶、断层破碎带段每开挖30m利用超前水平地质钻孔对 开挖前进方向进行3050m的钻探。除可溶岩地段、断层破碎带、可溶岩与非 可溶岩过度接触带必须施作超前钻孔外，还要结合超前探测结果的异常段，按地 质人

6、员要求增设钻孔。钻机钻孔时要固定牢固，并安设孔口管及高压闸阀，确保 超前钻孔涌出高压地下水时，能够有效地控制。在可溶岩地段、可溶岩与非可溶 岩过度接触带、以及断层破碎带施工中运用开挖用的钻具进行长5米的超前钻 孔，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。2.3红外线探水在隧道施工通过岩溶、岩溶水、断层破碎带可能发生涌水地段每开挖15 30m,对开挖面前方施作一红外线探测技术，对地下水进行预报。工作原理：利用被测体温度场的变化预测地下水体空间位置的一种物探方 法。当含水体与围岩存在温度差时，岩体中温度T随观测点距含水体距离的增加 呈对数衰减（或增加，视温差的相对值而定），最终趋于岩体的正

7、常温度。因此， 在掌子面上按一定规律布设多个观测点，由于各点距含水体的距离不同，各观测 点间存在温度差，据该差异即可判断掌子面前方水体的存在。2.4开挖后的周边探测在隧道已开挖过的可溶岩地带隧底、断层破碎带洞壁815m范围利用地质 雷达进行连续探测，对发现的不良地质体，及时采取相应的处理措施，以免造成 更大的损失。地质雷达是采用无线电波检测地下介质分布和对不可见目标体或地下界面 进行扫描，以确定其内部结构形态或位置的电磁技术。其工作原理为：电磁波以 宽频带脉冲形式通过发射天线发射，经目标体反射或透射，被接受天线所接收， 见图“2-2雷达工作原理及其基本组成”。图2-2雷达工作原理及其基本组成3

8、、方斗山隧道工程概况3.1气候与水文沿线气候属亚热带季风气候，雨量充沛、无霜期、多云雾，冬季很少严寒。 隧址地下水类型分为：松散岩类孔隙潜水、碳酸盐岩类裂隙岩溶水和碳酸盐岩类 溶洞水等三种类型。预测正常情况下，最大涌水量为Q总=2.8万方/d，雨季最大涌水量为Q总 =8.4 万方/d。3.2地层岩性、地质构造及地震动参数出露的地形主要为一套浅海相、内陆河湖相的碳酸盐岩和碎屑岩系地层，隧 址区主体构造为方斗山背斜。隧址区构造简单，地层单斜，岩层倾角较小，走向变化较大。区内构造节理 较发育，节理间距0.52m，延伸长度25m，裂隙面平直、微张，未充填或泥 质半充填。根据国家地震局中国地震动参数区划

9、图(GB18306-2001)，地震动峰值 加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.35s。3.3水文地质条件(1) 地表水隧址出口临近龙河，地表水发育小型河流，其次地表零星分布池塘，地表水 相对较发达，斜坡利于地表水排泄，加之覆盖层粘性土透水性差，大气降水大部 分沿坡面汇入沟槽排走，少部分顺节理裂隙入渗补充为地下水。(2) 地下水区内地下水主要为基岩裂隙水，次为第四系松散土层孔隙潜水。经隧址区采 集水样分析，根据铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定判定，隧道部分段落 地下水具硫酸盐酸性侵蚀。4、方斗山隧道岩溶防治措施隧道出口洞身通过多处可溶岩和非可溶岩，施工中随时会遇到溶洞，通过岩 溶

10、岩和非可岩溶岩区一旦出现突水突泥，要坚持“先治水、强支护、快封闭、早 衬砌”的施工原则。4.1超前地质预报措施根据隧道不同地质条件，超前地质工作按照长短结合、上下对照、定性与定 量相结合的办法来保证预报的准确性。施工中坚持采用TSP和红外探水仪作远距离的地质预测预报。在掌子面采 用地质钻机对已用TSP和红外探水仪制定的岩溶位置作进一步调查与验证。具 体探测方法见“2、隧道超前地质预探、预报”。4.2其他地质工作内容a岩溶和断层破碎带形态调查;调查岩溶的形态、规模及其分布位置、高程、延伸方向、涌水量大小、充填 物情况。b地表监测；依据提供的工程地质、水文地质图，岩溶隧道中线两侧各1.5公里与居民

11、生 活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。监测内容主要为水量、水温、水压、 水质的变化以及当地的气象与降水。监测手段主要为测量、摄影、笔记等。c必要时采用超前导坑法进行开挖揭示地质情况；d地质信息收集与处理。超前地质预报建立一个地质信息系统，通过各种方法收集地质信息，进行综 合分析、判断，编制信息预报成果由主管技术人员予以复核，并报设计、监理。 为变更设计和施工提供决策依据，及时调整施工方法和支护参数。经分析、整理 的地质资料作为施工技术资料存档。采用新的施工方法和支护参数后，有从施工过程中获取新的地质信息，更新 地质信息系统，经处理后，再一次反馈给施工，如此往复，形成地质信息系统化。5、隧

12、道内岩溶处理一一超前预注浆堵水5.1几种注浆方案的特点及适用范围通过注浆来改良软弱破碎岩体、封堵地下水及侵蚀性离子，是当前长大隧道 施工中解决断层、溶洞、软岩、地下水等不良地质的主要方法，在渝怀铁路圆梁 山隧道、宜万铁路野三关隧道、龙厦铁路象山隧道及厦门翔安海底隧道等重大工 程中都有成功应用的实例。根据注浆目的的不同，注浆施工方案主要有全断面超 前预注浆、周边帷幕预注浆、局部注浆、顶水注浆、径向注浆和超前小导管注浆 等，其各自的作用和特点如表5-1所示。表5-1几种隧道注浆方案的特点及适用范围序号 方案名称 方案特点及适用范围1全断面超前预注浆 加固隧道前方核心区及轮廓线外约58m范围内 的围

13、岩，防止地下水、泥等从隧道周边和前方突入隧道内，并加固隧道围岩； 每循环加固段长2030m、钻孔和注浆量大、作业周期长；注浆时，工作 面其他作业无法进行。 一般需设置专门的混凝土止浆墙，以抵抗浆液和水压力； 通常采用分段前进式注浆，也有利用钻杆采用后退式注浆的，注浆顺序一 般是从外圈到内圈依次进行。 主要适用于高水压、富水、流砂涌泥、岩溶等地段，以及排水能力无法满 足安全施工要求时。2周边帷幕预注浆以加固隧道待开挖段周边的岩体，防止岩体从隧道上方坍塌为主。 每循环加固长度2030m，注浆时，掌子面其他作业停止。 通常采用分段前进式或分段后退式注浆，条件允许时可采用全孔一次性注 浆，多圈孔时，先

14、注外圈孔，再注内圈孔，最后依次注中间圈孔。 主要用于断层等破碎地带，水压和水量都不大，掌子面围岩具有一定的自 稳能力。3局部注浆 以封堵围岩裂隙（或管道）股状流水为主，通过注浆减小 地层水向隧道内的排泄量。 主要适用于隧道开挖后，洞壁较大的股状出水点处，小范围的面状淋水部 位，帷幕注浆前的顶水，在掌子面超前探测孔处也有使用。4径向注浆 隧道开挖后，洞壁渗漏水较大时或支护后围岩软弱，支护 结构变形较大时，通过径向注浆达到堵水减排和加固围岩、限制变形的目的。 根据加固厚度，钻孔可采用气腿式风钻（5m以下）或风动潜孔钻机（5 10m），隧道底部也可采用地质钻机钻孔。径向注浆时，前方工作面仍可平行作

15、业。 通常采用全孔一次性注浆，分序加密进行。 主要用于节理裂隙密集及围岩破碎段带水开挖后的加固堵水注浆，也用于 全断面超前预注浆段或周边帷幕注浆段开挖后的补充注浆。在处理隧道塌方时， 有时也采用径向注浆对塌方影响带的段落进行加固处理。5超前小导管注浆周边帷幕预注浆的一种特殊型式，在注浆孔中安设小导管，导管与支护钢架连接在一起，注浆加固的同时起到管棚的作用。结合设计文件及隧道断层、岩溶、软岩、高压富水区等不良地质段和洞口段， 米取以下注浆方案：(1) 溶洞发育区、易突泥涌水段，施工中以超前地质预测预报为基础，对 岩体富水、地表水与地下水连通性、岩体完整性及施工安全、环保多项因素进行 评价，选用全

16、断面超前预注浆+开挖后径向注浆或者周边帷幕注浆+开挖后径向 注浆。(2) 断层破碎带、向斜核部段、浅埋软岩段以及地表有建筑物或水库且隧 道埋深较浅地段，或隧道进出口位于松散堆积体段，以超前锚杆或超前小导管预 注浆+开挖后径向注浆为主，周边帷幕注浆+开挖后径向注浆为辅，并采用管棚、 钢拱架或格栅钢架等加固措施。(3) 节理裂隙密集带、破碎带、富水带及软岩地段，当岩体有一定的自稳 能力，成拱后自稳时间在12h以上时，可采取超前锚杆、超前小导管辅助，带水 开挖的方式快速通过，之后根据要求采取径向注浆等补充处理措施。5.3溶洞处理措施隧道拱部、边墙或底部存在小型溶洞或溶腔，内部几乎无充填物、无水，可

17、采用砂石料、浆砌片石、干浆片石、水泥砂浆、混凝土等粗细骨料全部充填，必 要时可进行注浆加固。如空腔内有少量水流动，则填充不应完全阻断地下水的过 水道。隧道底部溶洞充填物为松散或软塑状的粘土或砂粘土沉积物，为了防止列车 运行过程中结构产生固结沉降，加强对基底的处理，隧道底部的处理可采用注浆 加固、换填、桩基等方法。(1) 隧道底部换填如果隧道基底溶洞充填物的厚度小于2.0m (2.0以下为基岩或微风化地层)， 可以考虑采用换填方法，换填材料可以选用浆砌片石、混凝土等。(2) 隧道底部注浆加固如隧道基底溶洞充填物的厚度小于20.0m，可以考虑采用垂直注浆加固。钻 孔深度深入基岩3.0m左右，注浆材

18、料宜选用普通水泥或超细水泥浆，注浆管上 端的仰拱连接，以提高支护结构的强度和刚度。(3) 桩基处理如基底溶洞范围超过20.0m，可考虑采用挖孔桩、钻孔桩、粉喷桩或钢管桩 等进行加固。6、地下水环境保护伴随着地下工程防水、治水施工的进行，施工作业区的地下水流失，地下水 污染等环境问题将会影响工程区域内居民的生活，这就要求施工单位要严把施工 防水、治水的质量控制，严格控制地下水流失，采取以堵为主，限量排放”的原 则。施工中应根据地质超前预测预报及隧道环境监控实施情况，按设计采取相应 的超前帷幕注浆堵水、开挖后径向注浆堵水、全环防水、抗水压衬砌等防堵水措 施，并严格控制材料的质量达标，以免给当地居民

19、的生产生活及生态环境造成影 响。结束语岩溶防治是隧道工程的重点工程，对此要从工程的设计入手，施工的全过程 的各个环节都要充分重视。开挖施工前做好超前地质预探预报工作，对发现的岩 溶、岩溶水、断层破碎带等可能发生涌水的地段，施工过程中应重点关注，做好 前期加固工作，层层设防，避免不可控局面的出现。尽可能减少费用支出，又要 达到岩溶防治的技术要求，以免造成更大的经济损失，甚至人员伤亡。重点控制 超前注浆的质量，达到设计和安全要求后，再组织施工。遵循先治水、强支护、 快封闭、早衬砌”和“以堵为主，限量排放的原则，通过以上的措施及注意问题， 科学组织精心施工，必能达到有效的防治效果。参考文献1 王皓.

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