巖溶是地表水和地下水經過不斷補給、徑流、滲透和循環對可溶性巖層進行化學溶解作用和機械破壞作用的產物。作為巖溶發育的基本條件,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隧道施工的難點。如何提高巖溶地區隧道施工技術成了當前業界所面臨的重要課題。
壹、巖溶對隧道施工的影響
巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經過化學作用和機械破壞作用而形成的各種地表或地下溶蝕現象的總稱。
在巖溶地區進行隧道工程的建設,阻力很大。溶洞位於底部,因充填物軟而松,不利於隧道基底的施工;位於上部,施工時容易出現充填物坍塌,不宜開挖;有些地區的溶洞巖質不堅固,破碎物較多,施工時稍有不慎,容易發生坍塌情況;的遇到填滿飽含水分的充填物溶囊,當隧道掘進至其邊緣時,含水充填物不斷湧入隧道,難以遏止,甚至地表開裂下沈,山體壓力劇增;在施工時,也有可能遇上較大的水囊,導致巖石、泥土隨水大量沖向隧道;還有的溶洞,錯綜復雜、迂回交錯,其中的分支分布較廣,處理起來具有壹定的難度。
二、隧道施工常采取的主要技術手段
1 地質預報
采取地質預報的方式主要目的有兩個:1)在施工期間,避免地質災害突發,從而給人們的生命財產安全的危害;2)對地質進行預報,可隨動態變化的環境及調整設計內容。目前,我國地質預報的主要手段有地質素描、物探、鉆探及洞探,其檢測的可信度隨其前後順序遞增。然而,由於巖溶地質千變萬化,不可能僅靠單壹的檢測手段就可準確預報。下面是筆者總結出的地質預報技術手段的優缺點,望能給業界人士根據實際需要綜合應用:
1)TSP202( TSP203)超前地質預報
a 優點。(1)使用範圍廣。該種預報手段可在極軟巖地質中監測,也可在極硬巖中工作,因此使用範圍廣;(2)跨度大。能預報掌子面前方100~ 350 m範圍內的地質狀況, 圍巖越硬越完整預報長度就越大;(3)幹擾小。TSP202( TSP203)超前地質預報時間大約需30分鐘,在隧道施工休息間隙,便可安排此項工作;(4)預報數據及時。在對現場進行數據采集的第2天,便可出報告。
b 缺點。(1)TSP202( TSP203)超前地質預報是根據24個爆破孔與接收器之間的彈性波速度的平均值和地質體反射波到達接收器的時間,來確定其預報地質體距離掌子面的位置,而實際情況與地質體預報的位置有所不同,導致其準確性有些變化;(2)預報的精度所能反映出的地質體的寬度是根據采樣間隔和巖體彈性波速度來確定的;(3)該種預報方法對斷層、弱硬巖接觸面等面狀結構的預報較為準確,而對溶洞等點狀地質體的放射信號不強,尤其是寬度小於0. 4m 的小型溶洞更是難以預報。
2)地質雷達
a 優點。(1)在地表探測5~ 30m 範圍內的地下地層或地質異常體如溶洞、空隙等)反射信號比較明顯;灰巖地區隧道鋪底前采用中~ 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量無損檢測可采用高頻率的天線。
b 缺點。(1)由於雷達儀器的密封性能不好,導致其容易損壞,且操作不方便,不適合遠距離的探測;(2)雷達的使用環境應較為寬敞,而隧道內的空間條件不大適合雷達的探測,再加上洞內鋼架、鋼軌等金屬構件的幹擾,使其探測效果不佳。
3)紅外探測
a 優點。該儀器體形較小,容易攜帶,操作程序簡便,且可對探測地區實施全空間、全方位角度的探測,能對隧道外圍空間及掘進面前方30m範圍內是否存在隱伏水體或含水構造進行預測,占用隧道施工的時間基本可忽略,後期的數據分析、總結,簡潔易懂、耗時較短。
b 缺點。預測隧道內是否存在水體只限於在探測點前方30m 範圍內,且水體的具體情況如水量、具體方位等都無法探測,可以說紅外探測正處於定性分析階段,定量分析還有待研究。
2 隧道底部遇到溶洞的處理技術
對已無太大變化、空間小且無水的溶洞,可依據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可根據實際的地質情況來決定。
1)當遇到大且深的溶洞時, 可采用梁拱跨越。實施這種邊墻基礎應註意,梁端、拱座應選在較為穩固的基石上進行建設,為了增加穩定性,也可用混凝土進行加固;2)在溶洞進行隧道施工時,若遇到狹長且深的溶洞,可加深該側的邊墻基礎通過;3)當隧道底部遇到較大溶洞並有流水時,可在隧底以下砌築漿砌片石或混凝土支墻,支撐隧道結構,並在支墻內套設涵管引排溶洞水;4)若是遇到大溶洞,那麽隧道施工的處理較為復雜,可視實際情況而定,采取邊墻梁及行車梁通過。
3 隧道拱部上方遇到溶洞的處理技術
當溶洞具有較為穩固的完整頂板、無明顯滲漏水現象,且其厚度在巖洞跨度的1/2以上時,可采用壹般的路基及橋梁施工方案直接在溶洞中施工,可不需要襯砌結構;若出現滲漏水現象,應做好襯砌結構,以保護溶洞內通行的車輛安全。在對溶洞內的松石進行清除時,應采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體,防止巖洞或頂板的塌方。
總而言之,巖洞地區進行隧道的施工較為復雜,為了提高施工質量,施工人員應不斷總結施工經驗,提高對各種巖洞情況的認識,此外,還應加強對理論知識的學習,從而提升自己解決問題的能力,為我國西南、中南巖洞地區隧道的施工貢獻壹份力量。
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