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(干货)溶洞地质隧道开挖指南

(干货)溶洞地质隧道开挖指南

分类:
新闻中心
发布时间:
2021/11/22
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在我国,碳酸盐分布极其广泛,被其覆盖的面积约占总面积的1/5。因此,隧道施工掘进中很容易遇到岩溶地质,尤其是溶洞和暗河两大危害。它们会造成隧道的坍塌、隧道内涌水、涌泥、涌石等地质灾害。

一、溶洞前期处理及预防措施
1. 岩溶水的处理
对于溶洞内的水,在处理时应当充分考虑和利用其自流的特性,尽可能地遵循宜疏不宜堵的原则,并且在处理与施工时采取超前钻探的同时,配备一定数量的抽水设备,以防止突发情况。
具体疏水的措施如下:
1)暗沟、引水槽、涵洞、小桥排水;
2)开挖蓄水池,用抽水设备将其排出地表;
3)排水管道(在有条件的地方,水流量大,水源充足的地方可以考虑修建水电站,这样既可以满足就近施工用电的需求,可以将电外送,其次,还可以考虑农业灌溉和生活用水,将溶洞这部分水充分利用。)

2.溶洞洞穴的处理
这一块的处理要依据“跨”“堵”“绕”三大原则。当溶洞的范围较小,水流量较小且所处的水文条件与地质条件并不复杂时,可以考虑采用“跨”的原则。反之,则使用“绕”的原则指导施工。
具体施工对策如下:
1)当溶洞范围较大、充填物松散,隧道基础加固处理需耗费巨大人力物力时,可根据具体条件采用拱跨,梁跨或组合的形式跨过溶洞。
2)对已停止发育,范围较小的干、湿溶洞,可以采用混凝土、浆砌片石或块石等材料进行回填,必要时注浆、锚杆、喷网加固。
3)当溶洞内的水流、流石、流泥量较小,且靠近隧道边墙以及有向隧道随时发生涌水、涌泥等风险时,可以考虑采用“堵”的原则,最好再挖一条暗沟或铺设暗管管,将它们尽可能地远离隧道,防止积累成患。
4)对于极个别地质和水文条件复杂的地段,经过技术分析与论证之后溶洞难以处理或处理成本远高于绕行开挖的情况时,采取“绕"的原则处理此类岩溶地区。
 
3.预防灾害发生的措施
为了降低或减少人员,财产的损失,目前在施工时对灾害的处理主要以预防为主,治理为辅。原则是:先勘探,后开挖;先排干,后开挖,以排为主。
具体的预防措施有:
1)强化地质超前勘探预报工作,及时分析勘探数据并制定出相应的预防措施指导施工。
2)超前排水。在水流量大,涌水、涌泥、涌石发生几率较高的地段,超前掌子面30m~40m处利用超前钻孔或开凿侧洞、沟排水
3)当隧道一侧边墙围岩较破碎时,可以采用注浆加固或注浆加固与超前排水相结合的措施。

二、施工过程中采取的主要技术手段
1.超前地质预报
优点:
1)适用范围广。适用于极软岩至极硬岩的任何地质情况。
2)预报距离长。能预报掌子面前方100~350m范围内的地质状况,围岩越硬越完整预报长度就越大
3)对隧道施工干扰小。它可在隧道施工间隙进行,即使专门安排此项工作,也只需30min左右
4)提交资料及时。在现场采集数据的第2天即可提交正式成果报告。
缺点:预报准确性较差;预报精度不高;预报断层、弱硬岩接触面等面状结构反射信号较为明显,而对宽度小于0.4 m的小型溶洞反映不明显。
 
2.地质雷达
优点:
1)在地表探测5~30 m范围内的地下地层或地质异常体(溶洞、断裂、空隙等)反射信号比较明显;灰岩地区隧道铺底前采用中~低频率的天线可作为探明隧底隐伏岩溶洞穴的手段。
2)采用高频率的天线进行隧道混凝土衬砌质量无损检测比较理想。
缺点:仪器密封性差,易造成仪器损坏,操作起来费时费力,探测距离短,效果不好。
 
3.红外探测
优点:仪器小巧轻便,操作简单,可实现全空间全方位探测,能预测隧道外围空间及掘进面前方30m范围内是否存在隐伏水体或含水构造,基本不占用隧道施工时间,资料分析简洁、快速、直观。
缺点:它只能探测出探测点前方30m范围内有没有水,至于水量大小、水体宽度及具体位置等则难以说清,也就是说目前红外探测只限于定性阶段。
 
4.超前地质钻孔
优点:
1)可比较直观地得到钻孔所经过部位的地层岩性、岩体完整程度、裂隙度、溶洞大小、有没有水以及可测水压高低等情况。
2)煤系地层可进行孔内煤与瓦斯参数测定,采取适宜防治措施。
缺点:费用高、占用隧道施工时间长,且资料只是一孔的数据,覆盖范围小。
 
5.洞探法
优点是可以直观准确地预报地质情况,也可以起到其它辅助施工的作用;缺点是费用比较昂贵。
 
6.地质素描
优点是设备简单、操作方便、不占用隧道施工时间,提交资料及时,费用低;缺点是对操作人员地质知识水平要求较高,一般准确性难以保证。

三、总结

1.岩溶隧道施工成败的关键在于岩溶水的处理。(无外乎排、堵两种方案或两种方案主次不同的组合。)无论采用何种方案,目的都在于保持水土平衡。隧道开挖总原则应该是宜疏不宜堵,施工期间泄水降压是高压富水岩溶隧道施工的关键。
 
2. 在地质复杂的岩溶隧道施工中,遇到规模大,涌泥、突水、灾害多,一时难以处理的溶洞或溶洞群时,通过迂回导坑绕过溶洞核心区,既可以对单个溶洞实现两面夹击,又可以对过溶洞群实施分割处理,迂回导坑能有效地降低溶洞的处理难度,使隧道施工不陷于停顿、缩短溶洞处理时间。
 
3. 岩溶发育的不规则性、多样性和复杂性,尤其是高压富水充填型岩溶地段施工时,极易爆发涌泥突水地质灾害,给施工进度和施工安全带来严重影响。因此,在岩溶地区进行隧道施工必须采用地质超前预测预报技术,坚持一探一挖制度、施工时应采用多种预测预报手段综合对比、互相验证,以弥补各预报手段现存技术上的不足,获取足够准确的地质信息。
 
4. 对于高压富水充填型溶洞采用多种注浆方案、注浆材料、注浆工艺进行加固和堵水是一种相对有效的办法。尽管对于溶洞常见的充填物粘土、淤泥和粉细砂而言注浆只能起到填充、挤密、劈裂和置换作用,难以形成连续均匀的加固圈或胶结体。但注浆后地层结构发生了变化,围岩渗透系数有所降低,在长、短管棚超前支护和注浆后围岩加固体的共同作用下,亦能保证开挖和支护的安全。
 
5. 岩溶隧道的施工应在地质条件允许的前提下,按照全断面法-正台阶法-CD工法-CRD工法的顺序尽可能选择大断面的施工方法。
 
6. 在高压富水充填型溶洞的核心段,施工应按照超前地质预报一全断面超前帷幕注浆一长短管棚超前支护和注浆一开挖一初期支护(喷、锚、网、钢拱架)一径向注浆一二次衬砌(型钢钢筋混凝土或钢筋混凝土)的顺序严格工艺,加强管理和严肃纪律。
 
7. 对于地质复杂、有特殊意义的重点岩溶隧道或区段,用于评价隧道结构工作状态的量测项目和测定地表与隧道水量、水压变化的量测项目,应长期坚持,注重资料积累和数据分析。

 

 

资料参考:

1、熊立,洪卫良,岩溶地质条件下隧道施工技术,来源于西部探矿工程2009年第7期178-181.

2、罗琼.岩溶隧道施工技术,来源于隧道建设2004(05).

3、蒙海霖、程贵海、陈善江、蒋文俊,岩溶地质条件下隧道开挖的一种新方法,来源于山西建筑2021.47(12).

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