隧道岩溶防治措施

隧道岩溶防治措施

作者：魏成举

来源：《城市建设理论研究》2012年第30期

内容摘要: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 中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：

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。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

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（100～200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24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30～50m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。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

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8～15m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、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0.5～2m，延伸长度2～5m，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。

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

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。