岩溶地区工程治理措施

 

岩溶地区工程治理措施是非常重要的,措施的制定是为了更好的治理,每个细节都要结合实际,才能达到预期效果。

一、岩溶及其形态特征

在可溶性岩石地区,地下水和地表水对可溶岩进行化学侵蚀作用、机械侵蚀作用以及与之伴生的迁移、堆积作用,总称为溶岩作用。在岩溶作用地区所产生的特殊地质、地貌和水文特征,称之为岩溶现象。

岩溶是碳酸盐类岩石与水作用的结果,只有碳酸盐类岩石分布的地区,才有岩溶。我国碳酸盐类岩石分布面积很广,出露地表的约有120万平方公里,约占全国面积的1/8,埋藏地下的更为广泛,主要分布在我国南方广西、贵州和云南东部,其中以广西壮族自治区出露面积最大,约12万平方公里,占自治区面积的60%左右。除此在湖南、湖北西部以及广东的西部和北部岩溶也很发育。华北地区岩溶主要分布在山西和河北的太行山、太岳山、吕梁山和燕山一带,其中尤以山西境内比较发育。

岩溶与工程建设的关系很密切。在岩溶地区修建隧道,一旦揭穿高压岩溶管道水时,就会造成大量突水,有事夹有泥沙喷射,给施工带来严重困难,甚至淹没坑道,造成机毁人亡的事故。在地下洞室施工中遇到巨大溶洞时,洞中高填方或桥跨施工困难,造价昂贵,有时不得不另辟新道,因而延误工期。在岩溶地区修筑公路时,由于地下岩溶水的活动,导致路基基底冒水,水淹路基、水冲路基及隧道涌水等。

二、岩溶发育的基本条件

1、具有可溶性岩层,即以碳酸盐类岩石为主的石灰岩、白云岩及一系列过渡型岩石;

2、具有有溶解能力(含CO2)和足够流量的水;

3、具有地下水运动,即地表水下渗、地下水流动的途径。

三、岩溶地区工程地质问题和防治措施

1、主要工程地质问题

在岩溶地区进行工程建设,经常遇到的工程地质问题主要是地基塌陷、不均匀下沉和基坑、洞室涌水等。在建筑物基坑或地下洞室的开挖中,若挖穿暗河或地表水下渗通道,则会造成突然涌水,给工程施工和使用造成重大隧道和灾难。

在岩溶地区修建工程建筑物时:首先,必须在查清岩溶分布、发育情况的基础上,选择工程建筑物的位置,尽可能避开危害严重的地段;其次,由于溶岩发育的复杂性,特别是不可能在施工之前全部查清地下溶岩的分布,一旦施工揭露出来,则必须针对性的采取必要的措施。

2、常用防治措施

对于地下建筑物地基中的岩溶空洞,可以用灌浆、灌注混凝土或片石回填的方法,必要时用钢筋混凝土盖板加固,以提高地基承载力,防止洞顶坍塌。

隧道穿越岩溶区,视所遇溶洞规模及出现部位采取相应措施。若溶洞规模不大且出现于洞顶或边墙部位时,一般采用清除充填物后回填堵塞;若出现在边墙下或洞底可采取加固或跨越的方案;若溶洞规模较大,甚至有暗河存在时,可在隧道内架桥跨越。

对于溶岩地区的防排水措施应予慎重处理,主要原则是既要有利于工程修建,减轻岩溶的发展和危害,又要考虑有利于该地区的环境保护,不能由于排水、引水不当,造成新的环境问题。在隧道内遇到岩溶水的问题,若岩溶水量较小,可采用注浆堵水,也可采用侧沟或中心沟将水排出洞外;若水量较大,可采用平行导坑做排水坑道。

总之,对岩溶一般宜用排堵结合的综合处理措施,不宜强行拦堵,且应做好由于长期排水造成的地面环境问题(如地面塌陷或地表缺水干涸)的处理补救措施。

四、隧道溶洞的处理措施

1、水处理

溶洞水处理应遵循采取“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。水处理措施基本可以分为以下三种:

(1)泄水洞排水。当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大,而隧道确实无法避开时,需考虑专门设置排水隧洞,达到排除岩溶水,降低地下水位,保持隧道干燥和施工安全的目的。泄水洞应位于地下水来向的一侧,为防止岩溶水突然袭击,

施工中预备足够的抽水设备。泄水洞的设置可能对生态环境有不利影响,是否采用应从施工、环保、安全等多方面进行评价,以保证方案考虑周全,成本最低。

(2)涵洞、倒虹管吸过水。隧道断面与岩溶水相交时,为保证岩溶水畅通,在隧道底部设钢筋混凝土圆涵或倒虹管,同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘采用浆砌片石回填密实。

(3)注浆止水。施工中遇到岩溶裂隙出水,采用“围截注浆法”止水,先在出水点周围适当的范围内布孑L注浆,以形成封闭式止水帷幕,浆液填充与大裂隙连通的小裂隙,由远至近,由外到里,层层缩小包围圈.在注浆深度范围内使岩溶裂隙水成为管道型涌水,最后在集中出水口逆流注浆,这样浆液扩散更有方向性,沿大裂隙逆流而上到达更深远的部位,把水堵到更深层。

同时,隧道内的大股涌水多随降雨量变化,通过试验确定地表水和洞内水存在的水力联系,除在隧道内施以必要的工程措施外,在地表应拦截,引排地表水,并封堵地表水的下渗通路,从而减小地表水对洞内的影响。

2、小型溶洞处理

对溶洞规模较小、岩壁较为稳定、不发育、无水的溶洞,可采用浆砌(干砌)片石封闭、回填,护拱防护、加强衬砌、抛石吹沙注浆、隧道底板设梁通过等方案。对于无水和地下水小、充填较密实的小型溶洞,可采用小导管注单液水泥浆加固地层;对于有流水、充填情况不密实的小型溶洞,可采用小导管注水泥一水玻璃双液浆加固地层。

对于隧道底部已填充的小型溶洞,可用加设底板梁加强衬砌的方式通过。将隧道底板或仰拱设计为平板式,底板及边墙下部加布钢筋,灌注钢筋混凝土,使边墙和仰拱(或底板)共同形成钢筋混凝土梁,增强和改善受力性能。

3、大型溶洞处理

(1)、采用支撑结构通过溶洞方案。a.支承墙加固。若溶洞内填充物松散、厚度较小,清除填充物,用浆砌片石墙支顶加固溶洞顶板;水流通过该处设置涵洞,以利排水。b.拱桥支顶加固。若溶洞内填充物松散、厚度较大,可选用钢筋混凝土拱支顶加固。c.挖孔桩支顶加固。对于深度较大的溶洞,可采用桩基础加固,通过人工挖孔,实现成桩,桩底面嵌入基岩内,桩顶钢筋伸入钢筋混凝土底板内,与底板联成一体,形成稳定的受力体。d.支承柱嵌补加固。根据溶洞形态不同,采用支承柱,嵌补加固溶洞顶板,回填空隙并注浆加固溶洞基底。

2)采用跨越式通过溶洞方案。如果溶洞较大,采用封堵、加固、支承等方式处理时,费用较高;溶洞较小时又不宜回填堵塞,工作面小,不易操作。a.边墙梁及行车梁跨越。施工方法采用先拱后墙法,使边墙梁在拱圈保护下安全施工。道床行车部位采用钢筋混凝土预应力梁。b.支墩、悬臂梁承托纵梁跨越。采用钢筋混凝土板梁做底板,承托边墙,托梁分别支承于支墩和悬臂横梁上,悬臂横梁采用锚杆锚固于基岩内。c.边墙拱跨越。将边墙拱脚设在边墙底部,拱顶定位在衬砌拱圈的拱脚下,通过配置钢筋加强衬砌形成边墙拱跨越溶洞。

3)采用绕避方案。在施工中遇到一时难以处理的溶洞,为不使工程陷于停顿,采用迂回导坑绕避溶洞,然后再进行处理。必须强调的是,当采用迂回导坑绕避溶洞时,为避免再次遇到溶洞,选择迂回导坑位置前,应探明该范围内溶洞的情况后再决策。

五、结语

石灰岩地区隧道中出现溶洞非常普遍,隧道施工中只有认真作好超前地质预报,正确了解岩溶地貌的分布、岩溶发育规律构造特点,根据遇到的不同岩溶构造采取不同的处理措施,才能切实保证岩溶隧道施工的质量、进度和安全。