探討巖土工程勘察在水下隧道設(shè)計和施工中的應(yīng)用

蔡永生1 付小龍 2

楚雄欣源水利電力勘察設(shè)計有限責(zé)任公司

摘要：在隧道巖土工程勘察中，要想獲得準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)據(jù)，就應(yīng)科學(xué)確定水利工程隧道洞口選擇、隧道埋深、巖體強(qiáng)度、隧道圍巖隔水性等要素，并從在綜合分析隧道圍巖類別和預(yù)算涌水量的基礎(chǔ)上，對隧道支護(hù)和防治水措施進(jìn)行優(yōu)化。本文將對圍巖類別判斷進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上探索隧道位置的選擇和隧道頂板的埋深，進(jìn)而探索了隧道涌水預(yù)測和隧道防水措施。

關(guān)鍵詞：巖土工程勘察；水下隧道設(shè)計；水下隧道施工

水利工程水下隧道巖土勘察的重點(diǎn)是查明不良災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象、巖體崩解的膨脹性、巖體張開程度、巖體裂隙密集、巖體節(jié)理、熔巖發(fā)育程度、隧道穿越斷裂等內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)對洞口位置和頂板埋深進(jìn)行科學(xué)確定，并充分考慮水文參數(shù)、計算河床沖刷深度，確定隧道圍巖類別和巖土的富水性并調(diào)查統(tǒng)計地下水天然露頭的補(bǔ)給源和補(bǔ)給量。透水性和滲透系數(shù)的確定采用鉆孔水文地質(zhì)試驗，運(yùn)用涌水量計算公式預(yù)測評價隧道涌水量，根據(jù)以上內(nèi)容確定處理措施和建議。

一、判定水利工程隧道圍巖類別

水利工程隧道一定范圍內(nèi)影響坑道穩(wěn)定性的巖體和土體就是隧道圍巖，通常情況下水利工程人員需根據(jù)圍巖完整性、圍巖結(jié)構(gòu)特征等控制圍巖穩(wěn)定性因素對隧道圍巖進(jìn)行分析，同時圍巖巖石的強(qiáng)度也是重要的參考因素。水利工程坑道圍巖穩(wěn)定性指的是開挖后未進(jìn)行支護(hù)時圍巖的穩(wěn)定水平，在對圍巖類別進(jìn)行具體判斷時，需對裂隙發(fā)育程度、斷裂等機(jī)制構(gòu)造和節(jié)理、巖體強(qiáng)度、巖層單層厚度、成巖程度、膠結(jié)與密實、圍巖巖性等因素進(jìn)行綜合考慮，另外巖體縱波波速、巖石質(zhì)量指標(biāo)、軟弱夾層及結(jié)構(gòu)特征也是重要的參考文獻(xiàn)[1]。

二、選擇水利工程隧道位置

水利工程水下隧道應(yīng)當(dāng)選擇河床順直、河道較窄、河水較淺的地段穿越河流，同時應(yīng)當(dāng)盡量錯開巖溶發(fā)育區(qū)、斷裂發(fā)育區(qū)、褶皺發(fā)育區(qū)。通常來說水下隧道在松散土層中穿越一般選用沉管法施工，但在巖層中穿越則不適用該法。一般在河流兩岸設(shè)置水下隧道洞口，并且盡可能將不良地質(zhì)地段錯開，并將河流永久穩(wěn)定岸坡和隧道洞口的距離控制在三十米以內(nèi)[2]。

三、確定水利工程隧道頂板埋深

在運(yùn)用沉管法施工時應(yīng)當(dāng)在河流沖刷深度以下設(shè)置水下隧道頂板。若選用其他方法施工，就應(yīng)當(dāng)在控制頂板深度的同時，提升頂板的的完整性、強(qiáng)度、單層厚度。大型侵入巖體具有完整性好、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，并且由于節(jié)理、裂隙不發(fā)育，巖層滲透性就會控制在一定范圍內(nèi)。變質(zhì)巖類、侵入體邊緣與巖脈中的巖漿巖類和沉積巖類中的非泥質(zhì)巖類存在相對發(fā)育的裂隙和節(jié)理，甚至?xí)胸炌ㄐ院玫臉?gòu)造裂隙或溶蝕裂隙存在[3]。

四、水利工程隧道涌水預(yù)測

穿越河流的水下隧道較易出現(xiàn)涌水，巖、土層的含水性和透水性據(jù)定了涌水量的大小。實際當(dāng)中有兩種評價方法用于水利工程隧道涌水預(yù)測，分別為定量評價和定性評價。

（一）定性評價

位于水位之上的洞口是由含水量不大的巖、土層構(gòu)成，所以大量涌水不會出現(xiàn)在此處；但如果發(fā)生大氣降水或其他原因造成水沿裂隙下滲，那么就會產(chǎn)生涌水；涌水量會隨著給水的增加而增加，涌水實踐亦是如此。斜井或豎井段位于河流常年洪水位之上、地下水以下時，巖、土層的透水性決定了隧道涌水量，而基巖裂隙水和松散土層孔隙水等地下水則是主要來源。如果穿越的區(qū)域為漂石層、卵石、砂石、巖溶發(fā)育區(qū)、斷裂、褶皺，那么隧道則會出現(xiàn)涌水，如果穿越的區(qū)域包含暗河、背斜軸部、導(dǎo)水?dāng)嗔?，那么就會有特大涌水產(chǎn)生[4]。

（二）定量評價

水利工程隧道涌水定量評價建立在定性評價的基礎(chǔ)之上的，位于地下水之上洞口地段的隧道可以不進(jìn)行涌水定量評價，地下水位之下的隧道涌水則需分段進(jìn)行評價。需要從水文地質(zhì)試驗成果出發(fā)，預(yù)測隧道涌水量。抽水試驗時水文地質(zhì)試驗的主要構(gòu)成部分，同時還需輔助進(jìn)行滲水、注水、壓水試驗，進(jìn)而獲得水文地質(zhì)參數(shù)，包括抽水鉆孔的影響半徑、含水層滲透系數(shù)、巖層透水性、裂隙發(fā)育程度。另外抽水試驗應(yīng)當(dāng)在每一類水文地質(zhì)單元進(jìn)行，同時進(jìn)行抽水鉆孔和觀測鉆孔?？稍诓槐阌谶M(jìn)行抽水試驗或水上地段進(jìn)行滲水、注水、壓水試驗，并通過對比和修正實驗結(jié)果獲得水文地質(zhì)計算參數(shù)。在評價隧道涌水量的過程中，應(yīng)當(dāng)對相關(guān)因素進(jìn)行考量，包括河流常年洪水位、地下水位、巖層滲透性、巖層富水性、裂隙發(fā)育密度、完整性、巖體強(qiáng)度、圍巖工程地質(zhì)性質(zhì)等。根據(jù)水平坑道計算分段平巷，在鉛垂線和斜井的夾角小于四十五度的情況下，根據(jù)豎井進(jìn)行計算，其中計算井長等于斜井的垂直投影長度。在鉛垂線和斜井的夾角大于四十五度時，可依據(jù)水平坑道計算斜井，計算長度則等于斜井的水平投影長度[5]。

五、水利工程隧道防水措施

實際當(dāng)中通常綜合運(yùn)用防、排、堵、截、引等措施實現(xiàn)水利工程隧道防治，防主要采取超前探水的方法，包括長距離探水（二十米以上）、中距離探水（十米至二十米之間）、短距離探水（十米以內(nèi)）。排主要是將水利工程隧道圍巖出水進(jìn)行及時的抽排。堵主要是采用止水工程水墻堵水或注漿堵水的辦法處理超前探水鉆孔或隧道開挖出水。引則是通過飲水管集中引流隧道開挖斷面股狀水流，待襯砌體強(qiáng)度達(dá)到一定程度后進(jìn)行封堵。實際當(dāng)中應(yīng)當(dāng)采用柔性砼樁、地下連續(xù)墻、高壓旋噴注漿、帷幕灌漿等措施進(jìn)行開挖前的松散土層中的豎井止水。如果穿越的松散土層的斜井低于地下水位，則可運(yùn)用冷凍法施工或者管棚超前預(yù)支護(hù)，并采用橢圓形或者圓形的筒橫截面，澆筑方式選擇鋼筋砼整體澆筑。采用帷幕注漿防方法處理斷裂破碎帶，并根據(jù)一次能穿越斷裂破碎帶距離確定帷幕注漿鉆孔深度。如果是較寬的斷裂破碎帶，當(dāng)一次不可能穿越時則采用分段進(jìn)行的辦法。在注漿帷幕的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)將注漿鉆孔布置于隧道掌子面上，在掌子面前方進(jìn)行注漿封閉[6]。

結(jié)語：

近年來為了滿足地方發(fā)展的需要，水利工程隧道建設(shè)逐年增多，其中巖土工程勘察是隧道工程建設(shè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于隧道質(zhì)量和日后的使用都具有非常重要的意義。巖土工程勘察復(fù)雜且系統(tǒng)的過程，同時對于不同地質(zhì)環(huán)境應(yīng)當(dāng)使用的技術(shù)和手段也存在很大差異。巖土工程勘察人員充分把握工程地質(zhì)狀況，并據(jù)此選擇相應(yīng)的技術(shù)和措施進(jìn)行工程勘察，這樣才能夠為水利工程水下隧道設(shè)計和施工提供準(zhǔn)確、科學(xué)的數(shù)據(jù)。本文論述了巖土工程勘察當(dāng)中判定隧道圍巖類別、選擇隧道位置、確定隧道頂板埋深、隧道涌水預(yù)測、隧道防水措施等內(nèi)容，以求為提升我國隧道施工設(shè)計中巖土工程勘察水平貢獻(xiàn)綿力，但本文仍存在一定局限，希望行業(yè)人員能夠加強(qiáng)重視，提升巖土工程勘察水平。

參考文獻(xiàn)：

[1]王龍，章長松，王小清等.巖土工程勘察在水下隧道設(shè)計和施工中的應(yīng)用研究[J].科協(xié)論壇（下半月），2012，（6）：10.

[2]牛亞偉，呂建祥，胡孝榮等.高黎貢山隧道巖土工程勘察水平鉆孔施工技術(shù)[J].四川地質(zhì)學(xué)報，2012，32（3）：325-327.

[3]辛田軍，顏山羊.大型河流穿越巖土工程勘察中穿越方式的選擇[J].西部探礦工程，2011，23（6）：14-16，20.

[4]張小冬，凌賢長，程亞鵬等.水下隧道周圍土體及襯砌變形力學(xué)性狀研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013，35（7）：844-849.

[5]任建喜，賀小儷，劉朝科等.旁壓試驗在西安地鐵巖土工程勘察中的應(yīng)用研究[J].鐵道工程學(xué)報，2013，（11）：98-101.

[6]葉俊能，張春進(jìn).寧波市軌道交通1號線一期Ⅰ標(biāo)段巖土工程勘察探討[J].西部探礦工程，2010，22（3）：41-45.