巖溶隧道修建水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其防治對(duì)策探討

劉　麗　劉　群

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽　500081)

巖溶隧道修建水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及其防治對(duì)策探討

劉麗劉群

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽500081)

摘要以萬利高速公路長(zhǎng)安寨隧道為工程背景，綜合考慮巖組巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶水動(dòng)力分帶和地形地貌等因素，運(yùn)用層次分析法和模糊綜合評(píng)判理論對(duì)巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定了巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定了巖溶水害防治對(duì)策。

關(guān)鍵詞巖溶隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估防治對(duì)策

1長(zhǎng)安寨隧道巖溶發(fā)育規(guī)律

1.1工程概況

長(zhǎng)安寨隧道位于重慶市萬州區(qū)長(zhǎng)灘鎮(zhèn)南側(cè)，距離趕場(chǎng)鎮(zhèn)約4km，隧址區(qū)無公路相通，交通不便。隧道進(jìn)口段位于沖溝的左側(cè)，斜坡坡度為22°～30°，高程294～340m，相對(duì)高差46m。K線隧道出口段位于河流槽谷的左側(cè)，高程297～316m，斜坡坡度39°～41°，局部成陡坎，相對(duì)高差19m。隧道最大埋深221.31m。長(zhǎng)安寨隧道縱斷面圖見圖1。

1.2巖溶發(fā)育主控因素

巖溶發(fā)育主要受巖組巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水動(dòng)力分帶，以及地形地貌等地質(zhì)因素的控制[1]。

1.3長(zhǎng)安寨隧道巖溶發(fā)育規(guī)律

1.3.1巖組巖性

長(zhǎng)安寨隧道隧址區(qū)分布地層主要為第四系崩積層，侏羅系中統(tǒng)新田溝組砂巖、頁巖、泥巖，侏羅系中下統(tǒng)自流井組灰?guī)r、頁巖，侏羅系下統(tǒng)珍珠沖組泥巖、三疊系上統(tǒng)須家河組砂巖，三疊系中統(tǒng)巴東組一段頁巖、灰?guī)r、泥灰?guī)r，二段頁巖、泥灰?guī)r、砂巖及三段泥頁巖、灰?guī)r、砂巖，三疊系下統(tǒng)嘉陵江組灰?guī)r。圍巖巖性主要為灰?guī)r夾泥灰?guī)r、泥灰?guī)r夾頁巖、頁巖夾泥灰?guī)r、頁巖夾砂巖、泥巖、砂巖。節(jié)理裂隙較為發(fā)育。

1.3.2地質(zhì)構(gòu)造

長(zhǎng)安寨隧道穿越方斗山?jīng)_斷背斜和自生橋逆斷層。與斷層的交角約85°，近于正交。

1.3.3水文地質(zhì)條件

長(zhǎng)安寨隧道隧址區(qū)各含水巖組的構(gòu)造裂隙發(fā)育，奠定了地下水徑流、排泄的基礎(chǔ)，豐沛的大氣降水、地表水體及溪溝，有利于地下水的補(bǔ)給，相對(duì)來說，地下水循環(huán)交替作用明顯。

1.3.4地下水動(dòng)態(tài)變化

根據(jù)水文地質(zhì)調(diào)查，路段區(qū)分布的碎屑巖類裂隙孔隙水的補(bǔ)給、徑流及排泄方式和排泄條件，決定了該類地下水的動(dòng)態(tài)變化嚴(yán)格受補(bǔ)給條件的時(shí)空變化所控制。

2巖溶隧道修建水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.1長(zhǎng)安寨隧道主要巖溶災(zāi)害

長(zhǎng)安寨隧道巖溶可能突水段主要位于嘉陵江碳酸鹽巖段。隧址區(qū)位于巖溶中等發(fā)育帶，地下巖溶形態(tài)以溶洞、暗河為主，存在巖溶管道，含水介質(zhì)大致可視為非均質(zhì)各向異性，這種不均一性的存在，必然導(dǎo)致在局部地段產(chǎn)生突水、突泥、塌陷等風(fēng)險(xiǎn)，從而給隧道施工帶來影響和危害。根據(jù)調(diào)查，地表巖溶區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育和地下水富集都受斷層、褶皺或可溶巖與非可溶巖接觸帶控制。長(zhǎng)安寨隧道巖溶均易產(chǎn)生突水、突泥、塌陷等工程地質(zhì)問題，地表溶洞、落水洞、漏斗等巖溶現(xiàn)象較發(fā)育。

2.2水害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)影響主控因素，利用層次分析方法、模糊數(shù)學(xué)基本原理[2]，綜合衡量巖溶水害可能帶來的后果，把巖溶隧道修建水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)分為高、較高、中等、很小4個(gè)等級(jí)(I～I(xiàn)V級(jí))。其中，I級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)最高，IV級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)最低。巖溶隧道修建水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)劃分依據(jù)和風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則分別見表1和2。

表1　巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

表2　巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

2.3長(zhǎng)安寨隧道K36+020～K36+080段水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

(1) 評(píng)估矩陣

(2) 各指標(biāo)的權(quán)重

A(B2)=(0.588, 0.322, 0.090)T

(3) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。目標(biāo)層A的隸屬度為：B=(0.2970.2520.3040.164)。

根據(jù)最大隸屬度原則，可以判定出長(zhǎng)安寨隧道K36+020～K36+080處突水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等，可能發(fā)生100～1 000m3/h的中-小型突水突泥災(zāi)害，風(fēng)險(xiǎn)水平有條件接受，工程有必要進(jìn)一步實(shí)施預(yù)防措施以提高安全性。

3巖溶隧道突水防治對(duì)策

根據(jù)巖溶隧道水害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)，制定以下幾種防治對(duì)策[3]：

(1) 重視超前地質(zhì)預(yù)報(bào)并切實(shí)作好監(jiān)控量測(cè)工作， 實(shí)施超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

(2) 在隧道開挖過程中，對(duì)于可溶巖，一般的處理方式為，根據(jù)地質(zhì)調(diào)查法的資料作為依據(jù)，主要采用超前鉆探方式，再通過多種物探手段來精確探明前方的地質(zhì)情況，以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的結(jié)論作為工程施工的重要依據(jù)。

(3) 對(duì)于可能發(fā)生突水突泥災(zāi)害事故的區(qū)域，應(yīng)該準(zhǔn)備好大量的抽水、排水等應(yīng)急設(shè)施，而且也要制定好救援方案。

(4) 根據(jù)“早預(yù)報(bào)、預(yù)注漿、管超前、半斷面、留核心、短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、緊封閉、勤量測(cè)”的原則確保施工順利進(jìn)行。

(5) 施工過程中，對(duì)于軟巖及斷層破碎區(qū)域，應(yīng)該加強(qiáng)初期支護(hù)，在必要時(shí)可以考慮設(shè)置臨時(shí)仰拱，在開挖下半結(jié)構(gòu)截面時(shí)，可能使上半結(jié)構(gòu)懸空，造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，應(yīng)該考慮設(shè)計(jì)鎖腳錨桿，確保施工安全進(jìn)行。

4結(jié)論

(1) 從巖組巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和地下水動(dòng)態(tài)變化等方面分析了長(zhǎng)安寨隧道的巖溶發(fā)育規(guī)律。

(2) 基于層次分析法，對(duì)長(zhǎng)安寨隧道水害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，確定了長(zhǎng)安寨隧道的水害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以便采取有效的預(yù)報(bào)手段，建立相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制與防治措施，確保施工安全。

(3) 針對(duì)巖溶水害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，探討了巖溶隧道突水防治對(duì)策，給今后巖溶隧道的施工提供借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]葛顏慧.巖溶隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與預(yù)警機(jī)制[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[2]王彩華，宋連天.模糊論方法學(xué)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1988.

[3]張民慶，黃鴻建，苗德海，等.宜萬線隧道工程巖溶治理技術(shù)與工程實(shí)例[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2008(1)：26-37.

收稿日期：2014-09-10

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.01.036