高壓富水巖溶地層隧道施工特點(diǎn)及技術(shù)應(yīng)用

王 侖

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

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高壓富水巖溶地層隧道施工特點(diǎn)及技術(shù)應(yīng)用

王 侖

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

介紹了高壓富水巖溶地區(qū)的特點(diǎn)，分析了判斷巖溶地區(qū)具體情況的措施，以某實(shí)際工程為例，從巖溶處理技術(shù)、圍巖方案兩方面，闡述了巖溶地區(qū)隧道施工中采用的關(guān)鍵技術(shù)措施，從而提高施工質(zhì)量。

巖溶地層，隧道，導(dǎo)坑，圍巖方案

巖溶地區(qū)的環(huán)境復(fù)雜，在該地區(qū)進(jìn)行施工是一項(xiàng)具體的挑戰(zhàn)，面臨許多困難。我國地區(qū)遼闊，在具體施工中，由于地區(qū)性差異較大，以及地形演變等諸多項(xiàng)的影響，導(dǎo)致巖溶地區(qū)的體質(zhì)條件存在巨大差異，因此需要針對(duì)該項(xiàng)內(nèi)容做好相應(yīng)的分析工作。

1 高壓富水巖溶地區(qū)的特點(diǎn)

所謂巖溶就是在經(jīng)過地下水地表水兩者相互作用，將溶巖作為媒介，長時(shí)間不斷循環(huán)、滲透交融、構(gòu)成局徑流，在該過程中化學(xué)或機(jī)械方面的作用，將會(huì)使可溶性巖層產(chǎn)生的地形產(chǎn)物發(fā)生變化。巖溶地水量充裕，通過分析可以發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造十分特殊，呈現(xiàn)出“高壓多水，溶洞斷層”等不同的特點(diǎn)。

巖溶地質(zhì)自身存在的特點(diǎn)會(huì)對(duì)交通工程的建設(shè)造成一定影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)地下工程的施工和安全造成較為嚴(yán)重威脅，不僅影響工程的施工進(jìn)度，而且也會(huì)影響工程的施工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。在工程施工中，如果遇到涌水涌砂等突發(fā)性的自然災(zāi)害，不僅會(huì)對(duì)工程施工中使用設(shè)備造成破壞，而且會(huì)危害人們的人身安全。與此同時(shí)，在隧道中積累大量的物質(zhì)，將導(dǎo)致地層內(nèi)的有效應(yīng)力發(fā)生一定改變，增加了工程的預(yù)測(cè)難度[1]。而受水質(zhì)和滲透作用的雙重影響，適當(dāng)?shù)氖沟叵滤拇鎯?chǔ)量能夠得到控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地表下沉和塌陷情況的發(fā)生，影響工程的順利進(jìn)行。

2 判斷巖溶地區(qū)具體情況的措施

2.1 地質(zhì)調(diào)查

地質(zhì)調(diào)查法是查看巖溶地區(qū)涌水、涌砂、涌泥等各種不良現(xiàn)象的一種有效防范，該方法實(shí)際上就是針對(duì)隧道地區(qū)的具體情況，調(diào)查工程區(qū)域的具體地質(zhì)情況，詢問當(dāng)?shù)氐木用瘢莆赵搮^(qū)域的具體情況。

2.2 超前水平鉆探法

富水軟弱斷層破碎帶、重大物探異常等負(fù)載地段在具體施工中，處理起來面臨較大難度，因此在施工中，為了確保施工的安全性，以及工程的質(zhì)量能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)，在施工中需要采用超前水平鉆探，同時(shí)，需要設(shè)置防突裝置，避免突發(fā)情況的發(fā)生，引發(fā)危險(xiǎn)。

超前地質(zhì)預(yù)報(bào)存在異常區(qū)域前30 m掌字面的中上部，在具體處理過程中，應(yīng)用超前沖壓水平鉆孔的方式，對(duì)前方的地質(zhì)情況進(jìn)行驗(yàn)證，在具體施工中，為了確保最終施工的合理性，鉆孔深度需要超過異常區(qū)域的10 m以上[2]。鉆孔過程中，孔徑大小為7.5 cm，具體施工中，兩次孔徑搭接長度約為5 m。如果情況必要，在復(fù)雜的地質(zhì)地段，可以采用會(huì)鉆取芯的方式進(jìn)行施工，同時(shí)完成對(duì)斷層破碎帶巖土強(qiáng)度，以及物質(zhì)成分的分析，超前回轉(zhuǎn)取芯鉆水平鉆孔在距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)異常30 m撐子面上布設(shè)3個(gè)孔，同時(shí)要設(shè)置外插角探測(cè)，為工程施工的順利進(jìn)行，提供支持。

2.3 洞周探測(cè)

隧道施工中如果穿越煤地層及可溶巖地層，隧道開挖后，需要對(duì)洞周的采空區(qū)或隱伏地區(qū)進(jìn)行探測(cè)分析。在具體施工中，依據(jù)掌子面地質(zhì)素描的具體情況，對(duì)可溶巖地段是否存在進(jìn)行合理判斷，如果存在可溶巖地段，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行物探。如果發(fā)現(xiàn)溶巖存在異常情況，開展相應(yīng)物探操作(地質(zhì)雷達(dá)法)操作，如果在具體施工中，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)雷達(dá)存在異常情況，再通過鉆探、物探的方法，完成對(duì)巖溶工點(diǎn)的報(bào)告，得到相應(yīng)的勘察信息[3]。然后，依據(jù)勘察報(bào)告，確定相應(yīng)的處理方法，通過合理的方式，處理巖溶。

2.4 紅外探水

通過接受紅外輻射信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，在接近溶巖或斷層破碎帶富水區(qū)時(shí)，要做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，定性對(duì)掌子面前方30 m范圍內(nèi)是否存在地下水進(jìn)行詳細(xì)預(yù)報(bào)，在具體施工中，連續(xù)預(yù)報(bào)時(shí)前后兩次重疊長度需要超過5 m。

3 巖溶地層隧道施工關(guān)鍵技術(shù)措施

3.1 工程概況

某鐵路工程隧道的全長15 243 m，工程所在區(qū)域的地質(zhì)復(fù)雜、涌水風(fēng)險(xiǎn)較高，突泥等多種情況。

隧道出口段右側(cè)掌子面底板處利用鑿巖臺(tái)車進(jìn)行加深炮孔時(shí)，在具體施工時(shí)，鉆進(jìn)的深度達(dá)到5.7 m后，探孔內(nèi)涌出了一定量的股狀水，探孔出水噴出了15.4 m，通過觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)噴出的水質(zhì)清澈無雜物。

3.2 巖溶處理技術(shù)

處理巖溶水時(shí)，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持“疏同不堵”原則，同時(shí)，在具體施工中采用堵、截、防、排等綜合防治措施。在具體施工中，為了避免突然巖溶水的侵襲，可采用排放巖溶水和超前鉆孔探測(cè)，為了確保施工的順利，要預(yù)備充足的抽水設(shè)備，避免工程施工受不良影響，以及安全事故的發(fā)生。

對(duì)于注漿地段的確定，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)手段，通過注漿封閉的方式，完成相應(yīng)的加固操作，從而使巖體的完整性得到進(jìn)一步提升，使結(jié)構(gòu)體能夠具有一定的承載能力，最終構(gòu)成圍巖注漿固結(jié)圈，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水量的合理限制，對(duì)排放的具體情況進(jìn)行合理控制，同時(shí)在噴錨支護(hù)的輔助下，確保在工期內(nèi)竣工，洞室的安全性以及穩(wěn)定性，避免了安全事故的發(fā)生。

注漿方式的選取，依據(jù)工程的具體情況，最終選擇的注漿方式有超前預(yù)注漿、局部注漿、后注漿、補(bǔ)注漿[4]。在具體注漿過程中，要依據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，以及在施工中，揭示的地質(zhì)信息，同時(shí)結(jié)合注漿效果、注漿工藝、注漿前后承壓變化等多項(xiàng)內(nèi)容，對(duì)注漿施工中使用的材料、選取的方式進(jìn)行調(diào)整，確保最終結(jié)果的科學(xué)性與合理性。

3.3 圍巖方案

綜合考慮工程的具體情況，在對(duì)工程進(jìn)行處理上，最終確定的方案如下：

降低圍巖級(jí)別→加強(qiáng)超前、初期支護(hù)→導(dǎo)坑超前分部開挖。

1)降低圍巖級(jí)別。

在工程施工中，可以發(fā)現(xiàn)，由于前方巖體在遭受到擠壓后，在工程的節(jié)理密集帶區(qū)域，出現(xiàn)過較為明顯方解石重新膠結(jié)現(xiàn)象；受方解石重結(jié)晶作用的影響，巖體本身的完整性相對(duì)較差，通過實(shí)際分析可以發(fā)現(xiàn)，圍巖不穩(wěn)定，因此施工中，將圍巖的的級(jí)別降低到Ⅴ級(jí)，確保工程施工的順利，避免引發(fā)安全事故，影響工程質(zhì)量，造成人員傷亡。

2)加強(qiáng)超前、初期支護(hù)。

用于工程施工前方巖涌水量較大，因此施工中一旦發(fā)生坍塌處理，將會(huì)導(dǎo)致大量的泥水涌出，這將會(huì)對(duì)工程造成巨大危害。因此，在施工中，需要采用超前支護(hù)措施進(jìn)行適當(dāng)處理，避免坍方發(fā)生，隧道被泥水充滿[5]。為了避免前方破碎帶發(fā)生坍塌，以及結(jié)構(gòu)中的存在的大顆粒物質(zhì)被掏蝕，設(shè)置超前大管棚與全環(huán)鋼架加支護(hù)，針對(duì)不同地段的具體情況，確定大管棚的根數(shù)，以及每根的長度，同時(shí)還要做好復(fù)合襯砌加強(qiáng)工作，確保工程最終的施工質(zhì)量能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)。

3)導(dǎo)坑超前分布開挖。

為了對(duì)前方的地質(zhì)情況進(jìn)行探明，使帶水作業(yè)壓力能夠得到一定程度的緩解，在開挖時(shí)，采用單側(cè)導(dǎo)坑超前臺(tái)階法，完成相應(yīng)的開挖工作。

此外，還需要注意，高壓富水巖層地層隧道地質(zhì)環(huán)境相對(duì)來說比較復(fù)雜，因此在施工中，需要將地質(zhì)危害預(yù)測(cè)工作歸屬隧道程序管理中，并且要依據(jù)工程的具體情況，編制出高質(zhì)量的施工方案。預(yù)測(cè)隧道地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，需要精準(zhǔn)的地質(zhì)資料及相關(guān)地質(zhì)勘探信息，只有這樣才能確保最終預(yù)報(bào)方案的科學(xué)性與合理性。構(gòu)建一套完善的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)系統(tǒng)，對(duì)相關(guān)的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行完善，并且要制定一套合理的協(xié)調(diào)機(jī)制，利用各種不同的預(yù)報(bào)方式，使各項(xiàng)方式的優(yōu)勢(shì)能夠得到充分發(fā)揮，從而提升預(yù)報(bào)的精準(zhǔn)性，為隧道施工提供支持。

4 結(jié)語

高壓富水巖溶地層開設(shè)隧道過程中，如果發(fā)生涌水情況，將會(huì)對(duì)工程施工造成嚴(yán)重影響。因此，相關(guān)施工單位，必須要依據(jù)具體情況，制定一套科學(xué)合理應(yīng)急處理方法，只有這樣才可以避免安全事故的發(fā)生。通過有效的對(duì)策后，能夠提升隧道施工效率，提高施工質(zhì)量。

[1] 李 睿,呂言新,李豐果,等.高壓富水巖溶區(qū)特長隧道注漿堵水綜合技術(shù)研究[J].中國礦山工程,2011(5):55-59.

[2] 劉 勇.硫鋁酸鹽水泥帷幕注漿施工技術(shù)在高蓋山隧道F_(30)斷層的應(yīng)用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2013(4):183-187.

[3] 孫國慶,殷九榮.水平旋噴加固在富水未成巖粉細(xì)砂層中的應(yīng)用[J].隧道建設(shè),2012(2):213-217.

[4] 雷明明,韋良文,周麗梅.超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)在巖溶富水隧道的綜合應(yīng)用[J].北方交通,2013(9):75-78.

[5] 陳卓平.超深埋特長隧道施工技術(shù)在高壓富水地層的分析[J].價(jià)值工程,2016(25):196-198.

The tunnel construction characteristics and technical application of high pressure and water rich karst strata

Wang Lun

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupLimitedCompany,Jinzhong030600,China)

This paper introduced the characteristics of high pressure and rich water karst area, analyzed the measures judgement of specific situation in karst area, taking a practical engineering as an example, from the karst treatment technology, surrounding rock scheme two aspects, elaborated the key technical measures adopted in the tunnel construction in karst area, so as to improve the construction quality.

karst strata, tunnel, pilot tunnel, surrounding rock scheme

1009-6825(2017)17-0161-02

2017-03-25

王 侖(1981- )，男，工程師

U455

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