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      2. 巖溶地區工程治理措施

         

        巖溶地區工程治理措施是非常重要的,措施的制定是為了更好的治理,每個細節都要結合實際,才能達到預期效果。

        一、巖溶及其形態特征

        在可溶性巖石地區,地下水和地表水對可溶巖進行化學侵蝕作用、機械侵蝕作用以及與之伴生的遷移、堆積作用,總稱為溶巖作用。在巖溶作用地區所產生的特殊地質、地貌和水文特征,稱之為巖溶現象。

        巖溶是碳酸鹽類巖石與水作用的結果,只有碳酸鹽類巖石分布的地區,才有巖溶。我國碳酸鹽類巖石分布面積很廣,出露地表的約有120萬平方公里,約占全國面積的1/8,埋藏地下的更為廣泛,主要分布在我國南方廣西、貴州和云南東部,其中以廣西壯族自治區出露面積最大,約12萬平方公里,占自治區面積的60%左右。除此在湖南、湖北西部以及廣東的西部和北部巖溶也很發育。華北地區巖溶主要分布在山西和河北的太行山、太岳山、呂梁山和燕山一帶,其中尤以山西境內比較發育。

        巖溶與工程建設的關系很密切。在巖溶地區修建隧道,一旦揭穿高壓巖溶管道水時,就會造成大量突水,有事夾有泥沙噴射,給施工帶來嚴重困難,甚至淹沒坑道,造成機毀人亡的事故。在地下洞室施工中遇到巨大溶洞時,洞中高填方或橋跨施工困難,造價昂貴,有時不得不另辟新道,因而延誤工期。在巖溶地區修筑公路時,由于地下巖溶水的活動,導致路基基底冒水,水淹路基、水沖路基及隧道涌水等。

        二、巖溶發育的基本條件

        1、具有可溶性巖層,即以碳酸鹽類巖石為主的石灰巖、白云巖及一系列過渡型巖石;

        2、具有有溶解能力(含CO2)和足夠流量的水;

        3、具有地下水運動,即地表水下滲、地下水流動的途徑。

        三、巖溶地區工程地質問題和防治措施

        1、主要工程地質問題

        在巖溶地區進行工程建設,經常遇到的工程地質問題主要是地基塌陷、不均勻下沉和基坑、洞室涌水等。在建筑物基坑或地下洞室的開挖中,若挖穿暗河或地表水下滲通道,則會造成突然涌水,給工程施工和使用造成重大隧道和災難。

        在巖溶地區修建工程建筑物時:首先,必須在查清巖溶分布、發育情況的基礎上,選擇工程建筑物的位置,盡可能避開危害嚴重的地段;其次,由于溶巖發育的復雜性,特別是不可能在施工之前全部查清地下溶巖的分布,一旦施工揭露出來,則必須針對性的采取必要的措施。

        2、常用防治措施

        對于地下建筑物地基中的巖溶空洞,可以用灌漿、灌注混凝土或片石回填的方法,必要時用鋼筋混凝土蓋板加固,以提高地基承載力,防止洞頂坍塌。

        隧道穿越巖溶區,視所遇溶洞規模及出現部位采取相應措施。若溶洞規模不大且出現于洞頂或邊墻部位時,一般采用清除充填物后回填堵塞;若出現在邊墻下或洞底可采取加固或跨越的方案;若溶洞規模較大,甚至有暗河存在時,可在隧道內架橋跨越。

        對于溶巖地區的防排水措施應予慎重處理,主要原則是既要有利于工程修建,減輕巖溶的發展和危害,又要考慮有利于該地區的環境保護,不能由于排水、引水不當,造成新的環境問題。在隧道內遇到巖溶水的問題,若巖溶水量較小,可采用注漿堵水,也可采用側溝或中心溝將水排出洞外;若水量較大,可采用平行導坑做排水坑道。

        總之,對巖溶一般宜用排堵結合的綜合處理措施,不宜強行攔堵,且應做好由于長期排水造成的地面環境問題(如地面塌陷或地表缺水干涸)的處理補救措施。

        四、隧道溶洞的處理措施

        1、水處理

        溶洞水處理應遵循采取“以疏為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理”的原則。水處理措施基本可以分為以下三種:

        (1)泄水洞排水。當預測到隧道區域的巖溶水量大、水壓大,而隧道確實無法避開時,需考慮專門設置排水隧洞,達到排除巖溶水,降低地下水位,保持隧道干燥和施工安全的目的。泄水洞應位于地下水來向的一側,為防止巖溶水突然襲擊,

        施工中預備足夠的抽水設備。泄水洞的設置可能對生態環境有不利影響,是否采用應從施工、環保、安全等多方面進行評價,以保證方案考慮周全,成本最低。

        (2)涵洞、倒虹管吸過水。隧道斷面與巖溶水相交時,為保證巖溶水暢通,在隧道底部設鋼筋混凝土圓涵或倒虹管,同時涵洞出入口周邊至隧道邊墻外緣采用漿砌片石回填密實。

        (3)注漿止水。施工中遇到巖溶裂隙出水,采用“圍截注漿法”止水,先在出水點周圍適當的范圍內布孑L注漿,以形成封閉式止水帷幕,漿液填充與大裂隙連通的小裂隙,由遠至近,由外到里,層層縮小包圍圈.在注漿深度范圍內使巖溶裂隙水成為管道型涌水,最后在集中出水口逆流注漿,這樣漿液擴散更有方向性,沿大裂隙逆流而上到達更深遠的部位,把水堵到更深層。

        同時,隧道內的大股涌水多隨降雨量變化,通過試驗確定地表水和洞內水存在的水力聯系,除在隧道內施以必要的工程措施外,在地表應攔截,引排地表水,并封堵地表水的下滲通路,從而減小地表水對洞內的影響。

        2、小型溶洞處理

        對溶洞規模較小、巖壁較為穩定、不發育、無水的溶洞,可采用漿砌(干砌)片石封閉、回填,護拱防護、加強襯砌、拋石吹沙注漿、隧道底板設梁通過等方案。對于無水和地下水小、充填較密實的小型溶洞,可采用小導管注單液水泥漿加固地層;對于有流水、充填情況不密實的小型溶洞,可采用小導管注水泥一水玻璃雙液漿加固地層。

        對于隧道底部已填充的小型溶洞,可用加設底板梁加強襯砌的方式通過。將隧道底板或仰拱設計為平板式,底板及邊墻下部加布鋼筋,灌注鋼筋混凝土,使邊墻和仰拱(或底板)共同形成鋼筋混凝土梁,增強和改善受力性能。

        3、大型溶洞處理

        (1)、采用支撐結構通過溶洞方案。a.支承墻加固。若溶洞內填充物松散、厚度較小,清除填充物,用漿砌片石墻支頂加固溶洞頂板;水流通過該處設置涵洞,以利排水。b.拱橋支頂加固。若溶洞內填充物松散、厚度較大,可選用鋼筋混凝土拱支頂加固。c.挖孔樁支頂加固。對于深度較大的溶洞,可采用樁基礎加固,通過人工挖孔,實現成樁,樁底面嵌入基巖內,樁頂鋼筋伸入鋼筋混凝土底板內,與底板聯成一體,形成穩定的受力體。d.支承柱嵌補加固。根據溶洞形態不同,采用支承柱,嵌補加固溶洞頂板,回填空隙并注漿加固溶洞基底。

        2)采用跨越式通過溶洞方案。如果溶洞較大,采用封堵、加固、支承等方式處理時,費用較高;溶洞較小時又不宜回填堵塞,工作面小,不易操作。a.邊墻梁及行車梁跨越。施工方法采用先拱后墻法,使邊墻梁在拱圈保護下安全施工。道床行車部位采用鋼筋混凝土預應力梁。b.支墩、懸臂梁承托縱梁跨越。采用鋼筋混凝土板梁做底板,承托邊墻,托梁分別支承于支墩和懸臂橫梁上,懸臂橫梁采用錨桿錨固于基巖內。c.邊墻拱跨越。將邊墻拱腳設在邊墻底部,拱頂定位在襯砌拱圈的拱腳下,通過配置鋼筋加強襯砌形成邊墻拱跨越溶洞。

        3)采用繞避方案。在施工中遇到一時難以處理的溶洞,為不使工程陷于停頓,采用迂回導坑繞避溶洞,然后再進行處理。必須強調的是,當采用迂回導坑繞避溶洞時,為避免再次遇到溶洞,選擇迂回導坑位置前,應探明該范圍內溶洞的情況后再決策。

        五、結語

        石灰巖地區隧道中出現溶洞非常普遍,隧道施工中只有認真作好超前地質預報,正確了解巖溶地貌的分布、巖溶發育規律構造特點,根據遇到的不同巖溶構造采取不同的處理措施,才能切實保證巖溶隧道施工的質量、進度和安全。

         

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