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隧道巖溶突水涌泥原因及處理策略

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隧道巖溶突水涌泥原因及處理策略

【摘要】隧道工程在受到復(fù)雜地質(zhì)條件影響下,極容易導(dǎo)致隧道巖溶突水涌泥等問題的發(fā)生。現(xiàn)階段,要加強(qiáng)對隧道巖溶突水涌泥原因與形成機(jī)理的分析,并采取針對性處理措施,提高隧道工程的整體施工質(zhì)量。本文首先對突水涌泥的危害、成因做出分析,并結(jié)合工程案例對該問題的處理策略進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】巖溶隧道;突水涌泥;原因;處理策略

引言

在進(jìn)行鐵路、公路等工程的建設(shè)期間,經(jīng)常會遇到巖溶突水涌泥問題。對于突水問題而言,主要是指水流量超過了0.1m3/s,涌泥指的是地下水中泥沙的含量大于50%。一旦工程建設(shè)過程中發(fā)生突水涌泥問題,不僅會對周圍環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染,同時(shí)還會威脅到施工人員的生命安全。因而,巖溶隧道建設(shè)前期要加強(qiáng)地質(zhì)水文勘察,并積極做好風(fēng)險(xiǎn)評估,加強(qiáng)對突水涌泥等病害的防治效果。

1突水涌泥的影響因素與危害性分析

1.1突水涌泥問題的影響因素

一般來說,導(dǎo)致巖溶隧道施工期間發(fā)生突水涌泥問題的因素主要有兩方面:自然因素、技術(shù)因素。對于自然因素而言,隧道所處的地質(zhì)環(huán)境、埋深、長度以及地震、暴雨等因素,都可能導(dǎo)致突水涌泥問題的發(fā)生。另外,技術(shù)因素主要是指勘察、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不合理應(yīng)用,可能會對巖溶隧道的突水涌泥問題產(chǎn)生一定的影響。

1.2突水涌泥的危害性分析

巖溶突水涌泥問題的發(fā)生,將對隧道的正常施工與后期運(yùn)營產(chǎn)生極為不利的影響。首先,巖溶隧道施工時(shí),出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥現(xiàn)象的概率較高,由于突水量大,水中含有大量的泥沙,因而會對施工人員的生命與財(cái)產(chǎn)安全造成威脅,同時(shí)還存在著設(shè)備沖毀的危險(xiǎn)。其次,由于突水涌泥過程中會帶走大量的泥沙,使得土體內(nèi)部的空洞區(qū)域越來越大。在受到重力作用的影響下,地表可能出現(xiàn)沉降或塌陷問題。此外,隨著突水量的不斷增大,隧道附近區(qū)域的地下水位、地表水位將可能出現(xiàn)下降的問題。另外,在突水過程中,施工現(xiàn)場大量的泥漿等物質(zhì)將會被水流帶走,進(jìn)而會對周圍環(huán)境產(chǎn)生一定的污染。突水涌泥還可能影響到隧道工程的施工進(jìn)度,導(dǎo)致工程延期等問題的出現(xiàn)。

2突水涌泥發(fā)生條件

①在開展巖溶隧道工程建設(shè)工作時(shí),由于巖溶水中含有大量的酸堿離子,會對巖土體產(chǎn)生侵蝕的作用,使得圍巖結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度大大降低。這樣一來,巖土體內(nèi)就容易形成突水涌泥的結(jié)構(gòu)面;②在巖溶區(qū)域,土體內(nèi)部分布著大量的裂隙、裂縫以及節(jié)理構(gòu)造。巖溶發(fā)育期間,會生成較多的斷層面以及沉積層面,一旦巖溶隧道發(fā)生突水涌泥病害,這些裂隙、斷層面等都將為水體的流動提供通道。同時(shí),在受到巖溶水壓力的影響之下,隧道周圍巖的有效應(yīng)力將發(fā)生變化,巖體會出現(xiàn)溶蝕軟化問題,這也為突水涌泥問題的發(fā)生提供了便利條件;③在受到較高水壓的影響下,水流量將逐漸增大。這一期間,水壓力將會轉(zhuǎn)換為水動能。隨著巖溶水對隧道圍巖結(jié)構(gòu)的不斷溶蝕,圍巖結(jié)構(gòu)的自身穩(wěn)定性將大大降低,進(jìn)而導(dǎo)致突水涌泥問題的發(fā)生。

3巖溶隧道突水涌泥的處理策略

首先,當(dāng)隧道工程穿越巖溶地區(qū)時(shí),要加強(qiáng)對地質(zhì)勘察工作的重視,并結(jié)合地勘成果,應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)以及超前探水等方法,做好巖溶地區(qū)的地質(zhì)特征分析,采取預(yù)防性措施確保巖溶隧道施工的有序開展。這一過程中,可以采取跨越、引排、截留等措施,降低巖溶水對隧道施工的不利影響。同時(shí),還可以采取加固填充、回填夯實(shí)以及地表水疏排等措施,增加巖溶隧道的綜合性處理效果。其次,可以適當(dāng)增大注漿區(qū)域的長度、提升漿體的強(qiáng)度,或者添加一定的摻加劑,來增加突水涌泥區(qū)域的處理效果。如果隧道需要穿越采空區(qū),要結(jié)合采空區(qū)的大小、分布狀況以及采空區(qū)的積水、深度、上覆巖層狀況,合理選用加固、排水、回填等處理措施,降低突水涌泥問題對隧道施工、運(yùn)營產(chǎn)生的危害。另外,還要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)水文狀況,并針對施工期間的人員、設(shè)備安排情況,建立完善的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案。一旦隧道施工期間出現(xiàn)突發(fā)性突水涌泥事故,要在最短的時(shí)間內(nèi)展開應(yīng)急救援活動,降低突水涌泥事故對人員、設(shè)備產(chǎn)生的破壞。各部門應(yīng)明確自身的職責(zé),并做好應(yīng)急資源的儲備與安放,參與施工的各方人員要有強(qiáng)烈的事故防范意識,具備相應(yīng)的自救意識與能力。

4案例分析

4.1工程概況

某深埋特長隧道工程的長度達(dá)到了11068m,隧道的相對高差達(dá)到了900m。施工區(qū)域內(nèi)分布著向斜、背斜等地質(zhì)構(gòu)造,在向斜區(qū)內(nèi),存在著嚴(yán)重的地層斷裂問題??辈熨Y料表明,巖溶隧道所要穿越的區(qū)域,其巖性主要以灰?guī)r、瀝青質(zhì)灰?guī)r為主。另外,施工區(qū)域還分布著大量的泥巖、砂巖以及白云巖等地層。其中,可溶性灰?guī)r地層的長度達(dá)到了7100m。

4.2突水涌泥的原因分析

①由于該巖溶隧道需要穿越巖溶侵蝕較為嚴(yán)重的區(qū)域,并且該區(qū)域的地表存在著大量的巖溶洼地,相鄰?fù)莸刂g分布著較多的槽谷,為突水涌泥等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生提供了便利條件;②勘察資料表明,隧道圍巖附近主要以中風(fēng)化灰?guī)r為主,呈現(xiàn)出層狀、碎裂狀。巖溶隧道施工期間,由于大量機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用,對溶洞產(chǎn)生了較大的擾動,使得原有地下水循環(huán)系統(tǒng)受到破壞,進(jìn)而引發(fā)了突水涌泥問題。

4.3處理策略

在突水涌泥病害發(fā)生之后,如果采用簡單的排堵水處理措施,將造成地下水循環(huán)系統(tǒng)受到一定的破壞,進(jìn)而加劇突水涌泥問題。鑒于此,工程施工期間應(yīng)采用“防、排、堵、截”等多種綜合性措施加強(qiáng)對突水涌泥問題的處置。(1)在進(jìn)行巖溶隧道裂縫水發(fā)育地段的開挖工作時(shí),主要使用徑向注漿和補(bǔ)漿的方式,加強(qiáng)對突水涌泥問題的治理。同時(shí),工程中使用了小導(dǎo)管注漿技術(shù)對突水涌泥通道進(jìn)行了封堵。這樣一來,能夠有效減輕巖溶隧道施工期間存在的水土流失問題。(2)針對該巖溶隧道的具體地質(zhì)與水文情況,采取了綜合性的治理措施,在巖溶洞內(nèi)利用排水泵進(jìn)行排水。在洞內(nèi)進(jìn)行了蓄水坑、蓄水池的開挖,通過逐級排水的方式降低突水涌泥問題的危害。在本工程中,隧道內(nèi)每隔50m就開挖1個(gè)蓄水坑。在每隔100m的范圍內(nèi),開挖1個(gè)大型的蓄水池。排水期間,首先借助排水泵將蓄水坑中的水匯集到蓄水池中,之后再集中將蓄水池中匯集的水排放到巖溶隧道外。由于巖溶發(fā)育狀態(tài)有著較強(qiáng)的復(fù)雜性和不確定性,施工期間要針對現(xiàn)場的實(shí)際情況做好調(diào)整,并加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)等工作,為巖溶隧道的順利施工提供幫助。其中,圖1為工程中超前鉆孔布置圖。(3)在本工程中,DK358+900到DK359+500段由于受到施工機(jī)械擾動作用的影響,使得突水涌泥災(zāi)害發(fā)生的概率大大增加。具體施工期間,主要采用以下措施加以防范和治理:一方面,巖溶隧道的襯砌結(jié)構(gòu)選用的是S-Ⅳa襯砌形式。另一方面,使用洞渣等材料對軟塑巖土體表面進(jìn)行了回填,回填厚度達(dá)到了2m。針對DK358+900位置處可能發(fā)生的突水涌泥問題,施工期間在拱部范圍設(shè)計(jì)了超前小導(dǎo)管,并利用6m的熱軋無縫鋼管(前端呈錐形)進(jìn)行排水,導(dǎo)管的外徑為6cm。此外,由于在DK359+500位置處存在著大量的裂縫發(fā)育問題,使得巖體的穩(wěn)定性大大降低。再加之長時(shí)間的雨水滲透,使得右側(cè)和拱頂處存在著大量的地下滲水,導(dǎo)致了初期支護(hù)結(jié)構(gòu)受擠壓變形。為解決這一問題,施工期間對此地段的加固采用了S-VC型襯砌。同時(shí),從隧道的右側(cè)拱腳到左側(cè)拱腰位置處,使用環(huán)向、斜向注漿加固的方式進(jìn)行處理。這一過程中,加固區(qū)域的長度為4.5m,加固期間使用鋼花管進(jìn)行注漿。鋼花管采用梅花狀布設(shè)方式,縱向的間距是0.5m,環(huán)向間距為0.8m。施工環(huán)節(jié)中,還使用超前大管棚與鋼架對拱墻進(jìn)行了支護(hù)。所使用的管棚長為28m,準(zhǔn)=108mm,管棚的環(huán)向間距設(shè)計(jì)為0.45m。在開展初期支護(hù)工作時(shí),加強(qiáng)了對施工現(xiàn)場變形與突水問題的監(jiān)測,并及時(shí)進(jìn)行了二次襯砌結(jié)構(gòu)的施工。在二次襯砌施工結(jié)束之后,利用土石回填的方式,對巖溶隧道的洞口最上部位置進(jìn)行處理。

5結(jié)束語

在進(jìn)行巖溶地區(qū)隧道工程的施工建設(shè)工作時(shí),導(dǎo)致隧道突水涌泥的因素有很多,隧道突水涌泥往往是多種因素綜合作用的結(jié)果。因而,工程施工期間,要加強(qiáng)對施工區(qū)域的地質(zhì)水文勘測工作,并結(jié)合勘測結(jié)果制定突水涌泥災(zāi)害的防治措施。具體施工過程中,要采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等措施,加強(qiáng)對施工區(qū)域地質(zhì)狀況的了解,并結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況,積極做好突水涌泥事故的處理。

參考文獻(xiàn)

[1]馬士偉.巖溶隧道涌突水災(zāi)害發(fā)生機(jī)理與工程防治[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2017(2):84-89.

[2]許模.巖溶管道充填物結(jié)構(gòu)特征及成因分析[J].人民黃河,2017(4):144-146.

作者:李繼鋒 單位:重慶南江工程勘察設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司

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