铁路隧道基底岩溶处理技术研究

2017-11-21杨凡

绿色环保建材 2017年5期

关键词：炮眼突水涌水量

杨凡

中交隧道工程局有限公司第三工程公司

铁路隧道基底岩溶处理技术研究

杨凡

中交隧道工程局有限公司第三工程公司

岩溶主要是由于地下水以及地表水通过对可溶性的岩层进行化学以及机械侵蚀造成破坏而形成的各种地下溶蚀现象的总称。岩溶发育的基本条件是岩石的可溶性以及裂隙性，我国地域辽阔，岩溶地区也分布非常广泛，而随着我国经济建设的不断发展，铁路项目也得到了极大的发展，因此在岩溶地区进行铁路隧道施工也在逐渐增加，基于此本文以实际工程作为案例，详细讨论了铁路隧道岩溶处理技术。

铁路隧道；基底；岩溶；处理技术

1 工程概况

丽香铁路Ⅴ标正线长18.73km，其中交尼山隧道长7055m，隧道穿越岩层以板岩和灰岩为主，灰岩为可溶岩，造成地下岩溶发育良好，而且岩溶基本上处于隐伏状态，具体表现为：溶洞、连通好的溶蚀破碎带，使得基岩与覆盖层接触界面附近形成了易塌陷区和极易塌陷区，施工期间存在高度的洞内塌方，隧底塌陷及突水突泥风险。

2 岩溶隧道可能出现的问题分析

由于岩溶隧道的具体环境不同，其发育形态也非常多，而且由于岩溶发育存在不均衡性以及不规则性，所以在铁路岩溶隧道的设计施工方面非常困难，尤其是施工阶段的突水、突泥等现象造成了极大的安全隐患，而且还对施工进度产生非常大的影响，笔者结合工作经验，具体总结了隧道岩溶问题，可以分为下面三种：

(1)隧道施工过程中出现突水、突泥问题；

(2)隧道施工过程中出现顶板溶洞填充物陷落问题

(3)隧道施工过程中底板塌陷问题

3 岩溶隧道施工对策

3.1 超前地质预报

在本隧道施工中，为了探明前方围岩情况，采用了TSP超前探测技术、地质雷达技术、超前钻孔技术并结合加深炮眼技术。通过TSP技术，可以推断出岩层、岩性以及岩体的完整性，而且可以有效推测出溶洞以及哪些地段可能存在突水或突泥现象，同时还可以对围岩的级别进行初步判断，进而采取有针对性的建议。地质雷达技术主要是为了对TSP技术进行补充，通过地质雷达技术，可以对撑子面、底板进行全程覆盖，而且可以将检测到的结果汇成图。在对岩溶富水破损带进行探测时，可以采用超前水平地质钻探技术，在钻孔分布上，按照上、中、下、左右拱腰等部位各布置一个钻孔，在一个断面上至少要安排5个钻孔。在开挖轮廓线外5m设置终孔，同时为了防止出现隧道出口反坡开挖以及突水、突泥等现象，要在隧道超前钻孔设置孔口管以及控制闸阀。每循环上台阶打不少于10个加深炮眼，爆破眼要和孔径大小要保持一致，孔深要比爆破眼深超过3m，这样可以有效防止有压力的泥水冲垮，造成突水、突泥事故。

底板岩溶探测采用径向钻孔的方式进行，探孔深度5m，横向间距3m，纵向间距5m，一旦发现岩溶，加密探孔，并加以雷达进行探测，探明岩溶埋深、填充物情况、排水路径等情况，再确定整治措施。

3.2 预报涌水量

炮眼爆破后的出水量与爆破前炮眼水喷距之间具有一定的比例关系，因此在对涌水量进行预测时，可以根据其与喷距之间的数学比例关系进行计算，水平喷射距离的计算公式如下：

上式中，s代表水平喷射的距离，炮眼和路面的垂直距离用y代表，V是喷射速度，g是重力加速度。

3.2.1 工作方法与步骤

进行涌水量预测的工作步骤主要有以下几步：(1)将喷射距离最远的炮眼留下，将其余的炮眼全部堵死；(2)测量水平的喷射距离；(3)计算出当y=1m时，水平喷射距离；(4)预测出开挖后的涌水量级别

3.2.2 喷射距离概略预报涌水级别

(1)如果喷射距离s小于5m，则说明涌水量会小于100/h，所以是裂隙水以及小股或者中股涌水级。所以经过探放水后，就可以放心掘进；(2)如果喷距在5-9m之间，那么涌水量就是100-300/h，突水级为小型，经过探放水后，可以利用放小炮，进行试探掘进；(3)如果喷距在9-12m，就是中型突水级，需要立刻停工，并调查清楚原因后，才能进行试探性的掘进；(4)如果喷距在12m以上，那么涌水量已经超过400/h，已经属于大型的突水级，相关的施工单位必须马上停止施工，并撤出相关的施工机械，对于突水原因要尽快查明，并采取相应的处理措施。

3.2.3 突泥量的预报

在对突泥量进行预报时，可以根据泥浆的不同比重，并乘以对应的系数，从而计算出喷距范围，最终计算出突泥量的级别。

3.3 突水、突泥的防治

3.3.1 处治原则

在对突水、突泥进行防治时，要秉承保护生态环境的原则，在施工安全的前提下，尽可能的不破坏原有的水系，在实际工作中，要遵循“防、排、截、堵相结合”的处理原则。

3.3.2 突水、突泥的防治措施

在防止突水、突泥过程中，主要利用以下几项措施：(1)利用超前地质预报工作，将溶洞以及暗河的具体位置调查清楚，而且还要详细了解到岩溶水的发育情况。(2)当隧道开挖到水源体附近时，不可盲目的放炮，要用大口径的超前钻孔对其进行探测并释放地下水。(3)等到涌水量减少时，用帷幕灌浆技术固结围岩，这样可以防止地下水的过度流出从而造成地下水的流失；(4)如果在岩溶隧道中遇到有高压或者富水充填溶腔时，要采取释能降压的方法对其进行排放。

3.3.3 释能降压排放

目前针对高压富水充填溶腔，如果填充介质的可流性比较好，同时压力不大，水量也不大的情况下，一般采用注浆施工技术取得的效果比较好，但是如果压力高，水量大，通过注浆技术虽然可以在一定程度上抑制，但是受到目前技术的限制，在开挖过程中，一些注浆的盲区可能会被高压水击穿，造成突水突泥事故。所以在遇到高压富水溶腔时，一般采用释能降压排放，在合适的时机采取有计划有目的的精确爆破，通过将溶腔炸开，对其进行排水降压操作，对于一些有条件的，还可以采用地质超前钻孔技术进行排水降压操作。

3.4 隧道顶板溶洞充填物陷落和底板塌陷处理措施。

⑴跨越处理：当溶洞的规模比较大时，而且溶洞内的填充物也比较松软，导致在进行基础施工时比较困难，那么就可根据具体条件采用相应的梁跨、板梁、桩等形式跨越岩溶地段。

⑵锚杆、钢管加固处理：在清除溶洞内松动的岩石时，为了防止出现溶洞顶板塌陷的危险，一般都会采取用锚杆对岩体进行加固处理，如果隧道高度比较大，要设置横向钢轨进行横撑，对于一些宽敞的岩溶大厅可以采用人字形钢轨栅架。

(3)底板注浆加固：隧道底部溶洞较小且存在填充物、或底板下溶洞埋深浅、且为分散的小溶洞时，底板以下填充物采用注浆加固处理，加固深度不小于5m，范围超出隧道拱脚1m。

3.5 岩溶水处理

岩溶隧道的处治原则可总结为：“绕、截、排、越与分部开挖，加强支护相结合”。

(1)绕：如果在施工中遇到特别大的溶洞，或者溶洞难以处理时，为了不停工，可以通过增加出口作业面或者迂回导坑的方法绕过溶洞区，这样就可以一边施工一边对溶洞进行处理。

(2)截：根据勘测结果显示，如果隧道内的地下水有补给来源时，比如存在有溶穴、落水洞、竖井等，而且会随着季节的不同对其补充量也不同时，一般是采用拦截地表水的方法对其进行处理。如果是自然沟槽，就可以在溶穴、落水洞等周围施作浆砌片石排水沟。如果地表就是一个溶蚀封闭的洼地，那么就可以利用截水沟、泄水暗管等，将水引到隧道的渗泄区之外。

(3)排：在对隧道进行掘进时，如果遇到溶洞有流水时，尽量排水而不是堵水，第一要对水源进行探测，通过对涌水量的计算，综合考虑水流的流向以及隧道位置，采取以排水为主，截引相结合的方法。常年流量大的岩溶地下水，即隧道排水沟无法正常完全排走的水，隧道可设排水通道排水，排水通道必须与原有的泄水路径相连。隧道横穿溶洞时，隧道占据原有通道，在隧道侧面开挖设置通道与原通道相连，不允许堵塞，防止衬砌背后形成承压水。排水通道需穿越隧道的，从隧道底部通过，隧道改变底板设计，保证底板不沉陷。溶洞较大但开挖时水量较小时，尽量不将水引入隧道内，必须根据溶洞形状，流向及与隧道关系，预留排水通道，确保水能顺利排出。即使为干涸的溶洞时，也不允许采取回填，以防出水时无排泄途径，防止在衬砌背后形成承压水，危及今后施工和运营安全。