談巖溶地區(qū)隧道設計

1、<p><b>　　談巖溶地區(qū)隧道設計</b></p><p>　　摘要: 公路隧道常通過巖溶地區(qū), 在巖溶地區(qū)修建的隧道越來越多，尤其是在山區(qū)， 諸多長大復雜巖溶隧道正在修建或即將修建。由于巖溶的復雜性、發(fā)育的不規(guī)律性，在巖溶地區(qū)修建隧道風險高。 如何確定巖溶區(qū)域圍巖級別及隧道襯砌結構設計、巖溶處置措施是在設計階段應該考慮的問題, 本文根據作者對巖溶區(qū)隧道設計實踐總結了一些個人觀

2、點。 </p><p>　　關鍵詞:巖溶區(qū)域隧道設計 </p><p>　　中圖分類號： U45 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p>　　巖溶地區(qū)隧道工程的選線應盡量避開巖溶水的徑流帶及深部緩流帶；針對巖溶危害，在隧道結構設計時應結合安全評價，采取適宜的加強措施。在石灰?guī)r地區(qū)修建隧道, 巖溶問題是不容忽視的。巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經過化學作用和

3、機械破壞作用而形成的各種地表和地下溶蝕現象的總稱。此區(qū)域的隧道建設應考慮巖溶的危害,評價其影響程度, 才能決定合適的襯砌結構形式和溶洞處理措施。 </p><p>　　1 巖溶區(qū)域隧道圍巖的分級 </p><p>　　1. 1 巖溶地區(qū)隧道圍巖分級應考慮因素 </p><p>　　如何定性考慮巖溶對隧道圍巖級別的影響, 筆者認為先要明確巖溶的發(fā)育階段和巖溶目前對隧道

4、的危害程度。 </p><p>　　巖溶的發(fā)育演化一般可劃分為三個階段: </p><p>　　形成階段: 主要表現為溶蝕現象。 </p><p>　　發(fā)展階段: 主要表現為溶洞和地下暗河。 </p><p>　　衰亡階段: 主要表現為崩塌、鐘乳石類次生化學沉積大量發(fā)育、洞穴空間逐步壅塞減小。 </p><p>　　巖

5、溶對隧道的危害主要分為四種類型: </p><p>　　洞穴的存在使隧道全部或部分懸空, 將極大地降低隧道的安全性;巖溶水中可溶性物質含量增高, 水的流通將給隧道結構帶來侵蝕, 影響隧道的使用壽命;洞穴堆積物因松軟易坍塌下沉, 改變洞穴周邊的應力分布形態(tài), 影響隧道的結構穩(wěn)定;!隧道中地下水流失, 使隧道頂部地面巖溶塌陷, 也是造成隧道結構不穩(wěn)定的原因。 </p><p>　　1. 2 巖

6、溶地區(qū)圍巖分級建議 </p><p>　　對于處于形成階段的巖溶, 由于其對巖石整體穩(wěn)定性影響小, 基本可以不考慮其影響, 可根據主體圍巖等級直接劃定, 但應在地質文件中指出其范圍,并做適當描述。對于發(fā)展階段的巖溶, 如果隧道與其大型地下洞室( 暗河) 相交, 只能指出溶洞(暗河) 與隧道相交長度及其大小而不能分級, 但是靠近溶洞、暗河區(qū)域, 在圍巖分級上應考慮其影響在適當長度范圍調整圍巖級別。對于衰亡階段的巖溶

7、, 基本原則同發(fā)展階段的巖溶, 如果隧洞在洞穴堆積物中通過距離較長, 性質較單一, 也可定為Ⅵ級圍巖, Ⅵ級圍巖的結構襯砌設計、施工方案只能是初步設計, 應通過實驗、小范圍驗證才可鋪開實施。 </p><p>　　2 巖溶地區(qū)隧道襯砌結構設計思考 </p><p>　　2. 1 巖溶地區(qū)隧道一般襯砌結構要注意的問題要考慮巖溶的發(fā)展性、地下水流的腐蝕性這兩個主要因素。雖然巖溶的發(fā)展變化十分緩

8、慢, 但究竟在發(fā)展,隧道設計如果不根據已有存在的溶蝕現象預留適當的過水管道, 而是強行用襯砌阻斷水源, 可能使襯砌結構承受額外水壓, 導致結構的安全系數降低。同時地下水中CO&#8322;濃度較大, 具有較強的腐蝕性, 隧道初期支護必須考慮防腐蝕問題, 采用防腐蝕砼材料, 防水層材料也要相應增加檢測指標, 保證在CO&#8322;飽和濃度下的耐久性。隧道的二次襯砌可不采用防腐蝕砼, 但是洞內用于排除圍巖滲水的中央水管、水

9、溝也須有防腐蝕考慮。 </p><p>　　2. 2 隧道特殊襯砌結構 </p><p>　　有資料表明, 當溶洞不具有坍塌條件的完整頂板, 其厚度≥洞跨度的1/2 時或當溶洞節(jié)理裂隙發(fā)育, 且膠結不良, 具有坍塌條件的不完整頂板, 其厚度≥5 倍洞高時且無明顯滲、漏水的情況下可以不處理而直接通過該溶洞。即洞內采用路基或橋梁方案過溶洞, 而不作初期支護和二次襯砌, 可稱為洞內無襯砌結構。采

10、用無襯砌結構時, 發(fā)現洞內存在明顯滲、漏水情況時, 應考慮棚洞或明洞結構, 用以保護溶洞內道路行車安全。 </p><p>　　3 巖溶地區(qū)隧道溶洞處理 </p><p>　　3. 1 溶洞處置的主要原則 </p><p>　　隧道遭遇到發(fā)展和衰亡階段的巖溶中的大型溶洞、暗河時, 應對溶洞逐個處理, 不必尋找標準的設計。設計的通用原則是: 隧道的襯砌結構有足夠安全性

11、、保證在可預見期內洞穴的穩(wěn)定性、原有水流通道不被阻斷、方案較為經濟適用。 </p><p>　　3. 2 溶洞處理主要方式 </p><p>　　隧道過溶洞處置方式有內增設邊墻梁、行車梁、支墩、承托縱梁、拱橋、加大隧道凈空寬度跨度、跨越巖溶或對隧道周邊巖體進行封閉、加固、加強襯砌等。 </p><p>　　3. 2. 1 溶洞跨越處理 </p><

12、;p>　　當溶洞規(guī)模較大、溶洞內充填物松軟, 基礎處理工程修建困難、耗資巨大, 或者溶洞雖小但水流較大時, 可根據具體條件采用相應的梁跨、板跨等形式跨越巖溶地段。此方式一般采用鋼筋混凝土梁跨越, 梁體采用抗侵蝕砼。當隧道襯砌斷面需要開挖圍巖才能滿足凈空要求時, 應先開挖圍巖, 再施工跨越結構, 以確保安全, 同時應注意不同受力結構間的斷縫設置及連接措施設置。 </p><p>　　3. 2. 2 封閉處理

13、</p><p>　　已停止發(fā)育的干溶洞, 在考慮有效的過水通道后, 可采用砼、漿砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。 </p><p>　　3. 2. 3 錨桿、鋼管加固處理 </p><p>　　為防止洞穴巖壁或頂板坍塌, 在清除松動巖石困難的情況下, 可采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體。此時隧道襯砌應考慮抗沖擊措施, 一般采用明洞襯砌, 襯砌頂部設置回填體, 其表面

14、設置護面結構,回填體以上空間的溶洞洞壁采用錨桿、鋼筋網、噴射砼封閉支護; 若溶洞較大, 可設置橫向鋼軌或設人字形鋼軌柵架。 </p><p>　　3. 2. 4 支頂處理 </p><p>　　當隧道穿過的溶洞由碎、塊石及淤泥土充填, 充填物的松散密實程度不一時, 隧道底部應考慮采用鋼筋混凝土底板, 清除底板下松散體, 回填碎石, 并在底板下加設鋼筋混凝土樁進行支頂。 </p>

15、<p>　　4 巖溶水處理的思考 </p><p>　　4. 1 巖溶水的處理原則 </p><p>　　對巖溶水的處理通常原則是以“排”為主, 截、堵、排、防相結合的綜合處理措施, 筆者認為應該是以“通”為主, 截、排、堵相結合的綜合處理措施。“通”是指盡量保持原有過水通道, 不能因為隧道的修建發(fā)生大的變化; “截”是指截斷原有地下水通道,改走其他通道; “堵”是封死相交的

16、地下水通道; “排”是特指引入隧洞, 通過排水溝排走; “防”是指防止地下水進入隧道。巖溶水處理的工程措施有泄水洞和涵洞兩類,采用泄水洞排水屬于“排”和“截”的范圍, 采用涵洞過水屬于“通”和“截”的范圍。 </p><p>　　4. 2 泄水洞排水 </p><p>　　當預測到隧道區(qū)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

17、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一側, 為防止巖溶水突然襲擊, 施工中要采用超前鉆孔探測, 預備足夠的抽水設備。泄水洞的設置可能對生態(tài)環(huán)境有不利影響, 應從施工、環(huán)保、安全等多方面進行評價, 以保證方案考慮周全, 成本最低。 </p><p>　　4. 3 涵洞、倒虹管吸過水 </p><p>　　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

18、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。在采用此方案時要正確考慮涵洞過水斷面, 一般應按豐水季節(jié)流量考慮。 </p><p>　　5 其他要考慮的問題 </p><p>　　5. 1 洞穴堆積物及地表塌陷處置當隧道必須穿越洞穴堆積物地段時, 可采用樁基、換填、注漿等加固巖體的處理措施。隧道中地下水滲流排泄, 導致巖溶地面塌陷, 造成隧道開挖時坍方、涌水、涌

19、砂及突泥等危害。隧道通過該地段形成過程和突然發(fā)生所參與的力是相當復雜的。施工中可采用化學注漿和管棚支撐開挖, 同時從地表高壓注漿, 固結塌陷松散體, 避免出現突泥現象。 </p><p>　　5. 2 設計階段工程量估算 </p><p>　　要準確估算隧道遭遇大型溶溝、溶槽時的工程量是困難的, 不同的溶洞形態(tài)有不同的方案, 各方案的工程量差異很大, 一般在工程的預備費用中考慮。如果在隧道