方斗山隧道隧址區區域水文地質(zhì)條件復雜,同時(shí)地下水的資源量也十分豐富,由地下水涌、突水現象導致的環(huán)境工程地質(zhì)問(wèn)題對隧道施工、運營(yíng)的影響和危害也很突出。隧址區可溶性碳酸鹽巖類(lèi)分布較廣,巖溶發(fā)育,除巖溶對隧道穩定性有影響外,其中豐富的巖溶水產(chǎn)生的突水、突泥等災害的影響也很突出。
方斗山隧道底板高程542.63~1038.14m,隧道施工過(guò)程中,將逐步形成以隧道為中心的降落漏斗,隨著(zhù)隧道內地下水的不斷排出,勢必引起地下水位大幅下降,地下水水力坡度加大,流速加快,同時(shí),部分被堵塞的巖溶通道也將被疏通,涌水量逐漸加大,直至形成穩定的降落漏斗后,水量逐步回落,趨于平穩。
建設中或建成后的隧道在疏干區內靜水儲量的同時(shí),不但會(huì )直接引起區內地下水水位的整體下降,而且將引起巖溶地貌地表的大面積沉降和塌陷。因此,做好透水的預測和應對預案尤其重要。
一、涌水地段
(一)、主要防范措施
從“查、測、探、放、堵”五個(gè)方面擬定預測及應對預案。
1、查
①、根據地質(zhì)資料,掌握各分層的含水性和透水性;
②、裂隙和斷層位置、破碎帶位置、含水情況和導水性能;
③、老窯、古井和的分布范圍、深度和積水情況;
④、圍巖破壞及地表塌陷情況,觀(guān)測巖層塌落帶、斷裂帶、沉降帶、彎曲帶的高度及其對涌水的影響;
2、測
①、收集當地氣象、降水量和河流、水文地質(zhì)資料,查明地表水的分布;
②、查明井水的來(lái)源;http://www.mkaq.org
③、觀(guān)測涌水量及其變化規律;
3、探
①、堅持“有疑必探,先探后掘”的探防水原則;
②、下列情況必須探水前進(jìn):
a、接近可能積水的部位;
b、接近含水層、導水斷層、溶洞和導水陷落柱時(shí);
c、接近可能與水井、泉水相通的斷層破碎帶時(shí);
d、接近有出水可能的鉆孔時(shí);
e、接近其它可能出水地區時(shí);
③、探水作業(yè)參數
A、探水的起點(diǎn)
a、當采空區、溶洞、廢棄硐室等積水區的位置準確,在隧洞中不得小于20米;
b、對積水區有圖紙,但不能確定積水區邊界時(shí),其最小距離不得小于60米;
c、遇斷層或陷落柱時(shí),最小距離不得低于20米;
B、鉆孔深度與超前距離
采用過(guò)探過(guò)掘時(shí),探水鉆孔的孔底位置必須始終保持超前掘進(jìn)工作面一定距離;
C、探放水鉆孔直徑<75㎜;
D、探水鉆孔數目,不少于3個(gè),一般布置為扇形;
④、探放水的安全措施
a、加強鉆場(chǎng)的巷道支護;
b、配備與探放水量相適應的排水設備;
c、在打眼地點(diǎn)或附近設專(zhuān)用電話(huà);
d、測量和探放水人員必須親臨現場(chǎng)指揮;
e、鉆孔內水壓較大時(shí),應采用反壓和主噴裝置的方法鉆進(jìn);
f、鉆進(jìn)時(shí),發(fā)現煤巖松軟、片幫、來(lái)壓或鉆孔中的水壓、水量突然增大,以及有頂鉆等異常情況時(shí),必須停止鉆http://www.mkaq.org進(jìn),但不得撥出鉆桿,現場(chǎng)負責人立即向地面指揮人員報告,并派人觀(guān)測水情,如發(fā)現情況緊急時(shí),必須撤出所有受威脅地區的人員,然后采取措施進(jìn)行處理;
4、放
根據地質(zhì)勘測報告,放水容易造成塌方,在一般情況下不采取放水。在必要的情況下采取。
①、疏放水方法
a、直接放水法:適用于水量不大時(shí);
b、先堵后放:先堵積水點(diǎn),然后排放積水;
c、先放后堵:水源補給量不大;
d、地面疏放
e、利用鉆孔疏放
②、疏放水注意事項
探到水源后,水量不大時(shí),一般可用探水鉆孔放水;在水量很大時(shí),需要打鉆孔,直徑為50~70㎜
a、鉆孔放水前,必須估計水量,控制放水量;
b、鉆孔放水量,必須設專(zhuān)人測定水壓、水量等情況;
c、在放水設計中,應規定好人員撤退路線(xiàn);
5、堵
根據地質(zhì)勘測報告,隧道透水主要采取以堵為主的施工方案,可采用超前探水、超前帷幕灌漿,超前堵水。一般在下列情況下應采用注漿堵水:
當涌水水源本身水量不大,但與其它水源有密切聯(lián)系,單純用排? 水方法不可能或不經(jīng)濟時(shí);
當隧道必須穿過(guò)含水層或充水斷層,如果不堵住水源使掘進(jìn)無(wú)法進(jìn)行時(shí);
當隧道嚴重淋水時(shí);
(二)、施工安全措施
受到斷層破碎帶的影響,巖體不完整,自穩性差,可能有涌水現象,為確保安全、高質(zhì)量的通過(guò)不良地質(zhì)地段,結合設計文件及以往經(jīng)驗制定主要施工安全措施。
1.加強地質(zhì)預報
利用超前地質(zhì)探孔的施作,能直觀(guān)、有效探明前方水文地質(zhì)情況,判斷是否由發(fā)生涌水的可能性,并排除部分地下水,減少水量,降低水壓;并請有資質(zhì)單位進(jìn)行地質(zhì)雷達超前地質(zhì)預報,以便進(jìn)行綜合分析。
2.預放水施工
根據超前鉆孔預報情況,如果有涌水的可能,在涌水段以前10~20米處進(jìn)行超前預放水。放水孔采用潛孔鉆機打http://www.mkaq.org孔,孔徑Φ89,根據預探含水情況布設放水孔數量及位置。
3.預先增加排水設備出
為確保施工安全,出口在隧道內提前開(kāi)挖集水坑,以利于涌水收集,同時(shí)配備2臺150m3/h的污水泵提前安裝在集水坑上,輸水管道采用Φ100鋼管接至沉甸池,另外出口增設移動(dòng)泵站和備用水泵,正常情況下,掌子面利用電動(dòng)潛水泵排水、有特大涌水、突水時(shí),將移動(dòng)泵站及備用水泵移至掌子面排水,各級泵站的水泵全部啟動(dòng)。進(jìn)口隧道內提前施工好排水溝與地面涵洞相聯(lián)通,并隨時(shí)確保水溝暢通。
(三)、 防排水措施
對地下水要“防、排、截、堵”結合,形成暢通的排水通道,原則上采用超前鉆探、單層超前大管棚和周壁小導管雙液注漿堵水(掌子面不注漿),在初期支護中鉆孔引水設置多層Ω型排水半管,將水引入縱向排水管、橫向排水管,出口流入積水坑集中排出洞外,進(jìn)口通過(guò)排水溝排出洞外。
(四)、掘進(jìn)施工方案
總體施工方法采用分布開(kāi)挖法(即環(huán)形開(kāi)挖留核心土法)。
1.開(kāi)挖前進(jìn)行超前預報,探明掌子http://www.mkaq.org面前方圍巖及含水情況。
2.施工順序如下:
(1)按設計施作φ50mm長(cháng)3.0m的超前小導管并注漿(有水段為雙漿液,無(wú)水段為單漿液)。
(2)隧道開(kāi)挖拱部,并進(jìn)行混凝土封閉巖面3至5cm。
(3)施作系統錨桿,掛網(wǎng),架設拱架后,復噴至設計厚度。
(4)隧道開(kāi)挖中部,并進(jìn)行混凝土封閉巖面3至5cm。
(5)施作系統錨桿,掛網(wǎng),架設拱架后,復噴至設計厚度。
(6) 隧道清底,地方進(jìn)行混凝土填充。
(7)掛防水板,施作二次襯砌。
(五)、施工注意事項
㈠ 嚴格落實(shí)施工的操作規程,當上半斷面支護作業(yè)完成后,及時(shí)埋設圍巖量側點(diǎn),對開(kāi)挖后水平凈空變化量和拱頂沉降量進(jìn)行跟蹤量測。一般每5米設1個(gè)量測斷面,每天量測3次,量測數據要及時(shí)反饋,用于指導正在進(jìn)行的開(kāi)挖及支護作業(yè)。
㈡? 支護用的鋼拱架,應保證其安設上、下垂直,緊貼巖面,鎖定牢固,達到最佳受力狀態(tài)。加上分節時(shí)應結合每部開(kāi)挖斷面高低,以便牢固對接。
㈢ 開(kāi)挖時(shí),工作面不宜垂直,嚴禁中下部有較大坑洼,應通過(guò)調整打眼深度,使工作面具有一定的坡度,以利于保證工作面的自穩能力。
二、溶洞地段
(一)、溶洞的預測及應對措施
采用物探、鉆探等技術(shù)對溶洞進(jìn)行精確預測,當隧道施工遇到溶洞時(shí),應根據設計文件有關(guān)資料,超前地質(zhì)預報、現場(chǎng)實(shí)際查明溶洞分布范圍、類(lèi)型情況(大小、有無(wú)水、溶洞是否在發(fā)育中以及其充填物),巖層的穩定程度和地下水流情況(有無(wú)長(cháng)期補給來(lái)源,雨季水量有無(wú)增長(cháng))等,分http://www.mkaq.org別以引、填、越、繞等措施進(jìn)行處理。并配合設計溶洞處理施工圖紙進(jìn)行處理。
1、溶洞跨越處理
當溶洞規模較大、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(shí),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,梁體采用抗侵蝕混凝土。當隧道襯砌斷面需要開(kāi)挖圍巖才能滿(mǎn)足凈空要求時(shí),應先開(kāi)挖圍巖,再施工跨越結構,以確保安全,同時(shí)應注意不同受力結構間的斷縫設置及連接措施設置。
2、封閉處理
已停止發(fā)育的干溶洞,在考慮有效的過(guò)水通道后,可采用混凝土、漿砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。
3、錨桿、鋼管加固處理
為防止洞穴巖壁或頂板坍塌,在清除松動(dòng)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(shí)隧道襯砌應考慮抗沖擊措施,一般是采用明洞襯砌,襯砌頂部設置回填體,其表面設置護面結構,回填體以上空間的溶洞洞壁采用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土封閉支護;若溶洞較大,可設置橫向鋼軌橫或設人字形鋼軌柵架。
4、支頂處理
當隧道穿過(guò)的溶洞由碎、塊石及淤泥土充填,充填物的松散密實(shí)程度不一時(shí),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(jìn)行支頂。
(二).巖溶水處理
1、巖溶水的處理
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?!巴ā笔侵副M量保持原有過(guò)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”是封死相交的地下水通道;“排”是特指引入隧洞,通過(guò)排水溝排走;“防”是指防止地下水進(jìn)入隧道即可。
巖溶水處理的較大工程措施有泄水洞和涵洞兩類(lèi),采用泄水洞排水屬于“排”和“截”的范圍,采用涵洞過(guò)水屬于“通”和“截”的范圍。
2、泄水洞排水http://www.mkaq.org
當預測到隧道區域的巖溶水量大、水壓大,而隧道確實(shí)無(wú)法避開(kāi)時(shí),需考慮專(zhuān)門(mén)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(lái)向的一側,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,是否采用應從施工、環(huán)保、安全等多方面進(jìn)行評價(jià),以保證方案考慮周全,成本最低。
3、涵洞、倒虹管吸過(guò)水
隧道斷面與巖溶水相交時(shí),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(shí)涵洞出入口周邊至隧道邊墻外緣采用漿砌片石回填密實(shí)。
在采用此方案時(shí)要正確考慮涵洞過(guò)水斷面,一般應按豐水季節流量考慮。
(三)其他要考慮的問(wèn)題
1、洞穴堆積物及地表塌陷處置
洞穴堆積物的特點(diǎn)是松軟、下沉量大、強度低、穩定性差。當隧道必須穿越洞穴堆積物地段時(shí),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,使地質(zhì)環(huán)境遭到破壞,造成隧道開(kāi)挖時(shí)坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通過(guò)巖溶地段時(shí)的地面塌陷形成過(guò)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(xué)注漿和管棚支撐開(kāi)挖,同時(shí)從地表高壓注漿,固結塌陷松散體,避免出現突泥現象。
2、設計階段工程量估算
要準確估算隧道遭遇大型溶溝、溶槽時(shí)的工程量是困難的,不同的溶洞形態(tài)、位置有不同的方案,各方案的工程量差異很大,這些只能在工程的預備費用中考慮。
如果在隧道勘察階段已經(jīng)明確可知隧道必然遭遇到的大型溶洞數量、類(lèi)型及位置,可提前進(jìn)行預設計,盡可能使工程量估算有個(gè)參考范圍,作為調整預備費用費率的參考。
