论文部分内容阅读
[摘要]在交通、水利等基础建设必经的复杂岩溶地区中进行隧道施工，是极易出现突水、突泥危害的，严重威胁施工人员的生命安全，影响施工质量和工期。笔者以多年的从业经验为基础，总结关于岩溶隧道施工的经验和技巧，提出治理复杂岩溶地区隧道施工突水的有效措施。希望能对同行的专业工作有所助益。
[关键词]岩溶隧道 突水 突泥 高压富水溶腔
[中图分类号] P694 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-343-1
1引言
岩溶地貌又称喀斯特地貌，在我国喀斯特地貌分布很广，面积极大，主要分布于西部地区，面积为91-130万平方千米，其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。另外，四川、西藏和北方部分地区也有分布。如果从旅游观光、地质研究方面看，这是非常奇特且历史悠久的景观，但从隧道施工的角度看，是施工单位的巨大难题。随“西部大开发”战略的快速推进，我国西部的交通、水利、民用设施的基建工程日渐增多，随之岩溶隧道施工也越来越多。岩溶地区经过长时间的溶蚀，在地下隧道的施工中极易发生突水现象。根据历史数据显示，我国在岩溶隧道施工中有80%的施工过程遇到过突水问题，尤其是在组织渝怀线圆梁山隧道施建的过程中，先后碰到5个深埋充填型溶洞，虽有相应措施，但还是突发了多次大规模的涌泥、涌水等工程地质灾害，对施工工程影响极大。经历了长时间、多次的施工建设后，对岩溶隧道施工中突水防治的技术水平得到一定提高，针对不同地质特征、规模的岩溶隧道有了系统的治理方法。
2治理岩溶隧道突水的有效措施
2.1注浆治理
注浆治理的方法是目前治理岩溶隧道突水问题最广泛的方法。在隧道内的岩溶水发育地段，如果溶洞的规模较大，内部填埋大量溶蚀物，同时地下水资源极其丰富，一旦熔岩表面刺穿，大规模的突水、突泥现象将连续发生，大量地下水将不断涌出，浪费水资源的同时严重影响施工进度和安全。所以，这种情况应以“堵”为主，少量排放。不同的突水情况应选用不同的堵水方案：为溶洞内的全断面注浆加固，若是局部出水，可采用局部注浆、帷幕注浆的方法处理；若是出面面积很大且压力很高的急速突水，宜采用抗分散、凝胶可控型动水注浆材料进行专门注浆治理；若为软弱破碎富水体，则应采用结合加固与堵水两种效果的材料进行注浆治理。通过注浆的方法来加固周围岩层，保证隧道的稳定性，确保施工安全，减少水资源的浪费。注浆治理中还需要重视的就是注浆压力，它决定注浆施工的质量好坏以及施工成本。注浆压力应随钻孔深度的变化而变化，一般不能超过上覆土和水压力之和的0.5倍。
2.2加固堵水治理
当开挖的隧道遇到暗河堆积体时，可对注浆技术进行有效调整和控制，对原有的堆积体进行堵水加固，保持原有暗河的排水系统，然后再进行下一步施工。某工程内部岩溶内室宽120m，堆积体上部是崩塌块石，下部是卵石土和粉质粘土，分布密实、饱和，卵石的直径在2-9cm之间。便是根据暗河堆积体的特点，在施工时采用堆积体加固堵水治理的方案，有效加固内部防止突水突泥事故的发生。
2.3引排治理
在小规模的过水型岩溶地区，一般采用引排水的方法来治理突水，这样既可以保持岩溶洞内原有的流水系统，又可以节省施工时间，如果采用堵水的方法，容易增大岩溶压力直接造成大面积突水情况的发生。某隧道岩溶洞形状类似梭形，两口稍窄，大厅最宽位置18m左右，干旱季节水流量约为43m3/h。在隧道施工时采首先将岩溶大厅内的堆积物干净，然后在岩溶大厅的岩壁上喷护锚网，保留其原有水流通道，隧道基底内实施板跨方案。罗平县白腊山引水隧道工程，修建于上世纪七十年代，在全长1千米的隧道中出现多处突水，施工时便是采用了引排方法处理，至今运行正常。
2.4泄水治理
喀斯特地貌多种多样，有的暗河就高于隧道，为保证隧道施工安全，一般采用设置泄水导洞的方法，将暗河水排放掉。通常将泄水洞设置为上坡，在低于泄水点2m以上的位置标高，1%-3%的坡度，这样可以充分满足安全排水的要求。泄水洞断面原则上要满足无压排水，根据水文及地质条件估算最大排水量。
2.5避绕技术
岩溶隧道的避绕技术是近年来新采用的一项安全、快速、经济施工的创新技术，首次被应用在宜万铁路大支坪隧道中，取得了良好的效果。避绕技术是在有效的探测到高压富水溶腔或高压暗河等岩溶的发育规律后，在隧道施工时采取主动躲避、绕行的一项岩溶治理的关键、高效的技术手段。某隧道施工过程中发现局部出水，设计方案中已明确此地区横跨两条铁路线和迂回导坑，其影响面积达280m×440m，核心体积至1.5×104m3，在此地继续施工明显存在重大隐患。施工单位立即上报，经过专业部门对地质的精确勘察和探测后研究决定，采用“就地封堵+迂回绕行”的施工方案，在平导右侧的30m位置开设迂回导坑，从异常区域旁边穿插迂回，取得了成功。
2.6释能降压治理
因我国岩溶地貌分布广泛，大量岩溶隧道施工中多次出现突水、突泥事故，严重威胁了施工人员的生命安全和施工质量、工期。因此，国家铁路系统成立专家组，专门攻克这一技术难题，认真总结经验，大胆创新，提出了处理高压富水充填溶腔的最新技术——释能降压法。这项技术的应用有效解决了岩溶隧道高压富水充填溶腔突水突泥、排泄岩溶用水能力不足等等多项重大技术难题，有效避免大型突水、突泥事故的发生。
2.7监控和预警机制
岩溶地质地貌是不断变化的，我们要做好断层水和溶洞、暗河、淤泥层的超前预报的定位、定性工作和临近前兆、涌水量监测预警报警工作。保证能够事前发现隐患并预警，事中及时报警并处理，事后认真分析并完善的监督检查工作，才能保证岩溶隧道可以在安全、可控的条件下正常运营。
3结束语
综上所述，目前岩溶隧道施工中的突水防止技术基本涵盖在内，这六大技术是岩溶隧道施工的必要措施。但在实际应用中它们不是孤立存在的，而是互相穿插、融合在一起的，使用何种技术都要经过精确预测预报和探明地质情况，综合判定施工安全、风险小、投资小、收益大的方案才是最可行的，同时其他如预警、救援、逃生、定期巡检等多种辅助手段是并举的。这六种技术互相补充、互相支持。我国在这方面已基本形成了一套完整的防治体系，但在某些细节的计算及突水突泥探测技术方面仍需要进一步深入探讨和研究。
参考文献
[1]石少帅，李术才，李利平，等.岩溶区隧道暗河的综合预报及治理方案研究[J].岩土力学，2012（33）.
[2]李庚许.宜万铁路大支坪隧道大型突水突泥溶腔迂回绕行施工技术[J].铁道标准设计，2010（08）.
[3]黄雄军.岩溶隧道突水突泥影响因素及对策[J]铁道工程学报，2013（01）.
[关键词]岩溶隧道 突水 突泥 高压富水溶腔
[中图分类号] P694 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-6-343-1
1引言
岩溶地貌又称喀斯特地貌，在我国喀斯特地貌分布很广，面积极大，主要分布于西部地区，面积为91-130万平方千米，其中以广西、贵州和云南东部所占的面积最大，是世界上最大的喀斯特区之一。另外，四川、西藏和北方部分地区也有分布。如果从旅游观光、地质研究方面看，这是非常奇特且历史悠久的景观，但从隧道施工的角度看，是施工单位的巨大难题。随“西部大开发”战略的快速推进，我国西部的交通、水利、民用设施的基建工程日渐增多，随之岩溶隧道施工也越来越多。岩溶地区经过长时间的溶蚀，在地下隧道的施工中极易发生突水现象。根据历史数据显示，我国在岩溶隧道施工中有80%的施工过程遇到过突水问题，尤其是在组织渝怀线圆梁山隧道施建的过程中，先后碰到5个深埋充填型溶洞，虽有相应措施，但还是突发了多次大规模的涌泥、涌水等工程地质灾害，对施工工程影响极大。经历了长时间、多次的施工建设后，对岩溶隧道施工中突水防治的技术水平得到一定提高，针对不同地质特征、规模的岩溶隧道有了系统的治理方法。
2治理岩溶隧道突水的有效措施
2.1注浆治理
注浆治理的方法是目前治理岩溶隧道突水问题最广泛的方法。在隧道内的岩溶水发育地段，如果溶洞的规模较大，内部填埋大量溶蚀物，同时地下水资源极其丰富，一旦熔岩表面刺穿，大规模的突水、突泥现象将连续发生，大量地下水将不断涌出，浪费水资源的同时严重影响施工进度和安全。所以，这种情况应以“堵”为主，少量排放。不同的突水情况应选用不同的堵水方案：为溶洞内的全断面注浆加固，若是局部出水，可采用局部注浆、帷幕注浆的方法处理；若是出面面积很大且压力很高的急速突水，宜采用抗分散、凝胶可控型动水注浆材料进行专门注浆治理；若为软弱破碎富水体，则应采用结合加固与堵水两种效果的材料进行注浆治理。通过注浆的方法来加固周围岩层，保证隧道的稳定性，确保施工安全，减少水资源的浪费。注浆治理中还需要重视的就是注浆压力，它决定注浆施工的质量好坏以及施工成本。注浆压力应随钻孔深度的变化而变化，一般不能超过上覆土和水压力之和的0.5倍。
2.2加固堵水治理
当开挖的隧道遇到暗河堆积体时，可对注浆技术进行有效调整和控制，对原有的堆积体进行堵水加固，保持原有暗河的排水系统，然后再进行下一步施工。某工程内部岩溶内室宽120m，堆积体上部是崩塌块石，下部是卵石土和粉质粘土，分布密实、饱和，卵石的直径在2-9cm之间。便是根据暗河堆积体的特点，在施工时采用堆积体加固堵水治理的方案，有效加固内部防止突水突泥事故的发生。
2.3引排治理
在小规模的过水型岩溶地区，一般采用引排水的方法来治理突水，这样既可以保持岩溶洞内原有的流水系统，又可以节省施工时间，如果采用堵水的方法，容易增大岩溶压力直接造成大面积突水情况的发生。某隧道岩溶洞形状类似梭形，两口稍窄，大厅最宽位置18m左右，干旱季节水流量约为43m3/h。在隧道施工时采首先将岩溶大厅内的堆积物干净，然后在岩溶大厅的岩壁上喷护锚网，保留其原有水流通道，隧道基底内实施板跨方案。罗平县白腊山引水隧道工程，修建于上世纪七十年代，在全长1千米的隧道中出现多处突水，施工时便是采用了引排方法处理，至今运行正常。
2.4泄水治理
喀斯特地貌多种多样，有的暗河就高于隧道，为保证隧道施工安全，一般采用设置泄水导洞的方法，将暗河水排放掉。通常将泄水洞设置为上坡，在低于泄水点2m以上的位置标高，1%-3%的坡度，这样可以充分满足安全排水的要求。泄水洞断面原则上要满足无压排水，根据水文及地质条件估算最大排水量。
2.5避绕技术
岩溶隧道的避绕技术是近年来新采用的一项安全、快速、经济施工的创新技术，首次被应用在宜万铁路大支坪隧道中，取得了良好的效果。避绕技术是在有效的探测到高压富水溶腔或高压暗河等岩溶的发育规律后，在隧道施工时采取主动躲避、绕行的一项岩溶治理的关键、高效的技术手段。某隧道施工过程中发现局部出水，设计方案中已明确此地区横跨两条铁路线和迂回导坑，其影响面积达280m×440m，核心体积至1.5×104m3，在此地继续施工明显存在重大隐患。施工单位立即上报，经过专业部门对地质的精确勘察和探测后研究决定，采用“就地封堵+迂回绕行”的施工方案，在平导右侧的30m位置开设迂回导坑，从异常区域旁边穿插迂回，取得了成功。
2.6释能降压治理
因我国岩溶地貌分布广泛，大量岩溶隧道施工中多次出现突水、突泥事故，严重威胁了施工人员的生命安全和施工质量、工期。因此，国家铁路系统成立专家组，专门攻克这一技术难题，认真总结经验，大胆创新，提出了处理高压富水充填溶腔的最新技术——释能降压法。这项技术的应用有效解决了岩溶隧道高压富水充填溶腔突水突泥、排泄岩溶用水能力不足等等多项重大技术难题，有效避免大型突水、突泥事故的发生。
2.7监控和预警机制
岩溶地质地貌是不断变化的，我们要做好断层水和溶洞、暗河、淤泥层的超前预报的定位、定性工作和临近前兆、涌水量监测预警报警工作。保证能够事前发现隐患并预警，事中及时报警并处理，事后认真分析并完善的监督检查工作，才能保证岩溶隧道可以在安全、可控的条件下正常运营。
3结束语
综上所述，目前岩溶隧道施工中的突水防止技术基本涵盖在内，这六大技术是岩溶隧道施工的必要措施。但在实际应用中它们不是孤立存在的，而是互相穿插、融合在一起的，使用何种技术都要经过精确预测预报和探明地质情况，综合判定施工安全、风险小、投资小、收益大的方案才是最可行的，同时其他如预警、救援、逃生、定期巡检等多种辅助手段是并举的。这六种技术互相补充、互相支持。我国在这方面已基本形成了一套完整的防治体系，但在某些细节的计算及突水突泥探测技术方面仍需要进一步深入探讨和研究。
参考文献
[1]石少帅，李术才，李利平，等.岩溶区隧道暗河的综合预报及治理方案研究[J].岩土力学，2012（33）.
[2]李庚许.宜万铁路大支坪隧道大型突水突泥溶腔迂回绕行施工技术[J].铁道标准设计，2010（08）.
[3]黄雄军.岩溶隧道突水突泥影响因素及对策[J]铁道工程学报，2013（01）.