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【摘 要】 文章首先简述了隧道突泥涌水的特征,结合岩溶涌突水的主要影响因素,对隧道整治技术进行了综合评价,并且就隧道岩溶断层突水涌泥综合整治的措施进行了探讨。
【关键词】 岩溶断层;突水涌泥;整治技术
一、前言
由于中国高速铁路的迅速发展,铁路隧道也随之越来越多,隧道岩溶断层已经是铁路隧道的常见病害之一,隧道岩溶断层突水涌泥综合整治技术是保证隧道工程质量的关键所在,是从根本上消除隧道病害的重要环节。
二、隧道突泥涌水的特征
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,其隧道突泥,涌水量在某一出水点是较为分散的,大约在2800m3d左右,突泥涌水部分呈现出股状型,伴有空洞形成。
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,其隧道涌水量在某一出水点是较为集中的,大约在4000m3d左右,突泥涌水部分呈现出股状型,这时伴有较大水压和压力,突泥涌水的大概位置在墙左侧。
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石的密度较高,完整性较好。突泥涌水量大约在7000m3d左右,最高出水点截止在12000m3d,突泥涌水部分呈现出股状型或是喷射型,且无污浊现象,伴有较大水压和压力,突泥涌水的位置在墙左侧。
隧道突泥涌水地层岩性含有少量的石英岩和炭质片岩,呈薄层状态,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,这种情况下炭质片岩在墙右侧的时候比较多,且岩石亮度提高,突泥涌水量大约在5000m3d左右。隧道突泥涌水量在某一出水点是较为分散的,突泥涌水部分呈现出股状型,在初期的时候突泥涌水中会掺杂少许碎石,但是水质无污浊现象,隧道拱形部分呈雨状以及线状型且伴有淌水或滴水。
三、巖溶涌突水的主要影响因素
1、地质原因
(一)可溶性岩石的向斜核部和背斜翼部容易发生
岩溶涌突水。向斜褶皱核部纵张裂隙发育,轴部易汇水,易形成溶蚀裂隙和溶洞,发育成强岩溶带或暗河;在背斜褶皱翼部发育的层面裂隙和层间滑动裂隙通常是过水通道,受溶蚀作用,易沿岩层走向发育椭圆或扁平状溶管或洞穴;与背斜和向斜褶皱直交的横张裂隙一般张开性强、岩石破碎、胶结程度差、透水性强,容易起导水和汇水的作用也是岩溶发育带。
(二)断层破碎带容易发生岩溶涌突水
断层破碎带常因导水、富水而成为岩溶富水带,张性断裂常因张开性好、构造角砾胶结松散、孔隙较大而容易形成具有较大储水空间和宽大径流通道的强岩溶带和暗河径流带或管道流,张性断裂横切褶皱或挤压性断裂,使褶皱不同部位的地下水互相连通,促进岩溶发育,共轭出现。
(三)可溶岩与非可溶岩接触面、膏溶面和碳酸盐岩
层间滑动带,极易发生强烈溶蚀生成溶洞,产生岩溶涌突水。很多沿层面走向发育的地下河都处在层间滑动带上,在石灰岩、白云岩与碎屑岩或煤系地层的接触面上最易汇集地下水和发生强溶蚀作用而形成岩溶管道和溶洞突水。
(四)其他含水构造、含水体涌突水。
如层状隔水层形成的含水体、岩溶地层中的孤立含水体等。
2、施工因素
(一)隧道开挖直接诱发涌水突泥
爆破或非爆破开挖直接破坏含水构造周围的地层,导致止水岩柱或关键岩块失稳和破坏,岩溶水突然涌出;隧道开挖直接揭穿高压、富水溶洞或岩溶管道造成隧道涌水突泥;为爆破或非爆破施工导致岩体溶隙或岩溶管道扩张,造成岩体局部应力集中和破裂,岩溶水突然涌出。
(二)隧道开挖间接诱发涌水突泥
主要原因是,爆破或非爆破开挖后导致止水岩柱和关键岩块出现变形和位移,不足以抵抗水压力、土压力和构造应力,止水岩柱受力和变形过大或关键岩块位移过大,逐渐失稳或破坏造成岩溶突水。
(三)隧道开挖面后方的涌水突泥
隧道开挖扰动地层造成围岩松散压力增大或大气降雨造成水压力突然升高,使隧道后部的支护结构不足以抵抗地层中的土压力和水压力,支护结构局部或整体发生失稳和破坏,造成隧道涌水突泥。
四、隧道岩溶断层突水涌泥综合整治措施
1、断层突水治理
断层揭露前一般岩溶水会在沿较明显的弱面结构涌出的可能,因此突水治理以断层系统的封堵为原则,基于综合物探手段的精细定位,充分借助隧道左右线和横洞的空间位置实施未揭露断层的超前预注浆治理,具体见图1。探明导水断层属性后,根据断层规模及其于隧道位置关系,选择双洞掌子面预注浆或横洞预注浆。在安全的前提下,掌子面预注浆尽量靠近断层位置实施作业,但横洞预注浆时,超前洞尽量远离断层,并在横洞口设置防水闸门,确保注浆实施安全。若导水断层因误探或施工揭露发生大面积突(涌)水,则迅速在此实施超前预报,并侧重超前钻孔与钻孔电视手段探明含导水构造的性质,实施分区划段治理方案,对断层影响范围内的渗水、滴水、淋水以及小股涌水实施分区划段治理,对于断层附近的突(涌)水则实施分流减压控注浆治理。
2、岩溶管道突水治理
当岩溶管道未揭露时,岩溶水沿管道衍生的地质结构面涌出时,同样实施分区划段治理,快速封堵隧道附近的裂隙通道,为靠近掌子面实施深部围岩的固注浆创造良好的工作条件。在掌子面前方固结灌浆的基础上实施管道内固结灌浆,截断管道内的水流,具体见图2。若岩溶管道揭露突水时,一般为股状大流量出水,此时适宜在引排减压的条件下实施模袋注浆,后采用单孔多泵集中注浆或多孔多泵大流量控水注浆。
3、暗河突水治理
暗河突水水量大、持续性强,未揭露时采取局部预注浆或绕行的措施,若暗河在隧道上方则需施作分流导洞进行排水,若暗河位于隧道底板则采用施作桥涵的方式通过,暗河预注浆时则一般需施作纵通道和横通道,以保障引排水和施工安全需求。若暗河不慎揭露后,只能以排放为原则实施被动治理,具体治理措施为:施作导流泄水洞,将大部分暗河水排至隧道外;固结并清理含水涌出物,改善施工条件和环境;对危险地段加强支护,尤其是突水突泥部位;分析与探测潜在突水位置与区域,实施封闭注浆,防止二次突水发生。
4、施工注意事项
对塌体要进行注浆固结,要求拱脚部分要进行重点固结。拱脚采用大拱脚,每个节点处要设四根锁脚锚杆,并与钢拱架进行焊接;对初期支护进行监控量测,密切注意支护变形动态,发现异常立即采取应急加固措施,避免危险发生和确保人员、设备、财产安全;队测量班开挖过程中应严格测量放线,控制好开挖轮廓,不得出现大面积超欠挖;突泥段开挖前,必须要做好超前探孔,超前探孔不少于3个,深度不得低于6m,对探孔的情况进行记录,比如探孔的出水情况、水量大小、含泥沙情况以及钻孔前方的地质情况。遇到特殊情况立即上报项目部,项目部根据以上情况及时调整施工方案,避免意外情况发生;拱架加工时要精确放线,控制好拱架的弧度。施工前应先加工一榀完整的拱架,在平地上组装完检测合格后,再大批量加工,防止出现返工现象。工字钢下料时在节约材料的同时,尽量减少接头数量,且尽量将接头安置在仰拱部分和边墙部分,拱部和拱腰不得出现接头。对接头的处理采用钢板连接,如果要采用焊接,不允许对焊,必须采用钢板双面帮焊。
五、结束语
隧道岩溶断层极大的损害了隧道工程的质量,所以加强隧道岩溶断层突水涌泥综合整治技术可以为隧道的施工质量打下一个好的基础。
参考文献:
[1]张继奎.圆梁山隧道特殊地质地段施工浅析[J].隧道建设,2010
[2]曾桅栋,李海清.回弄山隧道灾害性涌水突泥的原因分析与对策研究[J].铁路,2011
[3]王建秀,杨立中,何静.大型地下工程岩溶涌(突)水模式的水文地质分析及其工程应用[J].水文地质工程地质,2010
[4]王全胜.长大隧道施工防治水技术及应用[C]//铁路客运专线建设技术交流会论文集.湖北:长江出版社,2012
【关键词】 岩溶断层;突水涌泥;整治技术
一、前言
由于中国高速铁路的迅速发展,铁路隧道也随之越来越多,隧道岩溶断层已经是铁路隧道的常见病害之一,隧道岩溶断层突水涌泥综合整治技术是保证隧道工程质量的关键所在,是从根本上消除隧道病害的重要环节。
二、隧道突泥涌水的特征
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,其隧道突泥,涌水量在某一出水点是较为分散的,大约在2800m3d左右,突泥涌水部分呈现出股状型,伴有空洞形成。
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,其隧道涌水量在某一出水点是较为集中的,大约在4000m3d左右,突泥涌水部分呈现出股状型,这时伴有较大水压和压力,突泥涌水的大概位置在墙左侧。
隧道突泥涌水地层岩性只含有少量的石英岩,在裂隙中生成,大多数岩石的密度较高,完整性较好。突泥涌水量大约在7000m3d左右,最高出水点截止在12000m3d,突泥涌水部分呈现出股状型或是喷射型,且无污浊现象,伴有较大水压和压力,突泥涌水的位置在墙左侧。
隧道突泥涌水地层岩性含有少量的石英岩和炭质片岩,呈薄层状态,在裂隙中生成,大多数岩石都比较细碎,这种情况下炭质片岩在墙右侧的时候比较多,且岩石亮度提高,突泥涌水量大约在5000m3d左右。隧道突泥涌水量在某一出水点是较为分散的,突泥涌水部分呈现出股状型,在初期的时候突泥涌水中会掺杂少许碎石,但是水质无污浊现象,隧道拱形部分呈雨状以及线状型且伴有淌水或滴水。
三、巖溶涌突水的主要影响因素
1、地质原因
(一)可溶性岩石的向斜核部和背斜翼部容易发生
岩溶涌突水。向斜褶皱核部纵张裂隙发育,轴部易汇水,易形成溶蚀裂隙和溶洞,发育成强岩溶带或暗河;在背斜褶皱翼部发育的层面裂隙和层间滑动裂隙通常是过水通道,受溶蚀作用,易沿岩层走向发育椭圆或扁平状溶管或洞穴;与背斜和向斜褶皱直交的横张裂隙一般张开性强、岩石破碎、胶结程度差、透水性强,容易起导水和汇水的作用也是岩溶发育带。
(二)断层破碎带容易发生岩溶涌突水
断层破碎带常因导水、富水而成为岩溶富水带,张性断裂常因张开性好、构造角砾胶结松散、孔隙较大而容易形成具有较大储水空间和宽大径流通道的强岩溶带和暗河径流带或管道流,张性断裂横切褶皱或挤压性断裂,使褶皱不同部位的地下水互相连通,促进岩溶发育,共轭出现。
(三)可溶岩与非可溶岩接触面、膏溶面和碳酸盐岩
层间滑动带,极易发生强烈溶蚀生成溶洞,产生岩溶涌突水。很多沿层面走向发育的地下河都处在层间滑动带上,在石灰岩、白云岩与碎屑岩或煤系地层的接触面上最易汇集地下水和发生强溶蚀作用而形成岩溶管道和溶洞突水。
(四)其他含水构造、含水体涌突水。
如层状隔水层形成的含水体、岩溶地层中的孤立含水体等。
2、施工因素
(一)隧道开挖直接诱发涌水突泥
爆破或非爆破开挖直接破坏含水构造周围的地层,导致止水岩柱或关键岩块失稳和破坏,岩溶水突然涌出;隧道开挖直接揭穿高压、富水溶洞或岩溶管道造成隧道涌水突泥;为爆破或非爆破施工导致岩体溶隙或岩溶管道扩张,造成岩体局部应力集中和破裂,岩溶水突然涌出。
(二)隧道开挖间接诱发涌水突泥
主要原因是,爆破或非爆破开挖后导致止水岩柱和关键岩块出现变形和位移,不足以抵抗水压力、土压力和构造应力,止水岩柱受力和变形过大或关键岩块位移过大,逐渐失稳或破坏造成岩溶突水。
(三)隧道开挖面后方的涌水突泥
隧道开挖扰动地层造成围岩松散压力增大或大气降雨造成水压力突然升高,使隧道后部的支护结构不足以抵抗地层中的土压力和水压力,支护结构局部或整体发生失稳和破坏,造成隧道涌水突泥。
四、隧道岩溶断层突水涌泥综合整治措施
1、断层突水治理
断层揭露前一般岩溶水会在沿较明显的弱面结构涌出的可能,因此突水治理以断层系统的封堵为原则,基于综合物探手段的精细定位,充分借助隧道左右线和横洞的空间位置实施未揭露断层的超前预注浆治理,具体见图1。探明导水断层属性后,根据断层规模及其于隧道位置关系,选择双洞掌子面预注浆或横洞预注浆。在安全的前提下,掌子面预注浆尽量靠近断层位置实施作业,但横洞预注浆时,超前洞尽量远离断层,并在横洞口设置防水闸门,确保注浆实施安全。若导水断层因误探或施工揭露发生大面积突(涌)水,则迅速在此实施超前预报,并侧重超前钻孔与钻孔电视手段探明含导水构造的性质,实施分区划段治理方案,对断层影响范围内的渗水、滴水、淋水以及小股涌水实施分区划段治理,对于断层附近的突(涌)水则实施分流减压控注浆治理。
2、岩溶管道突水治理
当岩溶管道未揭露时,岩溶水沿管道衍生的地质结构面涌出时,同样实施分区划段治理,快速封堵隧道附近的裂隙通道,为靠近掌子面实施深部围岩的固注浆创造良好的工作条件。在掌子面前方固结灌浆的基础上实施管道内固结灌浆,截断管道内的水流,具体见图2。若岩溶管道揭露突水时,一般为股状大流量出水,此时适宜在引排减压的条件下实施模袋注浆,后采用单孔多泵集中注浆或多孔多泵大流量控水注浆。
3、暗河突水治理
暗河突水水量大、持续性强,未揭露时采取局部预注浆或绕行的措施,若暗河在隧道上方则需施作分流导洞进行排水,若暗河位于隧道底板则采用施作桥涵的方式通过,暗河预注浆时则一般需施作纵通道和横通道,以保障引排水和施工安全需求。若暗河不慎揭露后,只能以排放为原则实施被动治理,具体治理措施为:施作导流泄水洞,将大部分暗河水排至隧道外;固结并清理含水涌出物,改善施工条件和环境;对危险地段加强支护,尤其是突水突泥部位;分析与探测潜在突水位置与区域,实施封闭注浆,防止二次突水发生。
4、施工注意事项
对塌体要进行注浆固结,要求拱脚部分要进行重点固结。拱脚采用大拱脚,每个节点处要设四根锁脚锚杆,并与钢拱架进行焊接;对初期支护进行监控量测,密切注意支护变形动态,发现异常立即采取应急加固措施,避免危险发生和确保人员、设备、财产安全;队测量班开挖过程中应严格测量放线,控制好开挖轮廓,不得出现大面积超欠挖;突泥段开挖前,必须要做好超前探孔,超前探孔不少于3个,深度不得低于6m,对探孔的情况进行记录,比如探孔的出水情况、水量大小、含泥沙情况以及钻孔前方的地质情况。遇到特殊情况立即上报项目部,项目部根据以上情况及时调整施工方案,避免意外情况发生;拱架加工时要精确放线,控制好拱架的弧度。施工前应先加工一榀完整的拱架,在平地上组装完检测合格后,再大批量加工,防止出现返工现象。工字钢下料时在节约材料的同时,尽量减少接头数量,且尽量将接头安置在仰拱部分和边墙部分,拱部和拱腰不得出现接头。对接头的处理采用钢板连接,如果要采用焊接,不允许对焊,必须采用钢板双面帮焊。
五、结束语
隧道岩溶断层极大的损害了隧道工程的质量,所以加强隧道岩溶断层突水涌泥综合整治技术可以为隧道的施工质量打下一个好的基础。
参考文献:
[1]张继奎.圆梁山隧道特殊地质地段施工浅析[J].隧道建设,2010
[2]曾桅栋,李海清.回弄山隧道灾害性涌水突泥的原因分析与对策研究[J].铁路,2011
[3]王建秀,杨立中,何静.大型地下工程岩溶涌(突)水模式的水文地质分析及其工程应用[J].水文地质工程地质,2010
[4]王全胜.长大隧道施工防治水技术及应用[C]//铁路客运专线建设技术交流会论文集.湖北:长江出版社,2012