第３６卷第２５期 Ｖ０１．３６Ｎｏ．２５ ・３００・ ２ ０ １ ０年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ兀 Ｅ Ｓｅｐ． ２０１０ ・桥隧工程・ 文章编号：１００９—６８２５１２０１０）２５．０３００—０２ 岩溶隧洞常见灾害及处理措施 蔺书钿 摘要：分析了岩溶的发育及危害，针对在隧道施工中岩溶洞穴、岩溶水以及岩溶堆积物的危害，按其性质及其与隧道的 关系提出了相应的工程措施，以期最大限度地防止岩溶隧道灾害的发生。 关键词：岩溶隧道，岩溶洞穴，岩溶水，岩溶堆积物，处理措施 中图分类号：Ｕ４５５．４９ 文献标识码：Ａ １概述 水情况等，视其状况，制定处理措施，原则上将隧底溶洞爆开孔 随着我国铁路、公路、水电等基础设施和大型工程项目的建 洞，进行浆砌片石砌筑填充支顶，预留出泄水通道。６）隧道与溶 设，在山岭隧道施工中经常遇到岩溶地质。由于溶洞分布的无规 洞侧壁相交叉时应调查岩溶发育状况岩溶水对隧道有无影响，无 律性、不均一性及其形状、大小的复杂性，决定了在设计阶段不可 影响时可回填封闭处理。隧道底部用片石混凝土回填，靠边墙 能全而准确地揭示沿线溶洞的分布情况；另外，溶洞的存在对隧道 １ １ＴＩ范围用浆砌片石回填，其余回填弃碴，空隙吹砂填满，压注水 具有较大危害性，特别是特大型溶洞往往给施工带来严重阻碍和 泥砂浆胶结。７）隧道穿越垂直的溶洞时，在溶洞无充填物、干燥。 重大损失。因此，在岩溶发育地区修建隧道过程中，如何保证工程 洞身高大，洞壁有溶蚀裂隙，但在已停止发育情况下，隧道底以下 安全顺利实施，是工程技术人员必须研究和解决的重大课题。 部分用块石、碎石回填密实，隧道底１ １ＴＩ范围用浆砌片石回填，拱 通常情况下，岩溶发育的条件有３个：１）岩石的可溶性与岩 顶以上用浆砌片石施作护拱，厚度不小于１ ｍ，以防溶洞顶部有落 石裂隙，可溶性岩石主要包括石灰岩、白云岩、岩盐等；２）水的侵 石掉块，对拱部混凝土起到保护和缓冲作用。８）在隧道底部有较 蚀作用；３）水的流通条件。另外，地表地形、当地降水量的大小及 大规模溶洞时，可采用支承墙、支承柱、拱桥支顶、挖孔桩支顶等 其所覆盖表面土体的性质也是造成岩溶发育的重要因素。岩溶 加固处理。如果溶洞较大，采用封堵、加固、支撑等方式处理时， 对隧道的危害主要分为４种类型：１）洞穴的存在使建筑物全部或 费用较高；溶洞较小时又不易回填堵塞，工作面小，不易操作；若 部分悬空，极大地降低了隧道的使用可靠度；２）岩溶水，特别是当 溶洞填充松软时不宜建造基础，可采用布设结构物直接跨越通过 ｃｏｚ等可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧道结构带来极大 溶洞的办法处理。 的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；３）洞穴堆积物因松软易坍塌 ３岩溶水处置措施 下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的稳定；４）隧道中 按以往隧道岩溶水处理方法国内外已建成大量隧道，逐步形 地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质被破坏，也 成了较成熟的结构设计计算理论与工程实践体系，但在隧道的防 是造成隧道结构不稳定的原因。因此正确处理溶洞对隧道施工 水治理方面认识则相对落后。在以往隧道无论设计还是施工，对 具有重要意义。 岩溶水的处理多是“以排为主，排堵结合”，遇水多以暗沟、竹道、 岩溶问题对隧道施工而言，归纳起来是溶洞洞穴、岩溶水以 涵洞、泄水洞、明渠、渗沟、拱桥或增加辅助导坑等截流排除地下 及岩溶堆积物的危害，应按其性质及其与隧道的关系采取相应的 水。但对地下水采取以排为主的防水原则，造成地面和地下水大 工程措施。 量漏失，可使隧道地区大量农田干旱，地下水漏失，造成森林枯 死，严重影响当地的自然环境。据统计，某些山岭隧道排水，导致 ２岩溶洞穴处置措施 居民、牲畜饮水紧张。水的流通将给隧道结构带来极大的侵蚀作 隧道遭遇到发展和衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞、暗河时， 用，影响隧道的使用寿命。岩溶堆积物因地下水的流动而坍塌下 应对溶洞逐个处理，不必寻找标准的设计。设计的通用原则是： 沉改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的稳定。隧道中地下 隧道的衬砌结构有足够安全性、保证在可预见期内洞穴的稳定 水的流失，使隧道顶部地面塌陷，造成隧道结构的不稳定。因此 性、原有水流通道不被阻断、方案较为经济适用。 可以采用以“通”为主，引、排、堵相结合的综合处理措施。“通”是 根据岩溶洞穴的大小、位置、稳定性以及溶洞与隧道按交叉 指尽量保持原有过水通道，不能因为隧道的修建发生大的变化； 形式，分别采取相应的工程措施。具体处理如下： “引”是指截断原有地下水通道，改走其他通道；“堵”是封死相交 １）地下水不发育或干涸的小型溶洞无论其相交方式如何，都 的地下水通道；“排”是特指引入隧洞，通过排水沟排走；“防”是指 可用浆砌片石或干砌片石回填处理，必要时采取压浆填充。２）隧 防止地下水进入隧道。 道拱部以及拱以上空溶洞可视其稳定性、溶洞岩石破碎程度采用 岩溶水处理的工程措施有泄水洞和涵洞两类，采用泄水洞排 喷锚支护加固，加设拱顶及拱顶回填的办法处理。３）当隧道边墙 水属于“排”和“引”的范围，采用涵洞过水属于“通”和“引”的范围。 部位遇到较大、较深的溶洞，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位 当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大，而隧道确实无法 或隧底以下筑拱跨过。４）当隧道中部及底部遇有探狭的溶洞时， 避开时，需考虑专门设置排水隧洞，达到排除岩溶水，降低地下水 可加强两边墙基础，根据情况设置桥台、架梁通过。５）隧道与溶 位，保持隧道干燥和施工安全的目的。 洞上下交叉时应采用物探等方式探明其具体形态、交叉范围、富 泄水洞应位于地下水来向一侧，为防止岩溶水突然袭击，施 收稿日期：２０１０－０５—０８ 作者简介：蔺书钿（１９８３一），男，重庆交通大学硕士研究生，重庆４０００７４ 第３６卷第２５期 Ｖｏ１．３６Ｎｏ．２５ ２ ０ １ ０年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ兀瓜Ｅ Ｓｅｐ．２０１０ ・３０１・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）２５－０３０１．０３ 有限元强度折减法在锚喷支护优化中的应用 李光辉王谦源 韩立亮 摘要：借鉴有限元强度折减法的思想，对不同支护形式与不同应力释放率下的锚喷支护的隧洞围岩整体安全系数进行 了研究，从而为判别支护效果和选择最佳支护时间段提供了理论基础。 关键词：有限元强度折减法，安全系数，锚喷支护，应力释放率，ＡＮＳＹＳ 中图分类号：ＴＵ４７３．５ ， 文献标识码：Ａ 近年来随着国民经济的发展，国家开始大规模的加大基础设 求得安全系数和潜在滑动面，提出了评价隧道稳定性的新方法。 施的工程投资和建设，公路隧道、地铁等地下结构被广泛地采用 这也给隧道的衬砌参数研究提供了一个很好的方法，可以通过安 以解决日益拥挤的交通问题。而锚喷支护具有能充分发挥围岩 全系数对隧道的支护参数提出改进建议。 的自承能力和支护材料的承载能力的特点，在我国地下工程中的 １ 隧洞破坏机理及安全系数的定义 应用也日益增多。极限分析有限元法在边坡稳定分析中取得了 开挖隧道时，会由于工程力的作用破坏岩体原先的初始应力 成功，并逐渐在地基、基坑稳定分析中得到推广应用。郑颖人、胡 平衡状态，使隧道周围一定范围内的岩体受到影响而产生应力重 文清、张黎明等人【１，２』开始将有限元强度折减法应用于隧道，由此 分布。当围岩应力达到或超过岩体强度时，会引起围岩局部发生破 工中要采用超前钻孔探测，预备足够的抽水设备。泄水洞的设置 锚喷施工和预加固等。本文所列举岩溶隧道施工过程中常见的 可能对生态环境有不利影响，应从施工、环保、安全等多方面进行 几种灾害防治措施，有待进一步完善。在具体地下工程施工中， 评价，以保证方案考虑周全，成本最低。 以“少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭”为总体指导原则，最大限度 ４岩溶堆积物处置措施 地防止岩溶隧道灾害的发生，将岩溶灾害造成的损失降到最低， 对岩溶堆积物的处理可分以下几种情况： 使施工安全和施工质量得以保证。 １）如溶洞局部、小部含堆积物，可先清除堆积物，再按相应的 参考文献： 溶洞空穴处理措施处理。２）如隧底遇堆积物溶洞，规模不大，可 ［１］王唢，赵明阶．公路隧道施工常见地质灾害问题综述［Ｊ］． 采用换填局部堆积物或设钢筋混凝土盖板通过；如规模较大，可 公路交通技术。２００９（１）：１０２．１０６． 采用钻孔桩基础以桥式结构跨越。如隧道底部为松散或软塑状 ［２］ 易遵丽，韦建中．岩溶地区隧道设计总结［Ｊ］．内蒙古石油化 的黏土或砂黏土沉积物，为了防止汽车运行过程中结构产生固结 工，２００９（１８）：５０．５２． 沉降，应加强对基底的处理，隧道底部的处理可采用注浆加固、换 ［３］韩星俊．岩溶隧道处理方法初探［Ｊ］．铁道标准设计，２００４ 填、桩基等方法。３）如工作面为含水的粉细砂或致密的黏土、砂 （１２）：８８．１０３． 黏土，采用渗透注浆、挤密注浆、劈裂注浆都十分困难时，可采用 ［４］赵明阶．岩溶地区大断面隧道围岩稳定性及控制技术研究 置换注浆法，即在工作面进行注浆工程中，在距离注浆孔２ ｍ左 ［Ｄ］．重庆：重庆交通学院，２００２． 右，预留几个排泄孔，将泥砂适量排除，用浆液充填其留下的空 ［５］冉平，刘 辉．岩溶隧道病害处置方法探讨［Ｊ］．西部探矿 隙，起到加固地层的目的。该方法可以降低注浆压力，促进浆液 工程．２００６（１０）：１８４—１８５． 的扩散。４）￣ｆｌ整个隧洞都在堆积物内，可采用台阶法施工，超前 ［６］彭刚．大型岩溶隧道处理技术［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５（１）： 小竹棚或大竹棚注浆，加强支护手段，及早封闭仰拱或临时仰拱， ３２１—３２２． 衬砌紧跟，加强衬砌结构的方法通过。 ［７］ 马先超．岩溶地段隧道处理措施探讨［Ｊ］．湖南交通科技， ５结语 ２００９（３）：１２２．１２４． 岩溶处理是一项复杂的技术，应因地制宜，综合治理。除按 ［８］吴跃华，郑极新．隧道岩溶与处治技术探讨［Ｊ］．西部探矿工 常规进行外，还需一些特殊的加固措施和施工方法，如超前支护， 程．２００７（９）：１５４．１５６． Ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｍｏｎ ｓｅｅｎ ｄｉｓａｓｔｅｒｓ ｉｎ ｋａｒｓｔ ｔｕｎｎｅｌｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ ＬＩＮ Ｓｈｕ－ｆｉａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｄａｎ２ａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｋａｒｓｔ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｔｈｅｓｉｓ ｉｎ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｐ ｅｃｔ ｍｏ．＿￣ｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒ ｗａｒｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｗｉｔｈｔｕｎｎｅｌｓ，ａｉｌＴ１ ｇ ａｔｔｈｅｓｅｄａｌＴｌａｇｅｓｉｎｔｕｎｎｅｌｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔｈａｔｋａｆＳｔ ｃａｖｅ，ｋａｒｓｔｗａ． ｔｅｒ ａｎｄ ｋａｒｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ，ｅｘｐｅｃｔｉｎｇ ｔＯ ｌｏｗｅｓｔ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｈａｐｐｅｎｉｇｎ ｄｉｓａｓｔｅｒｓ ｉｎ ｋａｒｓｔ ｔｕｎｎｅｌｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｋａｒｓｔ ｔｕｒｍｅｌ，ｋａｒｓｔ ｃａｖｅ，ｋａｎｔ ｗａｔｅｒ，ｋａｒｓｔ ｄｅｐｏｓｉｔｓ，ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅａｓｕｒｅｓ 收稿日期：２０１０．０５—１２ 作者简介：李光辉（１９８２一），男，青岛理工大学理学院硕士研究生，山东青岛２６６０３３ 王谦源（１９５６一），男，教授，青岛理工大学理学院，山东青岛２６６０３３ 韩立亮（１９８２一），男，青岛理工大学理学院硕士研究生，山东青岛２６６０３３
