洞灣隧道進(jìn)口段巖溶發(fā)育特征分析與施工處理建議

洞灣隧道進(jìn)口段巖溶發(fā)育特征分析與施工處理建議摘要：隧道巖溶問題是當(dāng)前國內(nèi)外隧道施工中的重大難題，巖溶工程地質(zhì)問題對地下工程建立和運(yùn)營管理造成很大的影響。洞灣隧道施工過程中發(fā)現(xiàn)隧道底板以下發(fā)育大型溶洞，通過配合測量斷面同時進(jìn)展地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)繪、物探結(jié)合鉆孔詳細(xì)查明溶洞規(guī)模、形態(tài)、大小、埋深及與線路的關(guān)系，查明隧道底板以下巖溶發(fā)育情況以及與隧道頂板的間隔，評價(jià)隧道圍巖的穩(wěn)定性，并提出巖溶施工處理措施建議，為隧道施工及巖溶整治設(shè)計(jì)提供地質(zhì)根據(jù)。關(guān)鍵詞：洞灣隧道；巖溶工程地質(zhì)問題；圍巖穩(wěn)定性；處理措施Abstract：Karstproblemisamajorprobleminthecurrentdomesticandinternationaltunnelconstruction，alotofimpactonkarstengineeringgeologicalproblemsofundergroundconstructionandoperationsmanagement.Tunnelconstructionprocess，thefollowingdevelopmentofalargecaveinthetunnelbackplaneholesBaygeologicalhydrogeologicaltonepaintedsimultaneouslywiththemeasurementsection，boreholegeophysicalcombinationofdetailtoidentifythescaleofthecave，theshape，size，depth，andtherelationshipwiththeline，toidentifythedistanceofthemetroplatekarsttunnelroof，theevaluationoftunnelsurroundingrockstability，andputforwardtheproposalofthekarstconstructionmeasures，toprovidethegeologicalbasisforthetunnelconstructionandkarstremediationdesign.Keywords：holeBayCrossing；karstengineeringgeologicalproblems；surroundingrockstability；treatmentmeasures1.引言2.隧道區(qū)地質(zhì)背景3.巖溶發(fā)育特征因巖溶發(fā)育的無規(guī)律性，隧道底板進(jìn)入洞腔，垂直延伸約30m，頂板還在不斷坍塌掉塊。其巖溶發(fā)育情況分布范圍、規(guī)模不清，造成施工難度極大、無法繼續(xù)施工。目前關(guān)鍵是要詳細(xì)查明溶洞規(guī)模、形態(tài)、大小、埋深及與線路的關(guān)系等情況，隧道底板以下巖溶發(fā)育情況以及與隧道頂板的間隔，為隧道施工及巖溶整治設(shè)計(jì)提供地質(zhì)根據(jù)。根據(jù)施工情況及初步調(diào)查，設(shè)計(jì)院、施工單位、業(yè)主以及地質(zhì)專家的屢次研究論證，通過配合測量斷面同時進(jìn)展地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)繪，對溶洞的規(guī)模、形態(tài)，長度、寬度、高度及洞底起伏和洞頂?shù)陌纪埂⒅Ф?、溶洞的分叉位置、延伸方向、溶洞的?lián)通情況及與隧道底軸線的關(guān)系進(jìn)展詳細(xì)量測，并進(jìn)展詳細(xì)地質(zhì)觀察，對溶洞充填情況、石筍、石柱、石鐘乳發(fā)育情況，地下水大小、流向及水力聯(lián)絡(luò)情況，進(jìn)出水位置及洞壁、頂?shù)椎刭|(zhì)特征進(jìn)展調(diào)查〔見以下圖〕。在以上測量、調(diào)查和物探的根底上，在已開挖隧道底板布置鉆孔進(jìn)一步查明隧道底板以下巖溶發(fā)育情況和軟弱夾層、巖石的完好程度、大溶洞底板以下巖溶發(fā)育情況，驗(yàn)證物探解釋效果。根據(jù)調(diào)查測繪成果進(jìn)展綜合整理，分析巖溶發(fā)育特征和分布規(guī)律，得出溶洞頂與設(shè)計(jì)隧道底的厚度及變化情況和溶洞以下巖溶發(fā)育情況，評價(jià)與隧道的關(guān)系和影響[2]。3.1巖溶水水力通道及發(fā)育特征巖溶水為隧道區(qū)主要的地下水類型，含水巖組為奧陶系灰?guī)r，賦存于灰?guī)r巖溶管道中，包括溶洞、溶蝕裂隙、溶槽等，均勻性差，局部富水性強(qiáng)。地下水徑流條件主要受巖性、構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度的影響，分布不均勻。地下水的補(bǔ)給來源主要是大氣降水入滲補(bǔ)給。由于斷層及其影響帶范圍內(nèi)巖體破碎、巖溶管道發(fā)育，有利于地下水富集，地下水運(yùn)移于兩盤巖層節(jié)理裂隙、巖溶管道中，形成富水區(qū)，局部水量較大。據(jù)實(shí)測水文地質(zhì)成果，隧道區(qū)主要存在6條流水通道，分別是：3.2隧道進(jìn)口段巖溶水水力聯(lián)絡(luò)特征3.3隧道進(jìn)口段溶洞沉積物特征本隧道進(jìn)口溶洞群各通道、洞腔內(nèi)巖溶沉積物主要為重力水沉積類型，主要沉積物包括石鐘乳、石筍、石幔、石旗、鵝管等。按其發(fā)育的規(guī)模大小，自北東至南西方向各洞腔、通道內(nèi)沉積物的典型特征為：〔2〕1#洞腔：溶洞群中最大的洞腔，洞穴沉積物主要為石鐘乳、石筍，集中于地質(zhì)條件較為穩(wěn)定的南側(cè)洞壁附近；洞腔北側(cè)發(fā)育一堵北東向巨型石幔。洞穴沉積物規(guī)模較大、發(fā)育程度較高、形成年代較早。其中最高的石筍發(fā)現(xiàn)于6#洞腔，高度達(dá)6.1m?！?〕2#洞腔：溶洞群中較小的洞腔，洞穴沉積物主要為小型石鐘乳、石筍，規(guī)模較小、發(fā)育程度較低、形成年代較晚。其中最高的石筍高度僅1m左右。〔4〕3、4#洞腔：溶洞群中較大的洞腔，洞穴沉積物主要為鵝管，局部有小型石鐘乳、石筍。鵝管是石鐘乳發(fā)育過程中的最初形態(tài)，自洞頂向下生長，空心細(xì)玻璃管狀。其規(guī)模很小、發(fā)育程度低、形成年代晚，其中最高的石筍高度僅10cm左右，尚處于生長的初期階段。3.4隧道巖溶發(fā)育規(guī)模及形態(tài)特征經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪及對溶洞的實(shí)測，隧址區(qū)巖溶極為發(fā)育。巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為落水洞、溶洞及地表溶蝕洼地、地表塌陷等，特別溶洞，具有發(fā)育規(guī)模大、空間變化差異大、受構(gòu)造控制明顯的特征。其中溶洞RD1及聯(lián)通溶洞群受F1構(gòu)造影響，發(fā)育規(guī)模宏大，與隧道右線YK66+478～YK66+490段聯(lián)通，對隧道施工及運(yùn)行平安影響很大，目前看來是洞灣隧道施工中最大的巖溶地質(zhì)障礙。3.5隧道巖溶形成機(jī)制洞灣隧道位于赤水河系侵蝕第二階地，大氣降水豐富，地表徑流充分，地表水沿構(gòu)造帶及地層接觸帶等軟弱構(gòu)造面下滲，地下水的動態(tài)變化較大。在隧道區(qū)域地層巖性相對復(fù)雜，灰?guī)r及泥巖、頁巖呈夾層狀分布，其進(jìn)口下部及隧道中部的泥巖、頁巖屬相對隔水層，地下水沿灰?guī)r節(jié)理、裂隙浸透過程中遇到阻隔，便向下沿其層間裂隙、垂直節(jié)理及構(gòu)造裂隙滲流，在泥巖與灰?guī)r接觸面附近形成近似沿灰?guī)r層面發(fā)育的且角度較大的豎向溶蝕裂隙，溶蝕裂隙在以往較為穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境條件下繼續(xù)向下、向外擴(kuò)展，形成一定規(guī)模的溶洞；后期洞頂在自重作用下坍塌，形成的較大溶洞腔體。經(jīng)過地殼的不斷抬升作用及地下水的溶蝕作用，溶洞出如今目前位置。非溶巖與灰?guī)r接觸帶是巖溶發(fā)育的相對強(qiáng)烈地段。F1斷層控制了隧道進(jìn)口段巖溶的根本特征，巖溶的發(fā)育規(guī)模、空間形態(tài)、延伸范圍及方向等與本斷層根本一致，6處洞腔總體與構(gòu)造帶方向一致，溶洞底板、頂板由緩?fù)蛔兌覆课皇軜?gòu)造控制顯著，且向大里程方向傾斜，與構(gòu)造帶傾向一致。4.隧道巖溶發(fā)育圍巖穩(wěn)定性評價(jià)4.1隧道進(jìn)口段巖溶區(qū)圍巖穩(wěn)定性評價(jià)另外，隧道左線ZK66+485～ZK66+515段受構(gòu)造F1控制，隧道底板局部發(fā)育巖溶裂隙，有可塑狀粘土夾碎石充填，區(qū)段長度30m，據(jù)鉆孔及物探成果提醒，地表3m左右深度內(nèi)局部存在巖溶裂隙，且位于隧道側(cè)壁下方，隧道中線處巖體較完好，應(yīng)對該段隧道底板處軟弱地段進(jìn)展清理，挖除巖溶裂隙充填物，換以混凝土充填；為了消除該段地基的不均勻性，建議ZK66+491～ZK66+510段兩側(cè)架梁通過。4.2隧道進(jìn)、出口已開挖段底板穩(wěn)定性評價(jià)因此，可以判斷：隧道已開挖段底板除左線ZK66+485～ZK66+515段局部存在巖溶裂隙、需要治理外，其余隧道底板是穩(wěn)定的，可作隧道路基持力層。4.3隧道進(jìn)口段溶洞底板穩(wěn)定性評價(jià)本次勘察通過測量及鉆探手段，根本查明了隧道進(jìn)口段大型溶洞底板的地質(zhì)情況。針對大型溶洞底板進(jìn)展了鉆探，鉆至溶洞底板以下完好基巖10余米。鉆探結(jié)果顯示：在大型溶洞底板以下10m深度內(nèi)、鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶洞。因此，可以初步判斷：大型溶洞底板根本穩(wěn)定。但不能排除底板深部巖溶發(fā)育的可能性。為了把巖溶施工風(fēng)險(xiǎn)將至最低，該溶洞治理工程施工前，仍需進(jìn)展進(jìn)一步鉆探驗(yàn)證。5.施工處理措施建議經(jīng)過對隧道巖溶的詳細(xì)勘測和巖溶發(fā)育特征的分析研究，提出如下建議：〔4〕隧道右線YK66+459～YK66+516段位于大型溶洞上方，隧道底板下方完好巖體厚度最小僅有3.8m。建議對溶洞頂板按簡支梁構(gòu)造針對不同區(qū)段隧道底板巖體的抗壓、抗彎及抗剪強(qiáng)度進(jìn)展驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果提出適當(dāng)治理措施。通過實(shí)際觀測，右線YK66+490～YK66+515段溶洞頂部巖體處于崩塌失穩(wěn)狀態(tài)，對隧道底板平安影響極大，必須盡快治理；YK66+470～YK66+490段溶洞頂部巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，對隧道底板平安有較大影響，必須治理；YK66+459～YK66+470段溶洞頂部巖體處于根本穩(wěn)定狀態(tài)，對隧道底板平安影響較小，可采取噴漿等治理措施。右線隧道巖溶治理區(qū)的設(shè)計(jì)及施工建議為：①以支頂方式通過：在溶洞底板上澆筑混凝土支撐體，直到溶洞頂板；②以高填路堤方式通過；③以橋梁方式通過。假設(shè)以橋梁方式通過時，應(yīng)注意溶洞洞體頂板的自承才能，并要考慮到溶洞頂部的崩塌及平衡拱問題，加強(qiáng)對橋臺處巖體的應(yīng)力重分布研究，設(shè)計(jì)時應(yīng)加強(qiáng)橋梁構(gòu)造的剛度及強(qiáng)度，對橋基進(jìn)展防沖刷設(shè)計(jì)。但不管以何種方式通過該區(qū)域，必須對該段隧道頂部作危巖加固處理，并保持溶洞內(nèi)的排水通暢；排水設(shè)計(jì)建議以歷史最高水位、水量進(jìn)展相關(guān)設(shè)計(jì)。治理方案施工前作補(bǔ)充勘察，徹底查明溶洞底部地質(zhì)情況?！?〕洞灣隧道地下水主要受巖溶、構(gòu)造及地層巖性控制，隧道旱季開挖面涌水量約6.4L/s〔約553m3/d〕，雨季開挖面涌水量約12.