《云南某高速公路隧道岩溶发育规律及其灾害发展效果.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《云南某高速公路隧道岩溶发育规律及其灾害发展效果.docx（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、云南某高速公路隧道岩溶发育规律及其灾害发展效果1引言随着我国国民经济的快速发展，以及国家对能源和交通等基础设施建设的大力投入，与高速铁路、水利水电项目建设一样，高速公路建设进入了一个相对快速发展的阶段。西部大开发更带动了我国西南部地区的高速公路建设，而西南地区也是我国碳酸盐岩广泛分布的地区。充沛降雨对地下水的补充和强烈构造运动作用在地层岩石中形成的诸如断裂、断层等地下水运移通道，为西南碳酸盐岩地层中岩溶发育提供了良好的条件（曹华文等，2014），形成了众多形状、大小和充填性质各异的地下岩溶，给西南岩溶隧道施工带来了极大的困难（何发亮，2011）。隧道施工因接近、揭穿岩溶，遭遇涌突水、涌突泥灾害
2、，或延误工期，或突破投资。因此，研究确定岩溶隧道穿越位置岩溶发育及其充填性质，总结隧道施工岩溶灾害处理经验，对今后西南岩溶隧道施工无疑具有重要的指导意义。本文是笔者结合云南省滇东南文山地区某岩溶隧道施工揭示岩溶及岩溶灾害治理，对岩溶发育分布及其治理进行（何发亮，2006）的初步探讨，希望找出一些共性规律，为今后类似工程实践提供一些借鉴。2隧道概况2.1隧道自然地理位置及地形地貌隧道位于云南省滇东南地区文山州富宁县境内。隧道穿dYLw.nET越岩溶峰丛洼地，洼地呈长条、椭圆和不规则状，边缘多有落水洞、溶井。海拔高程介于11301280m之间，相对高差150m。隧道上方地表植被发育，多为山林。2.
3、2址区气候隧址区以南亚热带季风气候为主，具雨热同季、干冷同期、四季不明的气候特点，随海拔差异及地形影响，气候垂直分带显著。多年平均气温19.3，月最高气温25.4（主要为7月），月最低气温11（主要为1月）。多年平均降雨量1196.16mm，降雨时空分布不均，雨季（510月）降水占全年降水的83%。历年平均暴雨日数34天，日最大降雨量达116.8mm（1958年9月13日），小时最大降雨量达63.0mm（2001年8月25日）。年均相对湿度为79%，全年可照时数4423.47小时。全县历年平均蒸发量1610.6mm，最大5月198.6mm，最小1月80.0mm。2.3地层岩性及地质构造2.3.
4、1地层岩性隧道穿越地层为第四系坡残积（Q4dl+el）层红黏土和碎石、印支一期钛辉辉绿岩（βa）、泥盆系中统古木组（D2g）灰岩。红黏土：棕黄色、红褐色，硬塑，土质较纯，切面较光滑，表层为种植土，含植物根系及少许细角砾，具弱膨胀性、高液限性。分布于隧道进口端，厚度220m。碎石：褐灰、黄褐色，中密，稍湿，石质为中风化辉绿岩。分布于隧道洞身上部，厚度02m，该处隧道埋深较大，受碎石影响较小。辉绿岩：深灰色，风化后成浅绿色，显晶质，灰绿结构，细-中粒，易于发生蚀变。呈不规则形状分布于隧道进口端，出露于乡村公路边，多为全风化，呈土状，手捏易碎，局部为强风化，岩体较破碎，节理裂隙面不明显。灰
5、岩：浅dYLw.nET灰、深灰色，隐晶质，中风化，中厚厚层状，溶蚀发育，见溶蚀裂隙、凹槽等，岩质坚硬，节理裂隙发育，分布于隧道进口止点段。进口段岩溶洼地内，灰岩常以石芽形式出露。隧址区出露灰岩为巨厚层状，产状不明显，附近产状为180∠37。2.3.2地质构造隧道处于南岭纬向构造体系、滇藏歹;字形构造体系及滇越巨型旋扭构造体系的复合部位。泥盆系中统古木组（D2g）灰岩和印支一期辉绿岩地层呈不整合接触。隧道洞身未穿越断层。2.4隧道水文地质条件隧道进口端位于岩溶洼地，地表为农田，测绘期未见地表水及泉点出露。隧道地下水主要为第四系孔隙水、岩溶水和基岩裂隙水。第四系孔隙水多赋存于第四系松散土体
6、中，水量小；岩溶水赋存于灰岩溶蚀裂隙中。基岩裂隙水主要为赋存于辉绿岩裂隙中，以及辉绿岩与灰岩接触带裂隙里。根据岩溶地下水动力剖面分带，隧道除洞口段穿越垂直渗流带外，其余均在季节变动带中穿过。设计文件表明，隧道雨季最大涌水量为887.68m3/d。3隧道施工揭露岩溶及其发育分布规律3.1 ZK21+877缝连洞型岩溶ZK21+877掌子面岩性为中层状浅灰色灰岩，黏土充填型溶腔发育于掌子面中部，宽35 m，拱顶向上延伸57m，其内充填含水粉质黏土；施工开挖揭示黏土充填型溶腔向前延伸至ZK21+892（图3）；左侧拱腰位置发育一2 mx2 m溶洞，其内充填少量黏土。从设计文件可知，该段隧道埋深约50
7、m，主要为单斜岩层，岩性为泥盆系中统古木组灰岩，岩层产状180∠37，节理裂隙发育。分析认为，ZK21+877施工揭露的溶缝、溶洞，其发育受岩层层面和近水平方向发育的节理控制，是大气降雨顺岩层面下渗和丰水期地下水沿水平方向发育节理裂隙运动形成的缝连洞型岩溶；溶缝向上未延伸至地面，其中充填的少量黏土为大气降雨在坡面径流过程携带的细小黏粒随水沿岩层面入渗后在溶缝底部沉积而成（彭建兵，2011；吴冶生，2012）。3.2 ZK21+958溶缝隧道施工开挖至ZK21+958时，隧道埋深88m，掌子面左侧揭露沿与隧道轴线大角度相交贯穿性节理发育的黏土充填型溶缝，自溶缝内有地下水流出；至ZK21+
8、960时，溶缝往掌子面右侧延伸，拱顶向上延伸，顺溶缝不断有黏土涌出。由于隧道洞内溶缝持续涌泥，ZK21+960后上方地表出现地面塌陷和多条宽度为2030cm裂缝。分析认为，ZK21+958溶缝尽管属沿与隧道轴线方向相同的贯穿性节理发育，但从溶缝在ZK21+960往掌子面右侧延伸、拱顶向上延伸仍可以看出，溶缝上部的发育受大气降雨顺岩层面下渗的控制；溶缝顶部位于隧道上方地表覆盖土层下，大气降雨入渗地表覆盖层并携带覆盖层物质沿溶缝口进入充填溶缝，隧道洞内持续涌泥使地表覆盖层失去底面支撑形成地面陷坑和地面裂缝。3.3岩溶发育dYLw.nET分布规律在ZK21+877至ZK21+963之间，隧道开挖除揭
9、穿出前述两次较大缝连洞岩溶或溶缝外，还断续揭露出多处小规模溶缝，在隧道纵断面上，呈串珠状出露。在所有开挖揭示的岩溶中，或无充填（空溶缝），或底部充填少量含一定水分的黏土，或全充填含一定水分的黏土。可以认为，在季节变换带内，可溶岩中岩溶的发育分布具有以下规律：（1）大气降雨顺岩层面下渗和丰水期地下水沿水平方向发育节理裂隙的运动，控制了岩溶的发育，即上部受可溶岩岩层层面控制形成溶缝，下部受沿水平方向发育节理裂隙控制形成近水平方向延伸的溶洞（李焯均，2009）。（2）沿岩层面发育溶缝的向上延伸，特别是是否延伸到地面，控制了溶缝或溶缝连溶洞中含水黏土充填量的大小（叶英，2011）。4治理措施4.1 Z
10、K21+877缝连洞型岩溶基于ZK21+877缝连洞型岩溶内充填的少量含一定水分黏土涌出后，即成为一空岩溶，故除隧道拱部揭穿溶缝位置在拱外增设钢筋混凝土套拱确保隧道结构安全外，未做其他处理。4.2 ZK21+958溶缝鉴于掌子面后方已经进行初期支护的部位周边位移和拱顶沉降基本趋于稳定、未出现裂缝等异常状况，处理舍弃了耗时长且不易施做的大管棚方案，采用了费时少且费用较低的小导管注浆方案，其具体内容如下：（1）采用C25喷射混凝土封闭掌子面。（2）在ZK21+958后方3榀拱架位置，各施做35根6m长的Φ50mm（壁厚4mm）超前小导管进行注浆，超前小导管外插角1030，注浆材料为纯水泥浆
11、，水灰比为1：1，注浆压力为0.51.0MPa，孔口处设置止浆塞。（3）支护加强：I20a工字钢拱架，间距0.5m；拱架锁脚采用12根4.5m长Φ50（壁厚4mm）小导管；网（Φ8mm圆钢15cmx15cm）喷26cm厚C25混凝土初期支护；系统锚管采用长3.5mΦ42mm（壁厚4mm）小导管施做（每环23根，纵向间距为0.5m）；长3mΦ50mm（壁厚4mm）超前小导管超前支护（每循环35根，环向间距为0.5m），二次衬砌采用Vb型。（4）溶洞处治长度为溶洞结束后延伸5m。（5）施工方法为三台阶法开挖。通过支护参数的调整，顺利、安全的通过了ZK21+958溶缝
12、。5、结论（1）构造变动轻微地区季节变动带内可溶岩中岩溶的发育，上部受可溶岩岩层层面控制，下部受岩体中节理裂隙发育分布的控制。（2）沿岩层面发育溶缝的向上延伸，特别是是否延伸到地面，控制了溶缝或溶缝连溶洞中含水黏土充填量的大小（周笑，2012）。（3）岩溶灾害的治理应视与否黏土充填区别进行，封闭掌子面、超前支护、分布开挖和及时施工初期支护，是处理黏土充填岩溶、确保施工安全及顺利通过的有效方法。参考文献【1】何发亮，李苍松，陈成宗.2006.隧道地质超前预报.成都：西南交通大学出版社.He Faliang， Li Cangsong， Chen Cheng-zong， 2006.Geologica
13、l Prediction in Tunnel.Chengdu：Southwest Jiaotong University Press.【2】何发亮，张玉川.2011.隧道施工地质灾害与不良地质体及其预报.成都：西南交通大学出版社.He FadYLw.nETliang， Li Cangsong， Chen Cheng-zong， 2011.Geological Prediction in Tunnel.Chengdu：Southwest Jiaotong University Press，2006.【3】叶英.2011.隧道施工超前地质预报.北京：人民交通出版社.Ye Ying，2011. Tu
14、nnel Construction Ahead Geological Prediction.Beijing：China Communications Press.【4】.地质科技情报，NO.33（1）：163-170.CaoHuaWen， ZhangShouTing， LinJinZhan， 2014.Southeast Yunnan and regional geological background and metallogenic characteristics of Yunnan Tin metallogenic belt contrast.NO.33（1）：163-170.【5】李焯
15、均、陈建平.2009.岩溶发育机理研究在隧道岩溶超前预报中的应用.隧道建设，NO.29（4）.： dYLw.nET427-430.Li Zhuoju， Chen Jianping，2009.Application of Karst Development Mechanism Study in Advance Forecasting of Karst during Tunnel Construction.The construction of the tunnel， NO.29（4）.：427-430.【6】彭建兵、马润勇、邵铁全，2004.构造地质与工程地质的基本关系.地学前缘，NO.11（4
16、）：535-549.Peng Jian bing， MA Run yong， SHAO Tie quan，2004.Basic relation between structural geology and engineering geology.Earth Science Frontiers，NO.11（4）：535-549.【7】吴冶生、张杰，2012.岩溶隧道地质构造与围岩等级的划分.铁道工程学报，NO.163（4）：6-12.Wu Zhi sheng，ZHANG Jie，2012.Geological Structure and Grade Division of Surrounding Rock of Krast Tunnel.Journal of Railway Engineering，NO.163（4）：6-12.