岩溶隧道工程水文地质条件分析

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摘要:岩溶是隧道工程施工过程中最为常见的地质灾害现象，而穿越岩溶地质地段的隧道工程具有危害性大、预防难等特点，目前依然是隧道工程建设中尚未很好解决的难题。本文在充分挖掘梳理前人研究成果的基础上，简要地总结了我国岩溶地质现象及其分类，并初步分析了我国岩溶地质条件对隧道施工所产生的影响，并结合工程实例探讨了隧道工程的岩溶地质灾害的处置技术和预防措施。

关键词:岩溶;工程技术;地质分析

1岩溶地质的分类及危害

岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。James和Choquette等提出岩溶应包括在化学溶解和伴随的碳酸盐层系的演化过程中所形成的所有成岩作用的特征(地表与地下的、宏观的与微观的)。根据岩溶不同类型的特征，可将岩溶灾害按照岩溶水量、形态大小以及充填特征等进行分类。其中按岩溶用水量大小可分为特大涌水型(涌水量大于10000m3/h)、大量涌水型(涌水量介于1000～10000m3/h之间)、中等涌水型(涌水量介于100～1000m3/h之间)、少量涌水型(涌水量介于10～100m3/h之间)以及微量涌水型(涌水量小于10m3/h)等五种类别，按岩溶的形态大小可分为大型溶洞、洞穴型、管道型以及裂隙型等四种类别，按岩溶的充填特征可分为无充填型、半充填型以及充填型等三种类别。由地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为岩溶作用，受岩溶作用的影响，隧道工程在穿越岩溶地质区域时危害极大，而且难以预防，岩溶对隧道工程的危害主要表现在以下几个方面:一是岩溶所形成的洞穴使得隧道建筑物全部或者部分悬空，这将在极大程度上削减了隧道建筑物的承载能力，从而降低隧道工程的安全性和使用寿命;二是岩溶隧道中易造成地下水的流失，这将导致隧道顶部与地面极易发生坍塌现象;三是当岩溶水中二氧化碳等碱性物质含量增加时，易导致隧道结构的腐蚀现象，从而大大影响隧道的使用寿命和安全性;四是岩溶所形成的洞穴中随堆积的物体易造成土质坍塌现象，从而改变隧道结构体表面的应力分布发生变化，影响隧道的稳定性。

2岩溶对隧道工程影响的研究现状

随着岩溶隧道工程建设技术的快速发展，岩溶对隧道工程施工的影响也受到国内学者越来越多的关注。王爱武等认为渝怀铁路罗家寨隧道内的溶洞填充物受到岩溶水的进一步浸泡软化，从而引起岩溶水的泄放并带走大量岩土，改变了隧道围岩的应力分布，造成隧道工作面围岩失稳而引起连续塌方，甚至造成地表开裂而下沉。李志国结合2001年开工的渝怀线20余座隧道施工建设经验，提出隧道施工区岩溶的处理应因地制宜，综合治理，排堵结合的原则，根据隧道内用水量的大小以及所含泥沙的含量，并考虑隧道运营安全及周边水文地质环境的影响，将堵和排技术相结合，采取多种方法进行综合治理。吴梦军等针对我国岩溶分布广泛的现状，利用“公路隧道结构与围岩综合实验系统”对岩溶隧道围岩的稳定性进行了一系列大型的模拟试验，结果表明岩溶隧道围岩的位移随着溶洞的增大和隧道间距离的减小而呈现非线性增加的趋势，且溶洞的位置对于隧道围岩的影响最为显著，其中当溶洞位于最大主应力方向上时，对围岩稳定性最为不利。王鹰等结合渝怀铁路梁山隧道的用谁实例，运用断裂力学和地球化学等相关理论分析了岩溶区隧道水岩的相互作用机理及其对岩溶地区隧道施工发生涌水、突泥的影响，结果表明高压水力劈裂作用是岩体裂隙进一步扩展的原因，而岩体在开挖过程中的损伤是造成突发性大规模严重涌水突泥的重要诱因，另外在地质构造的关键部位，顺裂隙延伸方向发育大的岩溶管道可能性非常大。在隧道尚未开挖之前，由于隧道周围的岩体尚未被扰动，因此绝大多数的溶洞是稳定的。如果在前期探测到溶洞距离设计的隧道位置相距较远，则可以忽略溶洞对隧道工程施工的影响;如果相距较近，则除了要考虑溶洞对隧道工程位置的影响，还要考虑在施工过程中对溶洞产生的扰动而引起的涌水、塌方、突泥等地质灾害，甚至在隧道工程的竣工运营期间也要考虑溶洞可能对隧道工程的安全运营带来的风险。此外，在隧道工程施工过程中的爆破引起的地下岩溶管道中的水产生高压，同时也会使得隧道围岩产生裂隙、松动，增加了岩溶水的流通路径。爆破所形成的高压水流将沿着岩体的裂隙、岩溶管道等流动，致使隧道围岩发生剪切性的破坏。而岩溶的水系将向隧道方向聚集，围岩压力发生变化，隧道围岩裂隙中的含水量也将大大增加，当水压超过隧道围岩的载荷时将失去平衡，引发隧道坍塌事故。此外如施工过程中由于机械设备的不当操作也会引起隧道围岩应力发生变化，当附加外载荷超过一定程度时，也将会给隧道施工造成严重的影响，甚至发生隧道坍塌等事故。

3岩溶处治技术研究进展

隧道工程的岩溶处理及预防措施主要是通过设计和施工来进行控制，设计方面主要要考虑如何合理、科学地规避熔岩地区，而施工方面则是在现有的条件下尽可能地治理岩溶，将岩溶引发的地质灾害损失降至最低。而在当前的隧道工程中主要以施工控制为主，本文通过整理已有的相关研究资料及项目实践经验，可得出目前我国针对岩溶处理的技术主要包括洞穴处理、岩溶洞内充填物的处理、岩溶水的处理以及地表塌陷的处理等等，而其中在岩溶洞的处理过程中应本着“工程造价低、结构安全、水环境保护、方案合理、施工易操作”的原则，保证隧道工程安全、顺利地通过岩溶地区。在对隧道工程施工过程中处理岩溶时应依据不同的岩溶类型采取不同的措施，如在处理小型无填充或半填充的溶洞时应对岩溶的洞穴采取回填的处理技术，张花高速公路岩门口隧道的岩溶处理技术就是先对洞穴的四壁初喷加厚，打药卷锚杆后再把拱架立起来，同时预留泵送混凝土管道，初期支护完成之后选择用混凝土回填。对于有充填型的大型岩溶洞穴，应充分考虑岩溶所处在隧道的位置及岩溶洞穴的填充物质，在隧道施工的过程中，采用超前的地质预报探测岩溶洞穴内充填物的类型及洞穴大小。如张花高速公路排楼隧道施工至ZK100+307里程时，通过超前探测仪发现前方有一宽约16m且富水的大型充填淤泥质溶洞，针对该岩溶洞穴充填淤泥的特点，施工过程中采取了超前预注浆加固一级大管棚支护的处置方案，以确保隧道施工的安全。

4结语

隧道工程与施工区的水文地质条件有着密切的关系，而隧道工程的质量又关系着交通运输的安全，因此加强隧道工程的水文地质环境勘查工作并及时选取合理的截、堵、引、排水等科学、充分的预防措施，降低隧道施工风险，减少不良的地质灾害影响。岩溶目前已成为我国隧道工程施工过程中遇到的主要地质灾害现象，极易引发溶洞、坍塌、突水、突泥等地质灾害，给隧道工程的安全和结构的稳定性带来巨大的隐患，甚至发生巨大的安全事故事件发生。本文在系统总结岩溶地质现象及分类的基础上，针对我国岩溶分布情况较为全面地介绍了岩溶对隧道工程建设的影响，以及目前国内在隧道施工建设中所采用的岩溶处理技术，以期为行业工作者提供一定的参考。

参考文献

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作者:黄洪 单位:中铁二院工程集团有限责任公司地勘院