探测岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合方法

文章编号:100926825(2009)3520315202探测岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合方法收稿日期:2009209210作者简介:龚书林(19692),男,工程师,湖南省高速公路管理局,湖南长沙　410000彭凌星(19862),男,中南大学信息物理工程学院硕士研究生,湖南长沙　410000龚书林　彭凌星摘　要:提出了一种岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合探测方法,即运用地质分析法,与地质雷达、地质钻探相结合的综合探测方法。

通过实际工程运用,取得了较好的效果。

关键词:突水突泥,规模,综合方法中图分类号:U452.11文献标识码:A0　引言隧道岩溶问题是国内外隧道施工中的重大难题。

多年来,我国在铁路、公路、水工隧道施工中均遇到了岩溶突水突泥、溶洞充填物陷落冒顶、底板塌陷等问题。

突水突泥等施工灾害,不仅造成生命财产的重大损失和施工严重受阻,而且可能引起浅层地下水及地表水枯竭、地面塌陷等地质环境问题和生态问题,事故发生后的处理费用更是造成建设资金超计划的重要原因[1]。

一次小规模的塌方处理可能都需要上百万的资金,若能准确确定塌方体的规模,将会使处理方案更有目的性,也会减少一定的处理费用,节约工程成本。

本文提出了一种探测岩溶隧道突水突泥塌方体规模的综合方法,即运用地质分析法,与地质雷达、地质钻探相结合的综合探测方法。

1　综合探测方法的提出1.1　地质分析法地质分析法是通过收集分析地质资料,如地表详细调查,隧道内地质编录、超前风钻、塌方部位观察、涌水量观测等方法,了解隧道所处地段的地质条件,运用地质学理论,对比、论证、推断和预测隧道的工程地质和水文地质情况的方法[2]。

1.2　地质钻探法通过钻孔钻进速度和所采取钻孔岩芯的观察及相关试验,获取隧道掌子面前方岩石的强度指标、地层岩性资料、岩体完整性程度及地下水状况等诸多方面的资料。

与物探方法相比具有直观性、客观性,不存在物探手段经常发生的多解性、不确定性。

但是其施工费用高,占用隧道施工时间长,且存在一孔之见[3]。

1.3　地质雷达探测法地质雷达是目前分辨率最高的工程地球物理法,地质雷达能发现掌子面前方地层变化,对于含水带、破碎带具有较高识别能力。

在深埋隧道和富水地层以及溶洞发育地区,地质雷达是一个很好的预报手段。

目前广泛采用探地雷达技术探测开挖面前方30m 范围内及隧道底部的地质状况。

本文将以上三种方法综合应用,首先通过收集分析地质资料,地表详细调查,了解隧道所处地段的地质条件以及对突水突泥部位进行观察,对堆积物成分进行分析。

然后进行地质雷达探测,通过数据处理与分析,结合地质分析初步推测塌方体的规模。

在靠近塌方体的附近设计少量钻孔(与水平方向成不同角度)进行验证,最后得出一个综合的结论。

这样既保证了探测的准确性,又节约了探测时间和成本。

2　工程应用2.1　工程概况在建的某高速公路隧道位于湘南典型的喀斯特地貌区域,地表岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞较发育,且多以垂直发育为主。

2009年8月6日凌晨1:10左右,顶上隧道右洞YK128+845断面开始打炮眼(从隧道出口向进口方向掘进)。

该断面设计围岩为Ⅲ级围岩,现场地质情况与设计基本吻合。

凌晨4:40左右放炮,5:10开挖班进洞排险后开始出渣,出渣时发现YK128+843断面拱顶中心至右侧拱腰开始有掉块现象,随即大量泥浆冲出,直 通过改变耐久性指标中的影响因素,如保护层厚度、混凝土强度、钢筋直径等,再用承载能力和经济性加以约束,可以对钢筋混凝土简支梁桥进行耐久性设计和评估。

参考文献:[1]　J TG D6222004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].[2]　许丽萍,黄士元.预测混凝土中碳化深度的数学模型[J ].上海建材学院学报,1991,4(4):3472356.[3]　牛荻涛.混凝土结构耐久性与寿命预测[M ].北京:科学出版社,2003.[4]　董志明.混凝土结构耐久性评估体系研究[J ].山西建筑,2007,33(16):76277.[5]　赵　卓,蒋晓东.受腐蚀混凝土结构耐久性检测诊断[M ].郑州:黄河水利出版社,2006.Determination of the criterion of durabilityin simply 2supported beam bridge of steel concreteLEI Yan 2li HU H ai 2yanAbstract :On the basis of the analysis of the main reasons to cause durability deterioration in simply 2supported beam bridge of steel concrete ,points out the standard of steel concrete structure life estimate ,the criterion of durability of simply 2supported beam bridge of steel concrete is giving out ,and thus offers a basis to design and assess in the durability of bridge.K ey w ords :simply 2supported beam bridge of steel concrete ,criterion of durability ,depth of carbonation ,steel rust・513・ 第35卷第35期2009年12月 山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol.35No.35Dec.　2009至泥浆岩块堆至拱顶后,泥浆才停止向外流出。

泥浆及泥浆携带的碎石、岩块流至YK128+888附近,估算已流出的溶蚀物质约1000m 3。

2.2　综合探测为使处理方案更加科学、合理,我们在认真查阅详勘资料的基础上主要采用了地表工程地质及岩溶水文地质调查,洞内岩溶涌泥物质取样鉴定及突水突泥部位的观察、地质雷达探测与地质钻探等多种方法,形成了地表—洞内、物探—地质相结合的综合探测体系,分析、研究突水突泥发生原因,指导制定科学的突水突泥处理方案。

1)工程地质及岩溶水文地质调查。

据详勘资料和本次工程地质及岩溶水文地质调查成果表明:a.该隧道地下水丰水期潜水面高于隧道开挖工作面;b.隧道上部,特别是隧道ZK128+730～ZK128+830区段左侧上部山地中发育一系列岩溶洼地及落水洞。

为地下水补给提供了有利的活动空间,大气降水汇集于岩溶洼地,经落水洞或岩溶管道垂直渗透于可溶性灰岩裂隙中,并形成溶洞。

隧道内突水突泥段正处于隧道上部右侧(进洞方向),靠近左洞上部ZK128+730～ZK128+830段汇水面积约0.2km 2的岩溶洼地及落水洞范围内。

根据隧道内观察,在事故发生后几天内,未降雨时,岩溶水明显减少,均呈滴水或线型状态,说明岩溶水与大气降水补给密切相关。

2)洞内岩溶坍塌涌泥物质取样鉴定及突水突泥部位观察。

据取样肉眼鉴定,涌泥物质中的岩块成分主要为灰岩和钙质砂页岩。

其中,灰岩约占30%,钙质砂页岩约占70%,而灰岩均已溶蚀成流塑～软塑状黏土。

由此说明:溶洞上部或外侧则为石炭系下统岩关阶上段钙质砂页岩或下统灰岩。

据观察分析,突水涌泥部位分布在拱顶中心至进洞方向右侧拱腰,突水涌泥物质主要来源为右侧拱腰上部(即往左洞方向),与地面岩溶洼地、落水洞位置一致。

3)地质雷达探测结果与分析。

在对突泥塌方体进行了适当出渣清理后,现场采用SIR 220雷达进行探测,天线频率为100MH z ,采样方式为点采,采样视窗设置为280ns 。

探测结果见图1。

通过对雷达波形的分析可知前方0m ～5m 范围内为含水量较大的堆积物,5m ～12.5m 为结构松散、破碎的岩石,局部含水量较大。

4)初步结论。

根据工程地质及岩溶水文地质测绘,洞内岩溶涌泥物质分析鉴定及突水涌泥部位观察,结合地质雷达探测成果,推测突水突泥段上部位于左洞(靠近右洞)上部ZK128+720～ZK128+830段岩溶洼地中,岩溶洼地及落水洞中的地表积水和基岩裂隙水,经岩溶管道不断地垂直渗透于钙质砂页岩及灰岩接触部位的薄弱地带,加大了钙质砂页岩的风化和灰岩的溶蚀力度,从而形成了以垂直发育为主的封闭较好的管道溶洞。

当隧道开挖至该溶洞边缘时,临空一侧失去平衡与支撑,便产生了突水突泥现象。

突水涌泥段位于灰岩和钙质砂页岩接触部位,具体位置为YK128+843拱顶中心至进洞方向拱顶右腰,并有向左延伸之趋势。

在现有洞口被堵塞的情况下,依据洞口涌泥坍塌堆积物(块石)的分布状况,洞口相对较小,推断宽度在1.5m ～2m 之间,据突泥量分析,洞口往上坍塌范围较大,最大宽度超过5m ,坍塌高度大于20m 。

5)地质钻探。

根据探测初步结论,在距突水突泥洞口5m 的断面(YK128+848)上布置了4个钻孔,布置示意图见图2。

其中钻孔1,4,5的施工角度为向上倾斜35°,钻孔2为水平钻孔,钻孔3的位置与钻孔2一致,角度为向上倾斜45°。

由于不能进行取芯钻探,所以钻探的结果为推测结果,其依据是钻孔时的进尺速度,钻工在钻孔时的感觉。

钻探推测结果见表1。

表1　突水突泥段溶洞推测表钻孔编号施工角度(°)钻孔深m 分层界线/m灰岩溶洞页岩ZK 135160～88～9.89.8～16ZK 20120～3.5 3.5～55～12ZK 345150～66～1414～15ZK 435160～8.28.2～10.410.4～16ZK 535160～9未见9～16 6)综合分析结果。

突水涌泥洞口明显地由右侧向左侧倾斜,溶洞沿轴向长度在1.5m ～2m 之间,溶洞以垂直发育为主,溶洞往深部延伸有变小趋势,并沿左侧延伸至隧道外侧。

依据涌出物质数量判定,塌陷高度约20m 。

塌陷洞口位于灰岩与页岩接触部位及附近,洞口内侧页岩风化程度较高,岩体破碎,岩质较软,隧道围岩级别评定为Ⅴ级。

3　结语1)根据此次综合探测结果,业主设计了管棚注浆方案,比原计划节约了近一半的工程资金。

经实际开挖验证,探测结果与实际情况基本一致。

2)实践证明采用地表～洞内、物探～地质相结合的综合地质探测体系,分析、研究突水突泥发生原因及其规模,指导制定科学的处理方案是很有效的。

参考文献:[1]　叶　英.岩溶隧道施工超前地质预报方法研究[D ].北京:北京交通大学,2006.[2]　刘志刚.概论岩溶或地质复杂隧道隧洞地质灾害超前预报技术[J ].铁道建筑技术,2003(2):125.[3]　王　华,吴　光,冯　涛.渝怀线圆梁山隧道超前地质钻探预报技术应用研究[J ].铁道建筑,2007(2):36238.On comprehensive methods for survey of exploration forw ater outburst and mud outburst collapsible body scale in karst tunnelG ONG Shu 2lin PENGLing 2xingAbstract :The paper indicates the comprehensive exploration methods for water outburst and mud outburst collapsible body scale in karst tun 2nel ,that is geological analysis method ,which is combined with the geological radar and geological drilling ,and better effect is achieved by its application of the pratice projects.K ey w ords :water outburst and mud outburst ,scale ,comprehensive method・613・第35卷第35期2009年12月山西建筑 。