導語：巖溶地區(qū)隧道設(shè)計思索論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要摘要：吉茶高速公路巖溶發(fā)育，如何確定巖溶區(qū)域圍巖級別及隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計、巖溶處置辦法是在設(shè)計階段應該考慮的新問題，本文介紹了作者在吉茶路巖溶區(qū)域隧道勘察設(shè)計期間得出的一點個人觀點。

摘要：隧道工程圍巖定級對比分析巖溶

0引言

在石灰?guī)r地區(qū)修建高速公路時，巖溶新問題是不容忽視的。巖溶是地表水和地下水對可溶性巖層經(jīng)過化學功能和機械破壞功能而形成的各種地表和地下溶蝕現(xiàn)象的總稱。此區(qū)域的隧道建設(shè)應考慮巖溶的危害，評價其影響程度，才能決定合適的襯砌結(jié)構(gòu)形式和溶洞處理辦法。

1巖溶區(qū)域隧道圍巖分級的思索

1.1隧道圍巖分級的一般思索

圍巖分級是將隧道圍巖穩(wěn)定性等級由好到壞分為Ⅰ~Ⅵ六級,采用定性、定量、定性和定量相結(jié)合的3種方法進行。由于規(guī)范沒有對巖溶影響設(shè)置專門的條文，石灰?guī)r地區(qū)在確定隧道圍巖分級時，如何考慮巖溶功能受主觀熟悉影響較大。

通常情況下，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)圍巖級別、使用要求和施工條件來考慮的，通過工程類比和結(jié)構(gòu)計算綜合分析確定。不同級別的圍巖對應的隧道初期支護參數(shù)和二次襯砌的支護參數(shù)是不同的，往往圍巖的一個級別差異對應隧道延米工程造價的差異達萬元以上，合理確定隧道圍巖級別是控制隧道工程投資的關(guān)鍵因素。

1.2巖溶地區(qū)隧道圍巖分級要考慮的因素

如何定性考慮巖溶對隧道圍巖級別的影響，筆者認為先要明確巖溶的發(fā)育的階段和巖溶目前對隧道的危害程度。

巖溶的形成必須具備四個基本條件摘要：即可溶性巖石、可溶巖能提供水滲透和運移空間、具有溶蝕能力的水流、水流必須具有流動性。巖溶的發(fā)育演化一般可劃分為如下三個階段摘要：

1)形成階段摘要：只要滿足前述洞穴發(fā)育的四個基本條件，即可開始形成洞穴。在這個洞穴形成的初期階段，洞穴空間規(guī)模一般較小，多呈孔隙狀，人們無法進入，主要表現(xiàn)為溶蝕現(xiàn)象。

2)發(fā)展階段摘要：隨著參和洞穴發(fā)育的水流流量流速的增加，洞穴空間逐漸擴大，發(fā)展成為人能進入具有一定規(guī)模的通道系統(tǒng)，主要表現(xiàn)為溶洞和地下暗河。

3)衰亡階段摘要：由于地殼抬升，洞穴逐漸脫離地下水位進入包氣帶，失去了進一步發(fā)展的動力條件，主要表現(xiàn)為崩塌現(xiàn)象顯著，鐘乳石類次生化學沉積大量發(fā)育，洞穴空間逐步壅塞減小。

巖溶對隧道的危害主要分為四種類型摘要：

1）洞穴的存在使隧道全部或部分懸空，將極大地降低隧道的使用平安可靠度；

2）巖溶水非凡是當CO3-等可溶性物質(zhì)含量增高時，水的流通將給隧道結(jié)構(gòu)帶來的侵蝕功能，影響隧道的使用壽命；

3）洞穴堆積物因松軟易坍塌下沉，改變洞穴周邊的應力分布形態(tài)，影響隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；

4）隧道中地下水流失，使隧道頂部地面巖溶塌陷，導致環(huán)境地質(zhì)被破壞，也是造成隧道結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因。

1.3巖溶地區(qū)圍巖分級建議

對于主要處于形成階段的巖溶，由于其對巖石的整體穩(wěn)定性影響小，基本可以不考慮影響，主體圍巖是幾級就可劃定為幾級，但是應在地質(zhì)文件中指出其范圍，并做適當描述。

對于發(fā)展階段的巖溶，假如隧道和其大型地下洞室相交或地下暗河相交，就不能按常規(guī)辦法確定圍巖級別，只能指出溶洞(暗河)和隧道相交長度及其大小而不能分類，因為標準的襯砌結(jié)構(gòu)是無法適用于千變?nèi)f化的溶洞形態(tài)的，但是靠近溶洞、暗河區(qū)域，在圍巖分級上應考慮其影響在適當長度范圍調(diào)整圍巖級別。

對于衰亡階段的巖溶，基本原則同發(fā)展階段的巖溶，假如隧洞在洞穴堆積物中通過距離較長，性質(zhì)較單一，也可定為Ⅵ級圍巖，Ⅵ級圍巖的結(jié)構(gòu)襯砌設(shè)計、施工方案只能是初步設(shè)計，應通過實驗、小范圍驗證才可鋪開實施。

2巖溶地區(qū)隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計思索

2.1巖溶地區(qū)隧道一般襯砌結(jié)構(gòu)特征

巖溶地區(qū)隧道一般襯砌結(jié)構(gòu)宜應按巖溶處于形成階段來考慮，施工中雖然可能碰到各式各樣的小溶溝、小溶槽，但是對結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性不構(gòu)成威脅，不需要調(diào)整隧道襯砌設(shè)計參數(shù)，只需要進行局部地段的小溝槽充填物清除、同時增加少量回填工程量及過水管道的設(shè)置。

隧道遭碰到小溶溝、小溶槽時所增加的工程數(shù)量可以在設(shè)計期間大致估算出一個基本范圍，工程量出入不會很大。

2.2巖溶地區(qū)隧道一般襯砌結(jié)構(gòu)要注重的新問題

要考慮巖溶的發(fā)展性、地下水流的腐蝕性這兩個主要因素。

雖然巖溶的發(fā)展變化十分緩慢，但究竟在發(fā)展，隧道設(shè)計假如不根據(jù)已有存在的溶蝕現(xiàn)象預留適當?shù)倪^水管道，而是強行用襯砌阻斷水源，可能使襯砌結(jié)構(gòu)承受額外水壓，導致結(jié)構(gòu)的平安系數(shù)降低，這點要有充分熟悉。

同時地下水含中CO2濃度較大，具有較強的腐蝕性，隧道初期支護必須考慮防腐蝕的新問題，采用防腐蝕混凝土材料，隧道防水層材料也要相應增加檢測指標，保證在CO2飽和濃度下的耐久性。隧道的二次襯砌可不采用防腐蝕混凝土，但是洞內(nèi)用于排除圍巖滲水的中心水管、水溝也須有防腐蝕考慮。

2.3隧道非凡襯砌結(jié)構(gòu)

有資料表明，當溶洞不具有坍塌條件的完整頂板，其厚度大于等于洞跨度的1/2時或當溶洞節(jié)理裂隙發(fā)育，且膠結(jié)不良，具有坍塌條件的不完整頂板，其厚度大于等于洞高度的5倍時且無明顯滲、漏水的情況下可以不處理而直接通過該溶洞。換個說法就是此時洞內(nèi)采用路基或橋梁方案過溶洞，而不需要施作初期支護和二次襯砌，可稱為洞內(nèi)無襯砌結(jié)構(gòu)。

采用無襯砌結(jié)構(gòu)時，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)存在明顯滲、漏水情況時，應考慮棚洞或明洞結(jié)構(gòu)，用以保護溶洞內(nèi)道路行車平安。

3巖溶地區(qū)隧道溶洞處理

3.1溶洞處置的主要原則

隧道遭碰到發(fā)展和衰亡階段的巖溶中的大型溶洞、暗河時，應逐個溶洞逐個處理，不必要尋找標準的設(shè)計，設(shè)計中的通用原則為確保隧道的襯砌結(jié)構(gòu)有足夠的平安保證、在可預見期內(nèi)洞穴的穩(wěn)定性有保證、原有水流通道不會被阻斷、方案比較經(jīng)濟適用。

3.2溶洞處理主要方式

隧道過溶洞處置方式有內(nèi)增設(shè)邊墻梁及行車梁、托梁、支墩、懸壁梁承托縱梁、拱橋、加大隧道凈空寬度跨度跨越巖溶或?qū)λ淼乐苓厧r體進行封閉、注漿加固、支頂加固、加強襯砌等。

3.2.1溶洞跨越處理

當溶洞規(guī)模較大、溶洞內(nèi)充填物松軟，基礎(chǔ)處理工程修建困難、耗資巨大，或者溶洞雖小但水流較大時，可根據(jù)具體條件采用相應的梁跨、板跨等形式跨越巖溶地段。

此方式一般采用鋼筋混凝土梁跨越，梁體采用抗侵蝕混凝土。當隧道襯砌斷面需要開挖圍巖才能滿足凈空要求時，應先開挖圍巖，再施工跨越結(jié)構(gòu)，以確保平安，同時應注重不同受力結(jié)構(gòu)間的斷縫設(shè)置及連接辦法設(shè)置。

3.2.2封閉處理

已停止發(fā)育的干溶洞，在考慮有效的過水通道后，可采用混凝土、漿砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。

3.2.3錨桿、鋼管加固處理

為防止洞穴巖壁或頂板坍塌，在清除松動巖石困難的情況下，可采用錨桿或大鋼管、鋼軌加固巖體。此時隧道襯砌應考慮抗沖擊辦法，一般是采用明洞襯砌，襯砌頂部設(shè)置回填體，其表面設(shè)置護面結(jié)構(gòu)，回填體以上空間的溶洞洞壁采用錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土封閉支護；若溶洞較大，可設(shè)置橫向鋼軌橫或設(shè)人字形鋼軌柵架。

3.2.4支頂處理

當隧道穿過的溶洞由碎、塊石及淤泥土充填，充填物的松散密實程度不一時，隧道底部應考慮采用鋼筋混凝土底板，清除底板下松散體，回填碎石，并在底板下加設(shè)鋼筋混凝土樁進行支頂。

4.巖溶水處理的思索

4.1巖溶水的處理原則

對巖溶水的處理通常原則是以“排”為主，截、堵、排、防相結(jié)合的綜合處理辦法，筆者認為應該是以“通”為主，截、排、堵相結(jié)合的綜合處理辦法?！巴ā笔侵副M量保持原有過水通道，不能因為隧道的修建發(fā)生大的變化;“截”是指截斷原有地下水通道，改走其他通道；“堵”是封死相交的地下水通道；“排”是特指引入隧洞，通過排水溝排走；“防”是指防止地下水進入隧道即可。

巖溶水處理的較大工程辦法有泄水洞和涵洞兩類，采用泄水洞排水屬于“排”和“截”的范圍，采用涵洞過水屬于“通”和“截”的范圍。

4.2泄水洞排水

當猜測到隧道區(qū)域的巖溶水量大、水壓大，而隧道確實無法避開時，需考慮專門設(shè)置排水隧洞，達到排除巖溶水，降低地下水位，保持隧道干燥和施工平安的目的。

泄水洞應位于地下水來向的一側(cè)，為防止巖溶水忽然襲擊，施工中要采用超前鉆孔探測，預備足夠的抽水設(shè)備。泄水洞的設(shè)置可能對生態(tài)環(huán)境有不利影響，是否采用應從施工、環(huán)保、平安等多方面進行評價，以保證方案考慮周全，成本最低。

4.3涵洞、倒虹管吸過水

隧道斷面和巖溶水相交時，為保證巖溶水暢通，在隧道底部設(shè)鋼筋混凝土圓涵，或倒虹管，同時涵洞出入口周邊至隧道邊墻外緣采用漿砌片石回填密實。

在采用此方案時要正確考慮涵洞過水斷面，一般應按豐水季節(jié)流量考慮。

5其他要考慮的新問題

5.1洞穴堆積物及地表塌陷處置

洞穴堆積物的特征是松軟、下沉量大、強度低、穩(wěn)定性差。當隧道必須穿越洞穴堆積物地段時，可采用樁基、換填、注漿等加固巖體的處理辦法。

隧道中地下水滲流排泄，導致巖溶地面塌陷，使地質(zhì)環(huán)境遭到破壞，造成隧道開挖時坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通過巖溶地段時的地面塌陷形成過程和忽然發(fā)生所參和的力是相當復雜的。施工中可采用化學注漿和管棚支撐開挖，同時從地表高壓注漿，固結(jié)塌陷松散體，避免出現(xiàn)突泥現(xiàn)象。

5.2設(shè)計階段工程量估算

要準確估算隧道遭遇大型溶溝、溶槽時的工程量是困難的，不同的溶洞形態(tài)、位置有不同的方案，各方案的工程量差異很大，這些只能在工程的預備費用中考慮。

假如在隧道勘察階段已經(jīng)明確可知隧道必然遭碰到的大型溶洞數(shù)量、類型及位置，可提前進行預設(shè)計，盡可能使工程量估算有個參考范圍，作為調(diào)整預備費用費率的參考。

6結(jié)語

在巖溶發(fā)育地區(qū)進行隧道勘察設(shè)計時，合理確定巖溶的發(fā)展階段、圍巖級別、規(guī)劃溶洞處置方案，對控制工程量，控制投資是必不可少的。公路隧道由于開挖斷面大，溶洞影響區(qū)域大，具體的溶洞處置施工方案應該在挖開后采用確定。