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Abstract: along with the development of social development and progress, and pay attention to the tunnel project and its control in karst disasters analysis is of great significance. This paper mainly discusses the karst tunnel engineering of the prevention and control of catastrophe and related content.
Keywords: tunnel project karst to prevent disasters
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:
引言
随着我国基础建筑设施的建设的飞速发展,在隧道项目施工中经常会遇到岩溶地质。因其本身的复杂性,给隧道的施工设计带来了较大的不便;如果对岩溶治理不当,将会给以后隧道运营、管理留下安全隐患。所以,对岩溶隧道的合理处理就显得尤其重要。
1.工程实例
某路线一岩溶隧道全长8776 m,最大埋深364m,为全线地质最复杂的岩溶隧道之一。由于该隧道设计最大涌水量58×108m3/d。该隧道施工中先后超前探测到溶腔86处,其中大规模突水、突泥溶腔12次, 最大涌水量达30×108m3/d。隧道施工难度高、风险大,并且施工曾多次遇岩溶管道突水突泥,又针对隧道复杂岩溶不良地质情况,为防范重大突水突泥地质灾害及永久运营结构防水害安全,在施工过程中,主要采用了隧道围岩预注浆、综合超前地质预测预报、泄水洞排泄等综合施工技术。
2.岩溶灾害的概述与危害
(一)岩溶灾害的概述
地表水与地下水通过化学作用,长期的溶蚀可溶性岩石而形成各种各样的总称,即为岩溶。岩溶主要是溶蚀为主,其中也包括流水冲蚀、坍塌等机械认为过程。一般来讲,水的溶蚀性与流动性是岩石的可溶性与裂隙性的基本发育条件。另外,岩溶的发育与地质结构、地壳的运动等都有关联。由于其发育的原因较多,而且发育之后的形态多种多样,配上发育的不均衡、不规则,在对其进行爆破和隧道开挖时,很容易扰动围岩,进而改变地下水的流动,也将会打破岩溶原始的平衡体系。如果岩溶灾害处理的不够恰当,会对以后的施工、运营、管理留下安全隐患,导致隧道不能够正常使用。
(二)岩溶隧道危害
1、溶洞里面没有填充物,使得隧道建筑全部或者部分位置处于悬空,削弱了隧道的承载能力,从而降低了隧道的使用可靠度与安全度;2、隧道顶部和底部的地下水流失,容易造成隧道塌陷的可能;3、在岩溶水中,如果二氧化碳等可溶物质含量超标,水的流动也会给对到结构造成一定的侵蚀作用,从而影响隧道的使用寿命;4、因溶洞堆积物松软,容易造成周边应力发生变化,导致隧道的稳定性受到影响。
3.岩溶灾害的处置原则
岩溶地区隧道施工难点主要有以下三个:一是如何准确地进行岩溶地区的地质预报,为信息化施工提供准确而可靠依据;二是如何对岩溶造成的突泥、塌方、涌水等突发事故进行有效的预防和处置;三是如何选择安全经济的施工方法,快速通过岩溶发育地段。许多研究以及工程实践都表明,岩溶灾害的处置必须遵循一定的原则。总的来说,基本处置原则应遵循“保证施工安全”、“确保结构稳定”、“保障安全运营”。具体体现在以下两方面:一方面,为正确制定通过岩溶地段的施工方案提供资料,可以采用地质推理与地貌、地质调查相结合的方法对岩溶地段进行定性预测, 当然主要以地质勘探方法为主,然后再结合超前导坑预报、地表钻孔探测、洞内超前钻孔预探等方法, 进一步查明溶洞的类型、规模、发育程度、分布范围、填充物等情况。这是安全施工的前提和必要。另一方面,由于水是一切工程的灾害的重要致使因素,在地表水系多、地下水丰富且岩溶发育的地区进行隧道施工时, 防水排水工作显得格外重要。所以岩溶隧道施工时, 根据相关数据资料,应尽量查明岩溶地下水情况, 然后判断其对隧道施工的影响,制定出切实可行的施工防排水处理措施。这是隧道结构稳定以及安全运营的保障。
4.基本岩溶隧道一般防治措施
总的来说,岩溶的处理无非是通过设计和施工来控制。具体而言,设计方面主要是如何做到有效避绕岩溶地区;而施工方面主要是如何治理岩溶。工程实践中以施工治理方法为主。因为在已经设计好情况下,所能做的改变唯有施工。施工治理方法是在长期实践基础总结而积累的。通过对已有研究资料的总结和实践经验, 为了充分保证隧道支护体系的稳定可靠性,溶洞病害的处理主要包括洞穴处理、洞内充填物的处理、排水处理等。针对上述处理类型相应的基本处理方法有以下:洞穴及洞内填充物处理即对隧道影响范围内的溶洞, 采取堵塞封闭的方法,其目的是防止溶洞内流动物出现,不致因岩溶继续发展影响隧道衬砌结构及运营安全, 因为填充需要大量填充物如良好填土等,所以这种方法一般适用于干小溶洞。若采用一般堵塞封闭溶洞有困难时, 可采用梁跨或拱跨结构通过。若隧道施工中遇到一时难以处理的溶洞,为确保施工正常进行,可暂时采取绕过, 并及时和设计单位联系进行后处理。排水处理就是采用导水管或在隧道内修涵管排水的方法, 将溶洞中的水流引出隧道限界之外。
5.隧道围岩预注浆方法
根据水文地质情况以及施工中超前地质预测预报成果合理选择注浆方案。根据隧道底下溶洞发育的状况及性质,事先可以分以下几种情况进行处理: 假如隧底溶洞充填物发育深度小于9.8m,且充填物稳定或隧底大部分为破碎灰岩,也就是说深度小且填充物稳定,这种情况可采用仰拱调整板及钢管注浆加固相结合的方法;假如隧底下溶洞发育的规模比较大、充填物性质比较复杂也不稳定,则采用桩基跨越;假如隧底溶洞充填物介质较单一且块石含量不多,填充物松散采用素砼桩复合地基跨越;假如隧底下仅局部发育小型溶沟溶槽,则可采用换填方法。此地段隧道超前地质预测预报均探明岩溶极为发育,涌水量大且地下水与地表水联通,直接开挖极易发生重大突水突泥。经过方案比选,考虑现实情况和施工条件采用了“以堵为主, 限量排放”的加固圈外6m超前帷幕预注浆方案。
6.隧道岩溶地段施工注意事项
1、隧道施工之前,详细勘察该地段的岩层详细情况,尤其是岩溶状态,事先估计将会遇到的溶洞的部位。
2、了解地表水的出、入的地点,做好施工前的处理工作,防止地表水出现下渗的情况。
3、在施工到达溶洞附近时,需将各个工序衔接起来,制定出溶洞旁的施工处理方案以及做好安全措施的手段。
4、当隧道施工到达溶洞地段时,应准备足量的隧道排水设备,防止地下水过多对施工造成不必要的影响。
5、施工期间,如果遇到溶洞顶较高的时候,应设置防护架或者防护网。
6、在岩溶地段实施爆破施工时,一定要注意控制炸药药量。做到多打眼、打浅眼,不要因为赶工期,一次性爆炸过多。
7、在施工人员制定出具体溶洞方案时,不能随意往溶洞中倾填废弃残渣。
8、在处理结构较为复杂的溶洞时,要勘察溶洞的实际情况,制定出安全、有效的施工方案,确保正常施工。
结束语
岩溶作为岩溶发育地区隧道施工过程中常见的一种不良地质现象,处理时应根据具体条件因地制宜综合治理,要依据具体状况而采取相应的措施,并且必须考虑对生态环境的影响以及确保隧道施工和运营安全。对溶洞采用浆砌片石或砼等材料进行回填处治时,必须查明溶洞的水文情况,不能破坏原有的水系,确保排水通畅。
参考文献
[1]任文胜:《隧道塌方原因分析及处理方案研究》[J].山西建筑,2008(3)
关 键 词:隧道施工,软岩支护,技术,问题,探讨
中图分类号:U455文献标识码:A文章编号:
前言
软岩工程是矿山、交通、水利和建筑等行业施工建设中经常碰到的技术难题。近二十年来,世界各国都在软岩工程支护技术的理论和实践上进行了广泛的研究,从软岩的矿物成分和物理力学性质等方面进行了探讨,取得了可喜的成果。软岩的工程力学性质取决于组成软岩的粘土矿物,如高岭土、伊利石和蒙脱石。岩石含粘土矿物多,其强度就低。软岩的可塑性、膨胀性、崩解性及流变性决定了软岩工程的复杂性和难控性,使得软岩工程呈现变形量大,变形速度快,持续时间长,稳定性差等特点。
1 现有的软岩支护技术
1.1 软岩支护技术
软岩工程必须实行人工支护,才能保证其稳定性。软岩工程的技术关键就是控制围岩的稳定。目前,用于软岩工程的支护技术有多种多样,主要有如下一些支护类型:
1.1.1 砌体支护
砌体支护约占我国地下开采巷道支护中的20%,主要材料是料石、砖和混凝土等,这是一种传统的支护形式,应用比较广泛。但是,这是一种刚性材料。为了适应软岩巷道变形大的特点,人们在实践中创造了干砌料石木板圆碹、离壁碹、重缝碹、条带碹和高强弧板等支护形式,收到了较好的效果。
1.1.2 支架支护
支架支护目前的软岩巷道,尤其是承受动压的采准巷道,使用u型钢、槽钢和工字钢制作的可缩支架较多,其断面形状也向多样化发展,如圆形、椭圆形、梯形、方环形、马蹄形及非对称形等。支架间还安设了拉杆和背板,以增加其整体稳定性。有的巷道还进行了壁后充填。
1.1.3 锚喷支护
锚喷支护由于能及时支护巷道,喷层与围岩密贴.适应性强,使用灵活,可有不同的组合,因而越来越多的用于软岩工程。锚杆按材料可分为金属锚杆、木锚杆、竹锚杆、钢丝绳锚杆和有机玻璃锚杆等。其锚固方式有全长锚固和端头锚固,其锚固方法有水泥砂浆、水泥药卷、树脂药卷和机械锚固。喷射混凝土和锚杆相结合,就构成了一般软岩巷道的基本支护形。
1.1.4 联合支护
对于力学性能差或环境条件恶劣的软岩工程,往往采用联合支护的形式。联合支护是采用不同性能的单一支护的组合结构。在联合支护中,各种支护各自发挥其所固有的性能,扬长避短,共同作用,以适应围岩变形的要求,最终达到使巷道稳定的目的。联合支护的形式有锚喷、锚网喷、锚梁喷、锚网梁喷、锚网带喷、锚喷喧、锚网梁喷架等。
1.2 软岩支护的理论
目前,国内外软岩支护理论有两大类,一类是用定性的原则表述的支护理论;另一类是用定量的力学模型研究的支护理论。
1.2.1 定性的支护理论
目前,定性的地压理论主要有新奥法及松动圈支护理论。
新奥法(NATM)是奥地利学者在总结前人经验后提出的一套隧道设计与施工原则, 将其总结为22条。至今为止,新奥法仍是国际上在地下工程设计与施工中占主导地位的权威理论。多年来的实践充分证明了这一点,它提倡的主动支护和柔性支护方法对软岩是有效的,22条原则组成了可用于设计,施工、监测反馈等各种工作的较完整理论体系。各方面都有数条原则较为完整地考虑,在22条中,除其中涉及到最终围岩允许变形量、一次支护时间及确定、 二次支护强度及刚度等问题的的五条原则外,其它17条原则比较容易理解。提法较明确,相当一部分原则可操作性强。
新奥法的不足主要表现在其中的五条原则难以真正理解和掌握。这五条原则为文中的第五、六、七、八及十二条原则。由于新奥法是大量规律性的经验总结,而对规律本质的认识取决于当时岩石力学的发展水平,22条中的一些原则可以用力学原理满意地解释,而上述五条原则尚难做到对原则的说明仍是经验性的。新奥法是50年代~60年展起来的,受当时条件的限制.必然会有某些不足之处,在20年代~3O年后的今天,我们有责任给予补充和完善。
由于难以理解,导致了认识的较大差异,从而导致支护方法也有相当大的不同, 一般对上述5条原则的理解是利用P―U曲线来说明,然而是P―U是何种位移尚不清楚。不论是支架架设前已完成的位移还是架设后产生的位移,都会导致P―U曲线解释的相互矛盾,如将P―U曲线理解为来源于弹塑性模型的推导结果,则由于支护不能承受开挖瞬间形成的弹塑性变形而使解释难以成,为此,建在P―U曲线基础上的“让压理论”尚缺少理论基础“让压”及“应力释放”概念是不合理的。
由以上分析可以看出,新奥法的理论基础是当时的岩石力学理论基础―弹塑性理论,而新奥法的发明者所观察和发现的工程问题已超出了弹塑性问题所能解决的范围,所以一些原则虽可以总结出来,但由于缺乏必要的理论基础,进行充分的合理解释、说明以及正确的计算是无法做到的。众所周知,软岩表现出来的工程特性已超出了简单的弹塑性问题范畴,用传统的新奥法处理软岩支护问题必然带来理论和技术上的不足。
根据围绕开挖空间所产生的松动圈以及松动圈在支护中的作用和地位,提出了软松动圈支护理论,并建立了松动圈大小与支护力大小的经验关系,对解决软岩支护问题起到积极的作用,但由于松动圈是围岩变形与破坏的最终产物,仅从这一最后形式分析问题,不仅难以考虑软岩中出现的各种较为复杂的情况和影响因素,也难以建立较为系统的又有较为严密理论基础的软岩支护理论。
1.2.2 定量的软岩支护理论
定量的支护理论研究的历史实质上是围岩力学模型的研究历史。五十年代以前,围岩的力学模型经历了刚性、弹性和弹塑性发展阶段。代表性的支护理论有:
支护结构与围岩共同作用原理
在软岩体中掘进一条巷道,破坏了原岩应力的平衡状态,巷道能否保持平衡,取决于围岩的物理力学性质和原岩应力的大小。对于坚硬的围岩,巷道周围的集中应力小于其强度极限,巷道不用支护也能保持稳定。对于软弱的围岩,巷道要保持稳定.必须依靠各种形式的支护。根据岩石力学原理,按照弹塑性理论,以在轴对称圆巷为例,支护反力与围岩位移有如下关系:
式中:围岩位移;为软岩粘聚力;软岩的内摩擦角;剪切模量;
为软岩应力;支护反力;巷道或隧道半径;
应力平衡原理
软岩巷道之所以变形量大、难于维护,就是因为在弹塑性边界上,应力不平衡所致。以轴对称圆巷为例,在弹性区,有应力和;在塑性区,有应力和。在巷道围岩处于平衡状态时:
和或()=()
并由此可导出塑性区半径,即:
式中:塑性性区半径;弹性区半径;为软岩粘聚力;软岩的内摩擦角;为软岩应力;支护反力;
由上式可知,塑性区范围的大小,取决于原岩应力、支护反力,以及岩石的、值。如果原岩应力一定,支架反力和岩性指标就是围岩在弹塑性边界上取得平衡的主要因素。塑性区塑性区半径与、、值成正变关系,与成反变关系。塑性区的形式是一个由外到里的渐变过程,提高支架阻力,增加围岩的值,、值,可使巷道围岩的应力尽早取得平衡。如果把塑性圈内的岩石挖掉,就会产生一个更大的塑性圈来平衡弹性区的应力。
岩石流变及流变地压的研究已非常活跃,目前,考虑流变、软化、损伤、断裂、扩容及膨胀耦合作用的围岩力学模型已在国内外文献中较多地出现。但由于存在以下的两个主要问题使得定量的支护理论难以变成实用的可操作的支护理论。
一是考虑了各种因素的本构关系过于复杂,涉及的各种参数甚多,计算本身就已变得非常复杂和困难,而要确定支护力的大小,尚需要强度理论或稳定准则,复杂条件下的强度理论或稳定准则目前研究尚很不充分,所以难以将力学模型用于支护力的大小设计。
二是目前建立的模型尚难考虑支护过程和围岩变形过程,如支护设计时首先需考虑需不需要支护,然后再考虑何时支护及用多大的力去支护,而象现有的流变模型只有稳定蠕变和不稳定蠕变两种模型,支护的边界力实质上是作为“已知”力给定的,获得设计与施工所需的支护时间、强度、刚度等方面的有用信息。
所以,现有的定量支护理论既不能像新奥法那样直接可以指导软岩支护的设计与施工的各个环节,也不能确定支护力的大小。
2 适用于软岩的支护理论
适用于软岩的支护理论必须具备以下两个基本的条件:
(1) 要建立起象新奥法那样便于设计与施工的具体的指导原则。
(2) 必须要考虑软岩的主要特性(如大变形、流变、膨胀等)来建立力学模型并通过稳定准则,求解出最大支护力和最大的围岩允许变形量。
由于新奥法大部分内容的科学性,条件(1)决定了软岩支护理论必然是对新奥法的修正和完善,而条件(2)决定了软岩的力学模型应该为(大变形)非饱和粘弹塑性模型(注:考虑膨胀问题及膨胀过程必须运用非饱和岩土力学),也即通过深入研究非饱和粘弹塑性岩石和围岩的变形和破坏机理,对新奥法的原则进行修正和完善,再通过建立非饱和和粘弹塑性体的稳定准则求出支护力和围岩变量。
目前,岩石流变学的研究尚不充分,非饱和土土力学建立不久,非饱和岩石力学方面的研究还刚刚开始,软大变形方面的研究已做过一些工作,所以,要形成一套完整的成熟的软岩支护理论尚需做大量的基础性工作。
3 软岩支护理论研究中的几个基础性问题
3.1 围岩变形机理的研究
支护是一个过程,要使这一过程与围岩的变形过程相协调,必须充分而又深入地研究围岩的变形机理,也只有在此基础上,才能真正弄清新奥法一些原则的本质。过去,人们对岩石(块)的变形机理研究较多,而对围岩的变形机理研究不够深入,只是过多地集中在围岩表面收敛的研究方面。仅以围岩流变过程而言,若开挖形成的围岩处于粘弹性,则围岩通过流变要经历从弹性―塑性―破坏―失稳等一系列过程,在这一过程中,围岩内部的应力场、位移场及强度都将会发生复杂的变形,不了解这一过程,就无法确定合理的支护时间:再如,围岩的膨胀过程一定是强度不断变化的与流变耦合的一个过程,而且围岩内部有水、围岩周边供水和围岩里外都无水等各种情况下的变形过程将有很大的差异。
通过对岩石的蠕变机理、围岩的蠕变机理的理论研究和室内相似模型研究的进一步研究,初步得到了以下的结论:
(1)及时地提供足以使围岩形成稳定蠕变的支护力,并使围岩尽快形成压缩环,即达到安全的目的。
(2)采用可压缩性恒阻支护,同时设计支护力为刚好满足围岩进入稳定蠕变的支护力,从而达到最经济的目的。
3.2 围岩稳定性准则的研究
建立围岩的稳定性准则是分析围岩变形机理及将力学模型应用于实际支护设计的前提,需进一步加强这一项基础性研究工作。给出了稳定蠕变准则,给出了膨胀稳定准则,但流变与膨胀耦合作用下的大变形围岩稳定准则的研究目前尚未开展。
3.3 力学模型的研究
软岩支护理论最终所要建立的是(大变形)非饱和粘弹塑性模型,但由于非饱和岩石力学尚未建立,所以最终模型的形成尚需相当长的研究过程,但由于工程实际的迫切需要以及建立模型总是经历从简单到复杂,再从复杂到简单的过程,所以,抓住主要影响因素,建立较为简单的近似模型是当前软岩力学模型研究应加强的一项工作。通过研究蠕变与弹塑性变形之间的相互关系及围岩流变的机理,将一个复杂的粘弹塑性问题转化为简单的弹塑性问题来近似求解,这一模型可求出工程上所需的最小支护力及围岩最大允许变形量。
4 结 论
(1)目前软岩支护理论研究落后于软岩支护技术的研究,应进一步加强软岩支护基础性理论研究工作。
(2)由于受当时岩石力学发展水平的限制,新奥法尚存在不足之处,应该运用现代岩石力学理论加以修正和完善。
(3)软岩支护理论等于修正新奥法等于(大变形)非饱和粘弹塑性(力学机理+力学模型)。
(4)要加强围岩变形机理,稳定准则及力学模型等支护理论中的一些基础性研究工作。软岩工程分析和支护设计中一个十分重要的概念就是围岩―支护相互作用原理,由软岩的应力―应变―时间关系出发,寻求工程问题的解析解和数值解,这始终是一项广泛进行并在继续开展的重要研究内容。
参考文献:
[1]米勒,新奥法的基本思想和主要原则,地下工程,No 6,1980
[2]范秋雁,论软岩支护中的让压技术.矿山压力与顶板管理,No3,1993
[3] 董方庭,松动圈软岩锚喷支护理论和技术,中国煤矿软岩巷遭支护理论与实践,中国矿业大学出版社,1996
[4]刘雄,岩石流变学概念,地质出版社,l994
关键词:钻探技术;隧道工程;地质勘察
中图分类号:U45文献标识码: A
引言
地质钻探技术是保证我国社会建设与经济发展不可或缺的重要技术之一,进一步的提高地质钻探的技术水平,明确地质钻探技术的发展方向,将对我国的社会主义现代化建设起到良好的推动作用。
1、钻探技术的意义和作用
钻探技术是一门历史相对比较悠久的专业,同时也是人类生存与发展的过程之中必不可少的一门基础性科学。我国幅员辽阔,矿产资源的储量较大、种类繁多,近些年来,逐渐发展的钻探技术为我们国家的经济发展做出而来巨大的贡献。钻探技术所涵盖的范围相当的广泛,其中也包括了对隧道工程进行相应的勘查,额可以说是对于人类进行勘察以及对于地下开采来进行勘测等等,对人类的生产与生活有着十分关键的影响。可以说,人类社会的发展根本就无法离不开钻探技术的支持,钻探技术的发展速度在很大程度上来影响着社会与经济的可持续发展。所以,怎么令地质钻探技术的发展适应新形势的各项要求,对于地质工作起到很大的支撑作用,同时也是现阶段地质钻探技术面临的新挑战。
2、钻探技术的应用现状
与国外先进技术相比,我国的钻探技术水平相对比较低。钻探施工采取的立轴式钻机大部分是二十世纪八十年代的设计,历史比较悠久。全液压动力头钻机主要是进口的,我国自己发明的也已问世,但是还没有得到广泛的应用。在钻探工艺方面,一些高效的方法没有得到全面的普及,比如金刚石绳索取心钻进方法和不提钻换钻头方法等等。液动锤钻进的方法虽然具有很多的优点,但是在恶劣的泥浆环境下使用时,其寿命会大大降低。空气反循环取样钻进方法不仅效率高,钻探成本也很低,但是由于地质工作者对其认识还不够,实际工作中应用非常少。
总体来说,我国的钻探技术水平不够高,大大影响了地质调查的工作效率
3、钻探在隧道工程地质勘察中的应用
3.1、施工准备
在洞外钻机检修完毕之后,将其置于运输车辆上进洞,在钻探施工之前,依据所选钻机的钻探平台或作业场地得要求进行搭设钻探工作平台,并且还得相应的做好平台准备;现场钻探材料: 止水闸阀备齐、锚固剂、快硬水泥、麻丝、孔口管,做好的材料的准备;水管线现场连接、高压风、钻机用电就位,做好动力的准备;钻机及所有配套设备在运行调试完毕之后,做好开孔准备。又特别的指出在地质条件比较差的时候,为了有效地预防在钻探的过程之中发生突泥突石、大规模的涌水而使得掌子面失稳崩塌,掌子面就得需要施工混凝土止浆墙来进行封闭,在必要的时候,掌子面附近临时仰拱封闭,来充分的保障钻探施工的安全性,进而避免发生地质灾害。
3.2、开孔施工
(1)测量标定孔位
钻机就位、设备运行调试完毕后,开钻前,测量的技术人员测放出标高、掌子面中线及拱部的控制点,现场技术人员依据预先设计的钻孔位置、角度(偏角、立角) 采用地质罗盘仪、铅锤及钢尺相互配合着定出孔位以及相应的角度,并且使得钻头段和主动杆保持在同一方向将孔位对准,之后再将钻机定位,做好开孔的准备工作。
(2)开孔
在钻机定位之后,充分的集合围岩的实际情况来进行选用适宜的钻头(常用φ108钻头开孔) 开孔在2m~5m之间。
(3) 孔口管的安装
孔口管依据其所选钻机配套钻头的大小来进行配套加工,常用钻头直径是76,91,所以一般采用的是108无缝钢管来将其作为孔口管,通常是2.0m长,在围岩较差的地段就可以适当的增加加长孔口管,来充分的确保锚固止水的效果。孔口管的管身缠绕几道麻丝来进一步封堵岩壁间与孔口管之间空隙,孔口管底部采用的是锚固剂封堵大约在10cm~15cm之间。在洗孔之后,孔壁用高压水来进行冲洗,之后再拌合快硬水泥成糊状,塞到孔内,需用的水泥大约是半包,将孔口管对准孔口放到孔内,外置的钢板得将孔口法兰盘保护好,之后再用钻头冲击顶推孔口管到孔内预定的深度,顶推的过程之中先装入孔内的快硬水泥因为受到挤压从孔内沿着岩壁间与孔口管空隙返出,从而也就额可以完全的填塞周壁中的空隙,将孔口管周壁紧紧包裹,再加上几道麻丝的膨胀封堵,孔口管基本上不会发生跑浆漏水的现象。
(4)孔口管锚固与加固
用性能良好的锚固剂来将掌子面与孔口管接触带锚固密实,进而就可以充分的强化锚固效果,有效地预防下一步钻探施工之中发生高压涌水的现象,使得后期注浆或侧壁漏水施工之中跑浆。在掌子面打设锚杆并且锚杆与连接钢筋将孔口管焊接牢固,进一步的加固孔口管,防止高压涌水将其从孔中拔出意外的发生。
3.3、钻探施工
(1)钻孔
等到锚固2h之后,在孔口管上来安装φ100闸阀,并且将垫片安设好,拧紧螺栓,根本目的就是在出水时可以及时的关闭,真正的做到可控可防。换91或76钻头开始钻进,钻机得由具有经验丰富的专职钻机操作手操作。
(2)换孔或结束钻探
在钻孔的设计深度达到之后,经过技术人员检查合格之后,立即停止钻进,钻杆撤出,该孔钻探施工完成,换孔定位或结束钻探施工。
4、钻孔质量保证措施
为了可以充分的将工作效率提高,将地质钻探占用开挖工作面的时间缩短,就可以充分的采用回钻取芯钻与冲击钻相结合的方式。依据物探法与地质调绘结合判断出的围岩危险区域决定是采用回转取芯钻还是冲击钻。冲击钻的速度也是相对比较快,但无法将岩芯取出,我们就只能通过一部分可接指标来进行判断隧道工作面前方的围岩变化情况,这样一来也就会加大对围岩分析的难度;回转取芯钻速度慢,其占用的施工时间太多,但是可以精确、直接性的对前方围岩进行分析与研究。怎么有效的选择钻探方法还得依据其实际的情况专门的来研究而决定。
4.1、采用系统的钻探程序
(1)测量布孔
在施钻之前按照孔位的设计图来设计的位置用经纬仪或全站仪精确的测量放线,将开孔孔位用红油漆标注在开挖工作面之上。
(2)设备就位
孔位布好后,设备就位,将各动力电源与供水、供风管路接通好之后,安装电路得由专业的电工来进行操作,确保安全,供风管路要连接紧密,没有漏气的情况。
(3)成孔验收
施钻满足设计要求,经现场技术人员确认签收后方可停钻终孔。
4.2、控制钻进方向
(1)钻机定位完毕后,对钻机进行机座加固,使钻机在钻进过程中位置不偏移,做到钻孔完毕钻机位置不变。在钻进过程中应定期检查机器的松动情况,及时调整固定。
(2)对钻具的导向装置尽可能加长,并且选用刚度较强的钻杆,从而提高钻具的刚度,减少钻具的下沉量,达到技术的要求。不得使用弯曲钻具。
(3)当岩层由软变硬时应采用慢速、轻压钻进一定深度后,改用硬岩层的钻进参数。钻进中应减少换径次数。
结束语
钻探技术在隧道工程地质勘查之中的作用十分的关键,同时也是隧道工程地质勘查的重要方法。随着隧道工程施工的逐步深入,需要在施工过程中采取有效方法,对前方不良地质灾害进行准确的超前预报,以便及时地修正开挖和支护设计方案,避免施工事故发生。
参考文献
[1]闫昌波.工程地质勘察中钻探技术的选用[J].黑龙江科技信息,2013,35:29.
关键词:暗挖隧道地下水危害治理
中图分类号: U45 文献标识码:A
引言
目前,无论是在隧道建设过程中,还是在建成后运营维护阶段,地下水的治理一直是一个老大难问题。如何查明地下水分布规律、经济、合理的处理好地下水问题,往往关系到隧道工程的成败。
1、地下水对隧道工程的作用
地下水不但影响隧道工程的施工,对隧道结构产生危害,降低衬砌结构的可靠性,导致衬砌失稳破坏,而且还会引起其他隧道病害,影响隧道正常使用是的安全。当隧道通过松散岩土,岩溶裂隙发育或断层破碎带时,往往与区域地下水和地表水有一定的水力联系。
2、地下水的危害
就隧道事故而言,地下水在隧道工程地质问题的发生过程中起到至关重要的作业,地下水活动和作用往往是形成隧道事故的主要因素,大量的灾(难)害性事故的发生,大都是由于地下水作用触发和诱发的。地下水对工程的危害主要包含以下几项:
2.1地下水对于工程安全的危害
(1)降低围岩的稳定性,对软弱质围岩、松散破碎围岩影响尤大;
(2)降低围岩的承载力,导致结构变形失稳;
(3)高承压力增加结构的外部承载力,导致结构变形失稳;
(4)地下水若与地表、地下水体水系联通,可导致隧道结构大面积受淹,导致人员伤害、机械损坏、结构成品破坏;
(5)开挖初支过程失水导致围岩失水固结,引起地表及建筑物沉降,失水过程如带出泥砂,极有可能导致坍塌等重大安全事故;
(6)运营期间隧道结构尤其是拱部渗漏水滴至机车牵引接触网会导致列车运行安全事故。
2.2地下水对于地下工程质量的危害
(1)地下水发育导致初支喷射砼、商品砼质量降低,隧道结构强度降低;
(2)强、中风化地层初支与基岩不密贴时地下积水可导致隧道结构上浮;
(3)地下水如果对砼、钢筋有腐蚀性将降低甚至破坏隧道结构的质量;
(4)结构渗漏水的治理一直是南方地区地下工程施工的重点和难点。
2.3地下水对于地下工程施工进度
(1)对于地下水发育的地段必须增加预注浆或预降水等措施,一般都会增加施工工期;
(2)地下水的存在直接降低开挖、初支、二衬施工的工效;
(3)结构完工后渗漏水治理将影响隧道的竣工交验。
2.4地下水对于地下工程文明施工的危害
(1)如地下水未得到有组织引排,将导致隧道内积水泛滥成灾、泥泞不堪;
(2)初支、二衬渗漏水导致隧道内作业环境变差。
2.5地下水对于地下工程建设成本、运营成本的危害
(1)开挖初支过程增加地下水处理费用;
(2)二衬结构完成后增加渗漏水治理费用,且该笔费用往往很难预控,占工程后期缺陷处理投入的90%以上;
(3)地下工程渗漏水治理是一个长期、反复的过程,即使到了运营阶段也难以避免,甚至有些运营10余年,治水还在继续,治水是一项艰巨、成本不可控的工作。
3、地下水的治理
地下水的治理方法有很多种,主要有:堵水、排水、截水、降水、冻水等方法,有时是单独使用,有时结合使用。隧道施工地下水治理方法应综合的考虑地层岩性、隧道埋深、地区岩溶情况等因素,必须结合隧道穿越地区实际情况合理选择。
3.1 堵水
使用的情况:工程承包合同、设计文件要求堵水,隧道周边对沉降控制要求高且不允许排水、富水地层地质自稳性必须注浆加固兼堵水。
堵水的方法:洞内全断面深孔注浆、上断面深孔注浆、长管棚周边注浆、袖阀管注浆、超前小导管注浆、TSS小导管注浆、地面旋喷桩、搅拌桩施工、钢花管注浆等。
3.2 排水
使用情况:工程承包合同、设计文件无明确要求、周边环境对沉降要求不高、为保证施工安全质量要求临时性排水,地下排水应有组织引排、按计划引排。
排水的方法:隧道两侧设置排水沟,如隧道开挖方向为下坡,在掌子面5~10m处设置临时集水坑,将掌子面围岩含水及后方结构渗漏水引至集水坑后,用自动潜污泵及时排至洞外;如隧道开挖为上坡,直接通过排水沟排至隧道最低点,再用潜水泵排至洞外,地下水应有组织引排,尤其在掌子面附近的地下水要避免排水沟靠近拱脚,避免地下水长时间浸泡初支基岩。
3.3 降水
使用情况:周边环境条件允许降水,地表和洞内有降水施工作业条件。(如图一所示)
降水的方法:一般地表轻型井点降水、井点降水、洞内井点降水,降水成败与井点布置、井点大小、降水井的保护密切相关,降水井深度一般较隧道开挖面深5~10m,降水深度应低至隧道开挖面以下0.5~1m,降水井布置一般沿线路中线、隧道两侧各布置一排,采用小孔径、低密度降水效果会更好。降水过程必须加强周边管线及建筑物的监测,如发现异常必须立即停止降水,并在靠近建筑物及管线一侧增设回灌井。
图一 PVC管外包裹过滤
3.4 隔水
使用情况:地表不具备全范围注浆堵水、全范围堵水成本太高、受影响的建(构)筑物在隧道一侧,可采用止水帷幕进行隔水处理,以减少失水漏斗范围。
隔水的方法:搅拌桩、摆喷桩、旋喷桩(单管旋喷、双管旋喷、三管旋喷)、钢花管注浆、袖阀管注浆等,在隧道开挖周边形成隔水帷幕,隔水桩可设计为2~3排咬合桩,隔水桩深度一般较隧道开挖底面深5~10m。
3.5 冻水
使用情况:采用冷冻法临时固结地下水及增强临时性增加围岩自承能力,在部分软弱富水地层采用注浆效果较差时,可采用冻结法阻水,或冻结法与压注法结合使用,冻结法成本较高,安全风险较大。
4、暗挖隧道受地下水危害的工程案例
深圳地铁某暗挖隧道区间因受地下水影响,在隧道开挖过程中造成掌子面失稳,引起地面坍塌。
4.1工程地质
隧道拱顶埋深25.4m,拱顶以上覆盖层从下往上依次为:微风化~中风化粗粒花岗岩、砂土状强风化、硬塑状砾质粘性土、透水性强的砂质粘性土、粘土、粉砂、粘土、淤泥、填砂等,各地层分布不均。
4.2水文情况
该段设计地下水为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。隧道内易形成较多积水。局部地段裂隙水较丰富,工程地质条件较差。地表水主要受临近河流及潮汐影响。地下水补给主要来源于降水,并接受海水侧向补给,地下水与海水具有密切的水力联系。
4.3原因分析
4.3.1造成隧道掌子面坍塌的主要原因是:
(1)地层含水丰富,隧道开挖过程失水较多,隧道初支成型后基面仍有较多渗漏水点,围岩失水固结是造成掌子面坍塌的主要原因,且由于隧道上覆土无隔水层,主要为透水性强的砂质粘性土;
(2)该段隧道拱顶基岩呈减薄趋势,虽然设计地勘文件显示拱顶以上微风化花岗岩埋深3.7m,但实际该区域地质差、情况复杂,基岩起伏变化大,潜在施工风险很大。
(3)地质差异较大,地勘确定为Ⅲ级围岩,微风化,基岩拱顶覆盖3.7m,现场实际约1m,地质资料与实际存在较大差异。
4.3.2处理措施
(1)清理距离掌子面30~50m的积水和淤泥,再利用木板、砂袋铺设施工道路,延伸至掌子面塌方体处。
(2)堆码砂袋初步封堵掌子面,然后再挂设钢筋网片、填塞格栅、喷射砼全封闭掌子面50~80cm厚,保证其刚度和稳定性。并在拱顶塌方处埋设注浆钢管,用于后续对拱顶以上土体进行注浆加固。
(3)对靠近掌子面10m范围的初支进行复喷。
(4)掌子面封堵稳定后,从预埋的注浆管(需要时重新钻孔)进行双液浆回填压密注浆加固。
(5)处理过程中对隧道拱顶、收敛加密监测,洞内地表安排专人进行巡视。
(6)对掌子面前方地质进行补勘,根据补勘和详勘资料,研究确定此段隧道下一步支护措施。
5、总结及思考
5.1施工前,要通过钻孔勘探,准确预报施工前方的工程地质和地下水情况,在围岩发生变化时,及时调整施工措施。
5.2根据设计要求和超前地质预报结果,并以“堵截为主,排引为辅”的原则,对富水软弱破碎围岩隧道采用深孔注浆工艺进行注浆止水,或者通过其他工艺方法减少地下水对隧道施工的影响。
5.3软弱围岩隧道开挖支护施工中严格遵循“二十一字原则”,即按照“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”组织施工。
5.4 有针对性的编写暗挖隧道施工应急预案,并储备足量应急物资。
6、结束语
近年以来采用暗挖法修建地下工程越来越多,如何处理好隧道建设与地下水的关系是可持续发展的需要,也是工程建设发展的需要。为有效缓解因受地下水影响产生不良反应,在工程建设地下水处理过程中必须遵循“防、排、截、堵结合,因地制宜,综合治理”的方针,结合施工环境的承受能力和施工成本等诸多方面的因素,预先控制隧道涌水量,保持地下水环境的相对平衡。
参考文献
在私营企业、港澳台侨独资企业、民营科技企业以及其他非公有制经济组织中从事专业技术工作的人员和在市、县人才交流中心实行人事的专业技术人员,均可申报评审相应的专业技术职务任职资格.
二、基本条件
1、助理工程师(初级职称):大学本科毕业后从事本工作满半年以上;大学专科毕业后从事本专业工作满一年以上;中专、高中、初中毕业后担任员级职务三年以上。
2、工程师(中级职称):大学本科毕业后,担任助理级职务满三年以上;专科毕业后,担任助理级职务满四年以上;中专、高中毕业后担任助理级职务满五年上。
3、高级工程师(高级职称):大学本科毕业后,从事本专业技术工作10年以上,取得中级职务任职资格,并从事中级职务工作5年以上;参加工作后取得本专业或相近专业的大学本科学历,从事本专业技术工作10年以上,取得中级职务任职资格5年以上。
三、材料要求
为了保证申报材料的真实性,凡涉及申报对象的学历、专业年限、考试成绩、任职年限及本人的工作能力和主要业绩、奖惩情况,须由申报单位核实后,按规定的要求提交以下主要材料:
1、《专业技术职务评审表》(中、初级一式二份)、附件表(一式一份);
2、上一年度的《专业技术人员考核登记表》;
3、专业论文和业务工作总结;
4、其它能反映本人工作能力和重要业绩的相关材料;
5、《专业技术人员水平能力测试合格证》;
6、一寸免冠彩照5张、身份证复印件2份、最高学历证书复印件2份。
四、评审专业类别