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摘要：隨著生產(chǎn)建設(shè)的發(fā)展，巖溶地區(qū)工程建筑日益增多，所遇到的巖溶工程問(wèn)題也日趨迫切，特別是在巖溶地區(qū)修建鐵路，如果沒(méi)有對(duì)巖溶發(fā)育特征進(jìn)行研究，沒(méi)有適當(dāng)采取措施，往往在施工時(shí)會(huì)發(fā)生許多事故，甚至嚴(yán)重危害運(yùn)營(yíng)。本文以襄渝II線新趙加壩隧道為例，從巖溶地下水涌水原因的分析、巖溶地下水的調(diào)查、排水系統(tǒng)的布置入手，探討隧道內(nèi)巖溶地下水的整治，為今后類似隧道的施工提供借鑒作用。...

 新趙家壩隧道巖溶地下水整治方案探討

黃道軍

（陜西西咸新區(qū)發(fā)展集團(tuán)有限公司  陜西西安  710000）

     一、工程概況

新趙家壩隧道位于四川省萬(wàn)源縣花樓鄉(xiāng)，為鐵路隧道，全長(zhǎng)3200m，各級(jí)圍巖分布情況為：Ⅱ級(jí)圍巖1900m，Ⅲ級(jí)圍巖130m,Ⅳ級(jí)圍巖265m,Ⅴ級(jí)圍巖905m。屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候，溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，冬季嚴(yán)寒，夏季炎熱；具有春早夏長(zhǎng)，秋雨連綿，冬暖多霧的特點(diǎn)，多年平均降雨量為1135.5mm，主要集中在5～9月份，占全年降雨量的70%，地表水較發(fā)育，洞身通過(guò)地層巖性多為三疊系T1j、T1f灰?guī)r夾白云巖，以及二疊系P2c、P2w、P1m、P1q+l灰?guī)r，地表巖溶形態(tài)十分豐富，并分布有溶溝溶槽、落水洞、漏斗等地質(zhì)形態(tài)。隧道穿過(guò)可溶巖地層，先后揭示2處較大規(guī)模巖溶地層。在洪水期巖溶水涌入隧道，給施工造成極大損失和危害。

二、巖溶隧道涌水的原因分析及特征

    巖溶隧道涌水是因?yàn)樗淼涝诘叵陆衣稁r溶水系統(tǒng)通道（包括溶洞、溶隙等）并與巖溶地下水系統(tǒng)產(chǎn)生耦合碰撞的必然結(jié)果。巖溶區(qū)巖溶地下水系統(tǒng)按其含水介質(zhì)及水流特征，一般分為兩種類型，一是地下河系統(tǒng)，二是巖溶泉系統(tǒng)。巖溶地下河系統(tǒng)的特征為地下水流集中于地下通道或管道，具有紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有時(shí)具有河流特征，其動(dòng)態(tài)變化受當(dāng)?shù)亟邓�影響明顯，具有河水快漲快落的特點(diǎn)。巖溶泉系統(tǒng)的特征為地下水分散于巖溶裂隙及小型管道之中，以層流運(yùn)動(dòng)為主，其動(dòng)態(tài)變化較地下河平穩(wěn)，含水介質(zhì)中可以發(fā)育成滲透性大的強(qiáng)徑流帶，但不具備地下河形狀。在巖溶隧道施工中時(shí)，應(yīng)判斷水源是巖溶泉系統(tǒng)還是地下河系統(tǒng)，后者才是造成重大和特大涌突水的根源。

    三、巖溶水對(duì)隧道工程的影響

    隨著生產(chǎn)建設(shè)的發(fā)展，巖溶地區(qū)工程建筑日益增多，所遇到的巖溶工程問(wèn)題也日趨迫切，特別是在巖溶地區(qū)修建鐵路，如果沒(méi)有對(duì)巖溶發(fā)育特征進(jìn)行研究，沒(méi)有適當(dāng)采取措施，往往在施工時(shí)會(huì)發(fā)生許多事故，甚至嚴(yán)重危害運(yùn)營(yíng)。

    巖溶地下水對(duì)隧道工程影響有以下幾個(gè)方面：

1、由于大量巖溶水的存在，在隧道施工過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)涌水、突泥等災(zāi)害性事故，會(huì)給隧道施工帶來(lái)淹沒(méi)坑道、毀壞機(jī)具等危害，造成人員傷亡、中斷施工，并會(huì)造成地表塌陷、沉降變形，嚴(yán)重影響地面建筑物安全，使地下水位下降，影響周圍生態(tài)環(huán)境。

2、隧道穿過(guò)巖溶區(qū)，隧道周圍地下水很豐富，給隧道防排水帶來(lái)困難；

3、巖溶地下水一般具有侵蝕性，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)、防排水工程等的侵蝕作用不可忽視；

4、隧道穿過(guò)巖溶區(qū)，需要采取“引、堵、越、繞、排”等處理措施，此外，處理后的隧道襯砌背后往往會(huì)存在空洞等不密實(shí)現(xiàn)象，給隧道防水防凍和結(jié)構(gòu)安全埋下隱患。

    新趙家壩隧道施工中揭示1#、2#巖溶暗河后，雨季來(lái)臨后出現(xiàn)2次較大涌水，造成洞口施工場(chǎng)地被毀，洞內(nèi)裝碴設(shè)備受損，施工中斷近兩個(gè)月，施工進(jìn)度受到嚴(yán)重的影響。

    四、巖溶水整治方案

    1、巖溶水整治原則

    隧道防排水必須遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則。一般情況下，除對(duì)周邊地表環(huán)境有特殊要求的采用堵水措施外，其它情況宜采用防、排、截、堵等措施。由于巖溶及巖溶水的發(fā)育在宏觀上有一定的規(guī)律性，但從微觀上有許多不確定性，因此造成堵水困難、代價(jià)高、風(fēng)險(xiǎn)大、效益相對(duì)較差。由于巖溶地下河系統(tǒng)具有自然的排泄通道，隧道施工揭示巖溶暗河管道水僅需要改變其排泄途徑，對(duì)地表的影響甚微，筆者認(rèn)為采用加強(qiáng)排水處理較為合適；對(duì)于巖溶泉系統(tǒng)類的地下水處理采用“以堵為主、排放結(jié)合、限量排放”較為合適。

    2、巖溶水水量的調(diào)查

    地下巖溶及巖溶水發(fā)育規(guī)律極其復(fù)雜，按現(xiàn)有的手段和方法要查清楚是比較困難的。新趙家壩隧道的歷次涌水情況也證實(shí)了這一點(diǎn)，巖溶水量的變化也相當(dāng)大。其隧道涌水量的大小，決定了相應(yīng)的排水系統(tǒng)的規(guī)模、布置、過(guò)水結(jié)構(gòu)的大小等，即決定著工程的安全及工程投資。在進(jìn)行方案比選前，應(yīng)仔細(xì)、詳實(shí)地收集資料，調(diào)查巖溶水水量。針對(duì)新趙家壩隧道工程，從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了巖溶水調(diào)查：

   （1）調(diào)查巖溶發(fā)育區(qū)范圍及巖溶暗河的上下游情況。從上游兩級(jí)巖溶平臺(tái)的面積及下游河流巖溶的調(diào)查分析表明，新趙家壩隧道的巖溶水是十分豐富的，且在河邊有明顯的巖溶通道，通過(guò)連通試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1#暗河與河流直接相通。

   （2）建立完善有效的洞內(nèi)涌水觀察記錄。新趙家壩隧道在揭示1#暗河后開始建立起水量觀察記錄，雨季來(lái)臨后，降雨半天后洞內(nèi)水量逐漸增大，經(jīng)過(guò)一個(gè)雨季后，降雨1-2小時(shí)后洞內(nèi)很快達(dá)到較大涌水量。

   （3）與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T聯(lián)系，收集當(dāng)?shù)貧庀筚Y料。

   （4）在旱季時(shí)充分調(diào)查暗河的形態(tài)及斷面大小，根據(jù)其過(guò)水?dāng)嗝婧圹E，推算分析溶洞內(nèi)可能的涌水量。

    3 、排水系統(tǒng)布置

   （1）利用暗河自然通道排水

1#巖溶暗河與隧道基本正交，位于隧道底下3m左右，其特點(diǎn)是：暗河通道洞壁完整；溶洞底沉積物相對(duì)較少；巖溶地下水基本通過(guò)自然通道排泄；下游排泄距離短。通過(guò)連通試驗(yàn)，在河邊發(fā)現(xiàn)了暗河口，距離約800米。基于此，采用清理疏通施工影響范圍的巖溶管道、設(shè)涵恢復(fù)巖溶水排泄通道的方案。涵洞孔徑按巖溶管道最小斷面控制，按有壓涵管設(shè)計(jì)，暗河前后50m范圍隧道襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)加強(qiáng)。

   （2）新增人工通道排水

    2#巖溶暗河涌水量大、涌水點(diǎn)分散，根據(jù)歷次涌水情況統(tǒng)計(jì)，1#、2#巖溶暗河具有一定的水力聯(lián)系；涌水點(diǎn)多(兩暗河之間有2～3個(gè)涌水點(diǎn))；隧道內(nèi)揭示的暗河無(wú)明顯排泄通道，向河邊發(fā)育后，逐漸變小成為溶縫。針對(duì)2#巖溶暗河的特點(diǎn)，對(duì)巖溶地下水采取“先匯集，再引排”的治理思路。

    匯集巖溶水，目的是完善隧道內(nèi)巖溶暗河段截水、集水、排水系統(tǒng)。在隧道左側(cè)設(shè)置集水廊道，一方面匯集2#巖溶暗河的地下水，另一方面截排巖溶水。集水廊道斷面尺寸為3.5 m×3.5 m，鋼筋混凝土襯砌，洞壁預(yù)留100mm泄水孔，間距1m，梅花形布置。集水廊道通過(guò)兩孔涵洞與隧道左側(cè)的泄洪通道和2#溶洞暗河相連，將巖溶水匯集于2#溶洞內(nèi)。設(shè)泄洪通道目的是保證及時(shí)引排巖溶水，避免隧道范圍巖溶水排泄不暢，影響隧道結(jié)構(gòu)，甚至危及施工安全。泄洪通道斷面及襯砌同集水廊道，泄水涵洞采用孔徑3.5 m的有壓涵洞。

    匯集后的巖溶水可通過(guò)增設(shè)的泄水涵洞引排至隧道外的河邊，形成完整的排水系統(tǒng)。

   （3 ）泄水涵洞斷面的選擇

    泄水涵洞斷面除滿足排水量的要求外，還需滿足施工作業(yè)的要求；在襯砌材料方面，還須滿足抗沖刷的要求；對(duì)于含泥量大的巖溶水，尚應(yīng)考慮防淤積的排水流速。近年來(lái)的隧道施工總結(jié)資料顯示：泄水洞長(zhǎng)度大于500m時(shí)，應(yīng)滿足小型機(jī)械施工要求，其斷面不宜小于3.0m×3.0 m；一般選用的襯砌混凝土，其臨界不淤積流速根據(jù)巖溶水中含泥量，其流速一般不小于3.5 m/s。針對(duì)新趙家壩隧道的實(shí)際情況及水量計(jì)算公式反算，泄水涵洞斷面選用3.5 m×3.5 m，襯砌材料采用C20混凝土，流速不小于6.0 m/s，且斷面允許流量較調(diào)查流量有一定的安全儲(chǔ)備,滿足排水的要求。

    五、注意事項(xiàng) 　　

    隧道巖溶地下水整治時(shí)，特別應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

    1、施工中揭示出巖溶暗河水后，宜按以防、排為主的原則進(jìn)行處理，但由于隨著暗河通道上游充填物的不斷流失，管道被洗通，吸附影響范圍加大，后期水量還可能增大，在利用人工構(gòu)筑物引排及選擇過(guò)水?dāng)嗝鏁r(shí)，應(yīng)考慮過(guò)水能力有足夠的富余量，以作為安全儲(chǔ)備。

    2、采用恢復(fù)自然暗河通道排水的方案時(shí)，宜對(duì)暗河通道做仔細(xì)調(diào)查和觀測(cè)，通道應(yīng)具有完整洞壁、沉積物少、下游流程短等特點(diǎn)，同時(shí)宜預(yù)留排泄不暢時(shí)的補(bǔ)救條件。

    3、泄水洞過(guò)水?dāng)嗝妗⑵露鹊鹊拇_定，除考慮過(guò)水能力外，尚應(yīng)充分考慮施工作業(yè)要求以及防沖刷、沖淤等的要求。

4、施工中對(duì)于水害的防治，特別需強(qiáng)化洞口排水系統(tǒng)的處理，避免洞內(nèi)涌水影響洞口場(chǎng)地及洞口其它建筑物，造成不必要的損失。

 六、結(jié)束語(yǔ)

     新趙家壩隧道1#、2#暗河通過(guò)利用暗河自然通道排水和新增人工通道排水對(duì)巖溶地下水進(jìn)行整治，在隧道施工過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)涌水、突水等災(zāi)害性安全事故，取得了較好的效果，達(dá)到了安全、快速、穩(wěn)妥的施工要求，為今后類似隧道的施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和借鑒作用。

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)    文徑網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目投資中心：劉紅娟 尹維維 編輯   劉真 文徑 審核)

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