小净距隧道富水破碎区段防排水施工技术研究

小净距隧道富水破碎区段防排水施工技术研究

山东省路桥集团有限公司山东济南250021

摘要:随着“一带一路”的提出与不断发展,引水隧洞和隧道等各种地下工程建设日益增加。修建过程中出现了不同的问题,例如,工程场地的地质,水质多样化,很难改善,增加了防排水技术的难度。在一些场地的深层中若处理不当,会出现涌沙、涌泥等地质灾害,处理不好会导致工期延误、经济损失、环境破坏,乃至威胁到人们的生命安全。在富水破碎区问题尤为严重,解决排水施工技术难题尤为重要。时代的进步,防排水问题的多样化,让我们意识到解决方式也需要多样化,针对不同的形式,需综合采用不同的技术手段。本文主要介绍的是在小净距隧道中富水破碎区域的防排水施工技术的根本原因和解决方案。

关键词:小净距隧道;富水破碎区;排水施工

引言

随着高速公速的快速发展,我国在公路隧道技术及数量上都达到世界领先水准。针对富水破碎区,工程技术人员对此处做了大量研究。采用超前地质钻探或其他探测手段,提前了解开挖面前方的地质、地下水情况后,针对不同的围岩条件、水文环境,应从经济、环保、安全、技术等方面综合考虑,对排水、堵水等手段进行综合比选,选用适宜的手段对富水破碎区进行工程处理。例如,对隧道内的高压富水层的层面破碎可以采取超前的注浆系统,如采用超前小导管注浆或超前管棚注浆,封堵围岩裂隙孔洞,从而降低了地下水渗透的密度,减缓地下水的减少,预防突水、突泥等灾害的发生,保证了施工现场的安全和施工人员的安全,减少经济和环境的损失。采用超前的注浆系统是对周围岩石的加固和对防止地下水的渗透的有效方法,一方面能降低围岩破碎程度,提高围岩完整性和力学性能;一方面能减少地下水在开挖区域内的渗透,将渗流拦截在开挖区域之外。

图1小净距隧道

1小净距隧道的防排水设施

小净距隧道是双洞隧道净距介于连拱隧道与规范要求上下行分离式隧道最小净距之间的一种特殊隧道结构形式,中夹岩柱宽度一般小于1.5倍开挖宽度,如图1所示。由于地形条件限制,双洞隧道的净距有时不能满足规范要求,而连拱隧道造价高、难度大、周期长,在这样的情况下,小净距隧道便成为优先选择的隧道形式。小净距隧道中夹岩柱宽度较小,先后受到先行洞和后行洞的爆破开挖影响。在先行洞开挖后,中夹岩柱的围岩完整性下降,裂隙孔洞进一步发育,为地下水渗流提供通道,导致后行洞开挖区域渗流增大,突水突泥风险进一步增大,提高后行洞的施工难度、安全风险和工程造价。在后行洞开挖过程中,对中夹岩柱的完整度进一步破坏,导致地下水渗流更加增大,突水突泥等不良地质情况发生的可能性越发增加,施工风险、施工难度、工程造价会进一步增加。综上考虑,小净距隧道富水破碎区段的防排水措施需对开挖面前方围岩条件进行超前预报探测,结合现场观察分析,综合考虑施工安全、技术难度、造价及环境等因素,对施工过程中的防排水措施进行比选和联合使用。

1.1暗埋式排水管

将挖好的隧道墙壁进行混凝土的喷射,将墙壁封闭起来,在墙壁内纵向的布置好排水管,用水泥钉固定位置,将固定的排水管用水泥包裹,进行封闭,从而形成暗埋式排水管,节约空间。若暗埋的排水管发生漏水,可以在漏水口打眼,引流到新增的排水管中,最后沿着墙底流出。具体布置如图2所示。

1.2排水沟

矩形排水沟排除地面水较为普遍,涉及到公路隧道和隧道内部,但公路隧道的矩形排水,系统比隧道内部的宽。所以我们将隧道内部进行改善,将矩形的改为弧形的断面,弧形断面阻力小。当隧道中水量过大时,弧形的排数系统会比矩形排水系统排出更多的水和杂质。在隧道内部弧形的排水系统相比矩形排水系统更加合适。具体布置如图2所示。

图2排水管与排水沟布置

1.3路面下排水盲沟

隧道路面以下的排水盲沟主要是指路面以下的地下水没有正常排出,导致土壤的长时间浸泡,土壤松软,抗压强度低,人和车辆还有高楼的长时间荷载,地面就会开裂,对人们的出行造成问题,影响人们的日常生活,也会造成人身伤害。隧道内部的排水不仅从两侧排出还会在中心排水管和暗部排水管,为了改善内部地下水盲排我们可以在土地上增加碎石盲沟。

2富水破碎区的工程概况

2.1富水破碎区段工程地质条件

在山顶底部的隧道区域范围内,山体内部架空,山中断层呈东西走向。隧道开挖会导致地层缺失,山脉结构完整性下降。在遇到外部环境问题,例如,暴雨量的增加,地表荷载的变化,会导致节理断层进一步发育,地下水渗流增大,地下水位提高,围岩强度降低等地质条件的进一步恶化;在隧道施工的过程中,会出现突水、突泥、危岩垮塌等地质灾害,如图3所示。因为隧道内部爆破开挖影响强烈,不稳定岩块和松散体发生垮塌,同时隧道开挖产生的中空区域水压下降,导致地下水向隧道范围内汇流,会发生突水和松散体垮塌的地质灾害,造成施工安全事故,施工难度增大以及巨大的经济损失和环境破坏。

图3富水破碎围岩

2.2隧道涌水量变化特征及对围岩变形的影响

在隧道开挖的过程中,其中隧道的两侧出水口都是在进入入口方向挖掘,在挖掘中为了减少不要的损伤,且保证施工中能安全完成,需采用一侧进行施工,我们可以先开左道,当右侧的弧形断面与左侧的断面保持在一定的安全距离后,同时开挖。隧道内断面岩石主要由岩质页岩构成,随着开挖的继续,岩体的破坏,隧道内的流水量也会随之增加。将小导管连接在隧道内部流水口,将水流引流到外部,通过不断的挖深,最后根据左右道口的流水量来判断涌水量的多少。

2.3隧道内部的施工方法

在对隧道内部施工等实际操作发现,内部构造的不稳定,在隧道排水施工的过程中应该将左右洞交替作为到处洞内水流的的防排水施工技术。结合了对周围岩石的稳定性。对于防排水施工方法可以提出以下方案:在隧道内部开挖时,先对内部左侧的开始挖掘,当左侧开挖到一定程度,进行右侧开挖,两侧的开挖保持安全距离,进行正常施工。当左侧洞口无法正常施工,发生涌水问题,不能够正常施工,需要对左侧的断面停止开挖,进行加固封面。右侧的洞口继续施工,在洞口开挖的同时并且不间断的布置排水管,排水管的数量根据隧道洞内左洞排水量的大小所依据。是根据隧道内部的实际情况提出。在隧道的不断挖掘前进,一路经过含水层、断层和各种开挖区域。由于断层的存在使得含水层再越靠近水流区域时,水压变小,呈下降趋势;水流速度随着水压的下降而不断将低。

3隧道突水的防治技术

效率高的突水防治措施是建立在突水机理制上,而突水机理是建立在突水防治体系上,效率高的突水防治措施可以改善围岩环境,降低在开挖过程中出现的地质灾害的概率。在山体断层附近出现的次生节理导致断层影响范围内的地层中裂隙孔洞较为发育,为地下水渗流提供渗流通道,从而出现地下水层的涌出。地下水的涌出包括渗水、淋水、成股流水。针对富水破碎区域的渗水、涌水,我们需要逐步治理,可以采用引流卸压控注浆进行治理。

3.1引流与抽排

引流主要是在高压阀门中运用耐压钢管来引流实现排水控的减压、分压。分压主要是分担各个流孔间的压力,控制流向和流量。在排流通道中若没到预期的分流效果,可以考虑采用其他方法。

3.2集中顶水灌浆

当油排和引流完成后,单体断层破碎区域形成了可以灌浆区域,可以采用有钻孔的阀门进行分流封堵。

3.3引排孔灌浆

引排孔灌浆的操作主要是先在中间后四周,即集中封顶灌浆成功后,对周围的岩石进行注浆,最后对引流孔进行封堵。若封堵不佳,需要与化学浆液进行辅助封堵。

4结论

随着社会主义的不断发展,人口的急剧增长,交通需求不断提高,我国铁路隧道、公路隧道的数量会越来越多,在复杂破碎工程地质条件中修建隧道的情况在所难免。其中在富水破碎区的隧道修建难度尤为突出,本文主要介绍的的就是富水破碎区的施工技术。针对富水破碎区的具体地质条件,详细探测,综合分析,因地制宜地采取治理措施。对排水措施、地质条件、内部施工和引流卸压控住浆进行分析。

参考文献

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