喀斯特地貌隧洞施工.doc

1、喀斯特地貌隧洞施工摘要：喀斯特地貌隧洞施工工艺分析，掌握一些施工技术，和注意事项，和大家一起分享。 关键词：喀斯特地貌；隧洞；施工 中图分类号：U455 文献标识码：A 虹溪排洪隧洞工程位于弥勒县虹溪镇东北部，工程区位于东经 1032010322，北纬 24092410。虹溪隧洞所在地具有典型的喀斯特地貌特征，属于四面群山环抱的封闭盆地，无过境河流通过。工程区处于中亚热带半干燥气候区，具有夏秋多雨，冬春干旱的气候特点。隧洞全长 4088 米，设计流量 20m3/s，结构为钢筋砼无压隧洞，洞身断面型式为城门洞型，底宽 2.5m，直墙高 1.6m，圆弧半径 1.25m，底板坡比为 1/150。 一

2、、喀斯特地貌简述 喀斯特原是南斯拉夫西北部沿海一带碳酸盐岩高原的地名，19 世纪末，南斯拉夫学者 J.Cvijic 研究了喀斯特高原的奇特地貌，并将这种地貌叫做喀斯特。喀斯特即为岩溶地貌。 凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解和沉淀）为主，机械过程（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫做岩溶作用。这种作用产生的地表和地下形态叫做岩溶地貌。岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。 岩溶在我国的分布相当广泛，广西的桂林山水，云南的路南石林，皆闻名于世，广西、贵州和云南及整个西南石灰岩地区连成一片，面积共达 550000km2，全国石灰岩分布面积约

3、为 1300000 km2，占全国总面积的 13.5%。 本工程区的地理位置属于典型的岩溶发育区，实际工程施工中发生的地质情况也说明了岩溶发育的特征，隧洞内的地下溶洞，地表水及地下突水随处可见。 二、虹溪隧洞工程前期地质条件 工程区处于昆明山字型构造弧东翼，位于弥勒师宗断裂带间，区间构造较为发育，尤以断裂构造为主，褶皱次之。区内断裂无活动迹象，同时无应力集中地带。排洪隧洞全长 4088 米，围岩由中三叠统个旧组 T2gd 的硅质、白云质灰岩和下第三系路美邑组 E2la 的泥岩和粉砂质泥岩，泥岩夹石膏含砂泥质灰岩、砾岩、钙质砂岩组成。洞身基本稳定段（II）局部稳定性差地段（III）长 909m，

4、占全长的 22.1%，局部稳定地段（III）长 1315m，占全长的 32%，局部稳定地段（III）不稳定地段（IV）长 1545m，占全长的 37.5%，极不稳定地段（V）长 345m，占全长的 8.4%。 虹溪排洪隧洞工程在开挖进尺过程中，地质条件相当复杂，在进洞的 150 米的开挖中，地质变动大小有十多次，平均十多米就会有一次大的变动，最短的仅有四五米就会变动一次。在这种多变的地质条件下，很难掌握岩层的走向、倾角等参数，在指导施工时也较为困难。地质变动的大致情况如下图所示。 以上图中这些地质变化，时好时坏，最后变为纯泥层地质，基本没有规律可言。本排洪隧洞与原来排洪用的原始溶洞的位置趋于平

5、行，相距不到 50m，与省级风景名胜区白龙洞（著名的溶洞博物馆）仅有3km 的距离，离著名的石林风景区约为 90 公里左右。在施工过程中打出来的溶洞，与主洞轴线接近正交，位于底板和边墙的底角上，致使开挖成型的底板基础薄弱，没有承载能力。 三、下面针对喀斯特地貌的具体情况分析其具体的施工方案： （一）地下水的作用 喀斯特地貌下的地下水属于岩溶水，具有较强的溶蚀能力，水中含有强侵蚀性的化学成份（如：SO42-，HCO3-，Cl-，NH4- NO3-，游离 CO2等离子） ，而且水量大，运动快，在地下各个方向上的分布不均匀，岩溶水会沿着岩层的裂隙而渗透并逐渐溶蚀岩石，流向低处，以大溶洞的形式集中排泄

6、。 虹溪排洪隧洞工程受地下水的影响相当严重。由于隧洞为 1/150 坡比的下坡洞，所以，地下水会集中在工作面上，在工作面上设置了集水坑配备一台 5KW 的水泵全天候排水，洞外设置一台水泵转接至排洪沟中。在一般情况下，地下水会沿着地下裂缝渗至底板深处，不会集水，但如果地下裂隙相对较少的地段，水位会很快上涨，而在下雨的时候，洞内水位会直接受到影响，因为地表裂隙与地下裂隙连通，地表水会很快渗到工作面上，所以要常备几台水泵，以防水量过大而影响施工。洞内的底板上时常会出现地下水向上突涌现象，形成一股股泉水，而且水量较大，这种泉水也就是我们常说的承压水，由于履盖层被剥离后，承压水就形成突涌现象，在承压水出

7、现的地方，底板基础都很薄弱，都需要重新进行处理。 对于地下水，在开挖的时候只需人工抽排就行了，但在浇筑砼时，就必须进行慎重的处理：一般采用挖滤水沟的形式进行地下水通道转移（也可以制安排水管等方式） 。视地下水量大小，挖设 2530cm 见方的断面，其间用碎石做成反滤层，引至低处或地下水主要通道中，尽量不要破坏其主要通道的水循环，每隔 20m 左右设置一个排水坑（找裂隙相对大的部位） ，也用碎石充填，然后在反滤层上用彩条布或编织袋进行覆盖，防止浇筑时水泥浆将反滤层堵塞。在进行钢筋制安施工时，由于地下水有较强的溶蚀能力，所以尽量不要让钢筋接触到地下水，在浇筑时，也要加强施工工艺，严禁出现冷缝，振捣

8、要密实，结构缝也要处理妥当，不能使地下水渗透砼体，否则，地下水会侵入其中，产生化学和物理反应，在砼中产生很大的内应力，破坏砼结构。地下水对喷护的砼也产生腐蚀作用（硝化或硫化等） ，使其体积比原体积增大而破坏砼强度，并在表面析出白色晶体，所以即使是经过强临时支护的洞段，也要在一定的时间内进行及时的永久衬砌施工。 （二）多变的地质处理 喀斯特地貌岩层具有多变的特点，对施工的影响最为突出，一旦处理不好就会出现大的塌方，产生人力，物力和财力上的大量损失，因此，在开挖控制中，要针对掌子面的地质条件，对开挖进尺中的地质进行最坏的分析和估计，然后做出开挖方案。 虹溪排洪隧洞施工过程中地质平均在 10m 左右

9、变化一次，最小的变化频率在 5m 左右，所以在推断时要好好把握，对顺利开挖和避免塌方有很大的帮助。超前锚杆在这种破碎或泥夹石的地层情况下是必须要打的；在必要的情况下还要采用超前管棚支护；在极其松散段将断面扩大后采用双层管棚梅花形布置进行超前支护，以增加承压力。在虹溪隧洞施工过程中，有一段地质情况不好，按惯例布置在顶拱上一排超前锚杆进行超前支护，锚杆长度为 3m，25 钢筋制成，间距为 20cm，共制安十三根，在人工开挖进尺一米五左右以后，顶拱的松散体经过几个小时的自稳期以后，将十三根锚杆全部压弯、压垮，而且塌顶八米之高，塌方量达 150多方。后来经过分析，此段地质属于粉砂质泥夹层，而不是粘土泥

10、层，其粘结能力差，而夹的石头也相对较小，自稳期过后，受自身重力的作用，对锚杆产生的压力远远大于锚杆所能承受的压力，所以造成了塌方。有了这次经验后，针对这种粉砂质夹层的地段，全部采用 50 钢管制成管棚，每根 35 米长，采用矿山煤钻头钻孔后风钻冲击安装，间距15cm，承压效果较好，而且每次进尺较快，也较安全。 对于此种地质的开挖支护除了考虑顶拱安全外，边墙的稳定也是不可忽视的。经过弱爆破作业的振动或风镐的振动，加上地下水的洗刷，原本松散的边墙也会随时间的增长而失稳，对临时钢支撑产生强大的侧压力，有时能将钢支撑顶得变形，而产生“鼓肚”现象，有时会将底脚顶出来，使整个钢支撑出现“夹脚”现象。 “鼓

11、肚”和“夹脚”等失稳现象，对整个断面的安全影响甚大。针对于“夹脚”现象的处理，可在支立钢支撑之前在钢支撑底部钻设深孔锚杆，将其位置相对焊接固定；“鼓肚”的处理方法则是加密钢支撑，尽量将钢支撑连成一片，焊接成一个整体，增大抗侧压力的能力。 针对上述喀斯特地貌的地质，尽量按下述原则进行施工：破碎或夹层段超前支护一定要先跟上，边掘边锚，早锚早喷，弱爆破或者不爆破，抓紧循环时间，加强安全防护，做到“先排水，短开挖，弱爆破，强支撑和快衬砌” 。 （三）溶洞的处理： 溶洞是喀斯特地貌的一大特征。在喀斯特地貌的洞挖施工中，遇到溶洞也不足为奇了，但溶洞一旦出现，处理溶洞的好坏直接关系到隧洞在雨季施工的安全。因

12、为溶洞是地下水和地表渗水的主要通道，在雨季，地表渗水丰富，地下水位上涨，而承担地下径流的主要通道溶洞如果被切断的话，大量的水会涌向洞内，一时间可能会造成毁灭性的水灾。虹溪排洪隧洞就曾因为溶洞处理不到位而遭到过一次水灾。未处理好的溶洞大小为 2*3m 左右，当时发现溶洞以后，由于有淤泥掩盖，对其大小及走向都没有明确的分析，盲目的将其用浆砌石直接封堵起来，而且将钢支撑直接架立在砌完浆砌石的溶洞外，并且喷护了 20cm 厚的砼进行了临时支护，看上去是没有太大的问题了，但它却经受不起洪水的考验。在一连几场暴雨过后，洞外的水位急剧上涨，导致了洞内的溶洞位置产生了强大的水压，使原本处理草率的溶洞变得不堪一

13、击。大量的洪水沿着浆砌石的边缘和喷砼的底角向洞内灌，而此时已无法对其进行处理，不到两小时，洞内水位上升到 1m 左右，增设了大水泵向外排水，但排水根本满足不了向洞内的灌水量，致使整个隧洞被完全淹没，停工达半个月之久，造成了很大的经济损失。被水淹后的隧洞内的钢支撑，普遍出现了“鼓肚” 、 “弯腰”等现象，增加了洞内的安全隐患，而这一切都是由于溶洞的处理不到位的原因造成的。洪水过后，对此溶洞进行了重新处理，溶洞从隧洞的边墙和底板上通过，将以前的浆砌石挖开后，见到了溶洞的全貌，并分析了其走向，决定浆其扩挖后用钢筋砼封堵，在溶洞的四周加设了锚杆，封堵完后，对其接缝进行了防渗灌浆，并在封堵时，预埋了一根

14、钢管通向溶洞内，使洞内施工期的积水可以通过此洞排出，雨季则将其用阀门关死。通过这次封堵后，成功经受了两次洪水的侵袭，只有少量渗水出现，对隧洞安全没有影响，所以，可以看出，溶洞的处理是尤其重要的，一旦疏忽就会付出惨重的代价，一定要慎之又慎。 （四）隧洞底板沉降及支撑下沉处理 一般情况下来说，喀斯特地貌的隧洞底板会有分段沉降现象的发生，沉降部位就是那些松散破碎地段。经过开挖暴露或地下水的进一步侵蚀后，造成了沉降。在进行临时支护时，在这种地段上往往会出现原本是按设计标准尺寸进行钢支撑支立的，但经过一段时间以后，断面尺寸竟然不够了，以致于钢筋绑扎和模板支立都不能进行， 不得不重新进行处理。这种问题是由

15、于钢支撑下沉造成的。为了预防这种下沉情况的发生，应尽量增大支撑底脚的受力面积（支撑底角用一根槽钢垫平后，将一排钢支撑的底脚全部焊接固定在其上，使各支脚均匀受力，增大受压能力） ；另外就是人为的加大钢支撑的高度尺寸，比设计断面高 1020cm 左右，使其经过沉降后也不致于衬砌的断面尺寸不够；这种地段的临时支护与永久衬砌的时间间隔不宜太长，时间太长的话，以上各种问题都会出现，引起施工的极大不便。底板的沉降还会造成隧洞衬砌完成后，由于受到过水重力作用和砼自身重力的作用产生纵向拉伸而破坏砼结构，甚至造成隧洞不能正常运行。因此在处理沉降段底板时，要得当。首先基础清理时要尽可能的清到完整岩石，若底板属于完

16、全破碎松散段，清不到基岩，则可以采用浆砌大块石回填基础，一般回填在 50cm 左右，回填完后再进行衬砌施工，衬砌完后，对边墙和底板进行固结灌浆，使隧洞底板与周围松散体连成一个整体，从而增加底板的承载能力。 五、喀斯特地貌（岩溶）施工要注意的主要问题总结 喀斯特地貌一般主要出现在西南地区，针对这种地质条件的施工，应主要控制以下几个问题： 施工排水要重视；临时支撑要加强；进尺要减短；爆破要减弱；循环要加强；超前锚杆（管棚）一定要打；处理溶洞要慎重；基础的沉降处理是重点；安全防护是核心。 以上几点，供在喀斯特地貌及相类似地质条件下施工的管理者和技术人员参考，以保证在喀斯特及相关地貌地质条件下施工的安全顺利进行。