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1福仁山隧道工程概述
目前在建的西成客运专线按国铁Ⅰ级、双线建设,设计时速250公里每小时,功能以客运为主,从西安出发,穿越秦岭经陕西汉中、翻越米仓山进入四川境内,经四川广元至江油与绵成乐客运专线相接直抵成都,预计线路通车后,将大大缩短西安到成都的直线距离。从西安到汉中仅需1小时、到成都需3小时。该项目由西安至四川江油段和成绵乐城际铁路两段组成,全长660公里,项目投资估算总额约为688亿元。西成客专陕西段全长342.9公里,建设工期5年。中国水电十四局负责西成铁路西安至江油段(陕西境内)站前工程XCZQ-5标段,正线全长31.81Km。该标段主要包括:罗曲隧道进出口路基工程94.7m,隧道工程4座(包括部分得利隧道6330m、福仁山隧道、罗曲隧道、范家咀隧道)总长度30.47Km,桥梁3座(金水河特大桥、酉水河大桥、金龙河大桥)总长度1.2457Km。福仁山隧道地处秦岭南麓低中山区,隧道范围平均海拔1200m,最高海拔为1634.1m,洞身地表起伏较大,地表自然坡度为30°~40°,分布有众多基岩“V”形侵蚀谷,多为南北展布,隧道区域山高坡陡,基岩,沟壑纵横,地形复杂,植被茂密。隧道起讫里程为DK159+625.95~DK172+725.5。进口位于金水河牛角坝,出口位于酉水河宋家堰,最大埋深929m,最小埋深46m,洞身均位于直线以上,隧道以3‰上坡进洞至DK162+900后以8‰下坡出洞。进口位于金水河右岸坡地上,隧道中含有一座斜井,为本标段重点控制隧道。本隧道建筑限界采用《高速铁路设计规范》(TB10621—2009)中规定的限界尺寸,隧道内采用“通隧(2008)0201”中的衬砌内轮廓,轨面有效面积为92m2,隧道内线间距为4.6m.曲线上隧道衬砌内轮廓不加宽,施工针对围岩情况采取短进尺、分部开挖和初期支护,二次衬砌及时跟进,以确保施工安全。
2沿线气候条件
本区域为亚热带湿润季风气候,特点是温暖湿润,四季分明,降水量多集中在夏秋季节,常有暴雨灾害,年平均气温15.2℃,极端最高气温38.4℃,极端最低气温-5.9℃,年平均降水量785.5mm,年平均蒸发量1160.5mm,最大积雪厚度4cm。
3工程地质特征
3.1地层岩性
隧道通过的地层主要有第四系全新统(Q4),志留系下统(S1),元古界中上统(Pt2-3)及太古界(Ar)的构造岩类。(1)第四系全新统(Q4)主要包括:膨胀土(Q4d19)、卵石土(Q4d17)、碎石土(Q4d17、p17)、块石土(Q4d18),多为灰黄色,粒径小于或等于2-60mm的约占10%,大于60-100mm的约占25%,大于200mm的约占55%。(2)志留系下统(S1):片岩夹大理岩(S1Sc+Mb),大理岩(S1Mb)、片岩(S1Sc)、主要为灰黄青灰色变晶结构,片状块状构造。(3)元古界中上统(Pt2-3):变粒岩夹大理岩(Pt2-3Gr+Mb),大理岩夹片麻岩(Pt2-3Mb+Mb)。多为灰褐色,浅灰色,风化厚度约为1-10mm。(4)太古界(Ar):片麻岩夹大理岩(Pt2-3Gr+Mb),灰褐色,浅灰色粒状变晶结构,块状结构,风化厚度2-8mm。(5)构造岩类主要包括:碎裂岩,多为青灰色、灰褐色,宽度约20-65m,工程地质较差。
3.2地质构造
福仁山隧道位于商丹断裂带和勉略-巴山弧形断裂构造带夹持的南秦岭构造带,相当于秦岭造山带的蜂腰部位,隧道主于佛坪窟窿的南半部,历经多次地质构造活动的影响,其内部组成与构造变形十分复杂。目前已经发现的主要断层包括:f66、f67、f68、f69、f70、f70-1、f71、f71-1、f71-2,其中f66为逆断层,产状N65°-N80°W(65°-N75°),破碎带宽约为10-30m,断层带物质成分为碎裂岩,局部夹断层角砾岩,断裂带内部岩体较为破碎,隧道洞身通过地段为DK159+856~DK159+878.4。f67为逆断层,产状N60°-N80°W(50°-N65°),断裂带宽30~40m,内部成分为断层角砾,洞身通过地段为DK160+281~DK160+318。另外,隧道段还发育两处背斜及一处向斜,背斜核部洞身中心里程为DK165+543~DK169+062,岩体破碎,节理发育,向斜核部未穿过洞身,富水,岩体破碎,节理发育,由于隧道区各地质体的发育时代,构造运动强烈,区域性大断裂贯穿东西,发育数条低序次断裂,岩石节理裂隙较发育,分布较多节理密节带,岩体较破碎-较完整。
3.3不良地质及特殊岩土
(1)隧道范围内不良地质为隧道进口处左侧分布的大理岩岩溶,岩溶现象主要发育在隧道进口左侧金水河右岸的大理岩中,以溶洞形式发育,溶洞直径约1-3m,可见延伸深度大于10m,不完全填充,充填物为角砾及杂砂土。(2)隧道范围内的特殊岩土为膨胀土,具弱-中等膨胀性。
4工程设计情况
针对福仁山隧道地层岩性多样、地质构造复杂、不良地质现象多发的工程地质特点,施工单位在详细的实地勘察和室内研究的基础上,制定了较为科学合理的设计方案:(1)洞口工程采用斜切式洞门,并设置明洞段,出口采用倒斜切式洞口边仰坡设置截水天沟,边坡采用锚网喷支护。(2)洞身工程隧道内部采用“通隧(2008)0201”中的衬砌内轮廓,轨面有效面积为92m2,隧道采用复合式衬砌,初期支护采用喷锚支护设置喷混凝土,锚杆,钢筋网,钢架,二次衬砌等,各衬砌类型预留变形量,特殊地形地质地段对支护措施采用管棚,小导管等措施进行了加强。
参考文献:
[1]才.隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2013.
[2]兰州铁道学院.隧道工程[M].北京:人民铁道出版社,1977.
[3]张咸恭.工程地质学[M].北京.地质出版社,1983.
关键词:长大深埋隧道;地质勘查技术;应用研究
综合勘察方法就是根据地形、地质条件、勘察阶段、工程类型等,采用多种勘察手段密切配合,使取得的地质资料相互验证、取长补短,以最少的勘察工作量达到最佳的勘察效果;并在地质资料整理过程中采用综合分析方法,将不同手段取得的地质资料进行对比分析,使获得的地质资料更加全面、准确,为设计和施工提供可靠的地质资料。
一、物探与地质配合的阶段性
1、踏勘或加深地质工作阶段
踏勘阶段与预可研阶段相适应。由于长大深埋隧道都是影响方案比选的控制性工程,故在地质复杂地区初勘前多安排加深地质工作。此时面临着大范围多方案比选的问题,地质工作的任务是在线路可能通过的最大区域内,初步查明控制和影响线路方案的地质问题,提出初测方案范围和评价意见。工作方法应是遥感图象地质解释,大面积地质调绘与综合物探相结合并辅以少量验证性钻探的综合勘察方法。本阶段的物探工作应根据任务要求并结合自身的特点相对独立地展开,在充分研究既有区域地质资料基础上广泛搜集区域物探资料,根据物性特征分析地层和主要构造等的物性表现及分布规律。在此基础上,以控制全区为目标,针对主要地质问题,采用点面结合的方法,结合线路位置,与地质人员共同研究布置少量测线,初步查明控制和影响线路方案的主要地质条件。简言之,本阶段物探工作的基本思路应该是以搜集研究既有物探资料为主,开展少量地面物探为辅,必要时选择个别地段应用大地电磁类方法了解大型断裂延伸情况或深部岩溶的发育特征。最后完成物探成果报告,从物探专业角度提出初测比较方案的推荐意见。
2、初勘阶段
此阶段与可研阶段相适应。本阶段地质工作的主要任务是在加深地质工作的基础上,进一步研究区域工程地质特征,查明推荐方案和各主要比较方案的工程地质条件并做出比选,为可行性研究提供基础地质资料。在本阶段由于推荐方案和各主要比较方案的平面位置相对明确,故物探测线布置应尽量靠近线路,其测线长度虽不一定沿中线贯通,但应涵盖线路长度,点距应能满足方案比选对地质资料的要求。随着勘察工作的不断深入,需要物探查明的项目也在增加,如以弹性波对隧道围岩进行分类、岩溶发育程度分区、隧道通过地段是否有放射性并是否超标以及地温随深度的变化等。以上条件均影响方案比选,有些甚至决定方案的取舍。另外本阶段钻孔也需增加,地质人员布孔时要充分考虑物探对钻孔布置的指导作用,以增加布孔的准确性。同时要考虑一孔多用,在对物探资料验证的同时,要为下一步物探测井提供条件。物探方法应考虑综合物探,长大深埋隧道应以大地电磁类方法为主,重点异常地段再辅以地震和氡射气测量等物探方法。
3、详勘阶段和补充定测阶段
详勘阶段与初步设计阶段相适应,补充定测与施工图设计阶段相适应。详勘阶段的任务是为确定线路位置详细查明采用方案的工程地质和水文地质条件,为各类工程建筑设计提供地质资料;补充定测是有针对性的进行详查,补充详勘资料,为沿线各类工程建筑施工设计提供全面准确的工程地质资料。本阶段的物探工作,由于线路位置已经确定,故测线原则上应沿线路中线布置,双线隧道或线路两侧地质条件有明显差异时应布置两条测线或增加辅助剖面。为便于物探人员更有针对性地选择物探方法和合理布置测线,地质人员应提供初测阶段全套地质资料以及定测中已取得的地质资料,包括地质调绘平面图、钻孔资料,内外业试验资料等,也为物探人员对物探曲线合理、准确解释提供地质基础。
二、工程地质钻探和综合试验、测试
1、工程地质钻探
根据工程地质调绘、综合物探勘探结果和设计意图,对山区铁路长大、深埋、复杂隧道进行有针对性的工程地质钻探,一方面可以准确地提供设计所需的各项岩土物理力学指标,另一方面也可验证物探和工程地质调绘结果。工程地质钻探是最原始也是最直接的勘察方法,其最大的优点在于能够直接钻取岩芯,取得定性的地质资料,直观地反映岩土体的颜色、塑性状态、风化程度等基本特性,准确地划分各种地层岩性、厚度、完整性和破碎程度,断层的位置、宽度、破碎和胶结程度,断层带的组成和性质,含水层深度、厚度、初见水位和稳定水位,岩溶发育程度等;也可以通过各种岩土试验获取岩土体的物理力学指标。此外,还可以作为地震、地应力等孔内测试的平台。正因如此,才使其不可替代地延用至今。其缺点是容易受勘察场地的限制,钻孔之间的地层关系需要依靠工程地质人员根据其所掌握的地质资料进行推断(钻孔的密度直接影响勘探成本和勘察资料的准确性),且周期长、费用高。山区铁路长大、深埋复杂隧道的综合勘察是在充分搜集、分析研究既有区域地质资料的基础上,以遥感判译为先行,以大面积地质测绘和水文地质调查为基础,结合综合物探的勘探成果,针对性地布置适量的深孔钻探为主要勘探手段,并辅以必要的孔内测试试验等的综合性的勘察试验方法,以查明重大的工程地质问题。深孔钻探的选择和确定主要是为了解决如下几个主要地质问题:物探反映的重大异常区的验证,重大隐伏暗河、采空区等的探查,区域性大构造、断层的产状、破碎(软弱)程度、富(导)水性,地应力测试、瓦斯测试、水文试验以及单孔或多孔孔内测试,重要地质界面的控制(如可溶岩与隔水层接触界面、煤系地层的位置等)等。
2、综合试验、测试
综合试验、测试工作分为孔内和孔外两类。孔内的测试、试验项目主要有水文试验、综合测井、孔内CT、地温、地应力测试、瓦斯测试、放射性测试等;孔外的测试、试验项目主要有水、土、岩石样品的物理试验和力学试验、示踪试验、煤层及瓦斯测试等。通过上述试验、测试结果,可为隧道围岩类别的划分、岩土体物理力学指标的选取以及岩体风化程度的划分、隧道风险评估等的施工设计和施工安全预警提供准确的依据。
三、结论
(1)综合勘察是在充分搜集、分析研究既有地质资料的基础上,以遥感判译为先行,以大面积地质调查为基础,以综合物探和适量的深孔钻探为主要勘探手段,并辅以必要的孔内测试试验等的一种综合性的勘察方法,可以有效地控制和查明山区铁路长大、复杂隧道的工程地质和水文地质问题。我院的应用实践证明该方法是可行的,可明显地缩短勘探工期,大幅度地降低勘探成本。
(2)每一种勘察方法和测试手段都不可避免地存在一些局限性或弊端,因此,工程勘察中应根据工程实际需要的勘察范围、勘察深度和勘察精度,选择一种或几种恰当的勘察手段。
(3)山区铁路长大、深埋、复杂隧道工程地质勘察要求资料精度高、围岩分类准确,因此,采用综合勘察方法是必要的、恰当的。在工程地质勘察中,所选择的各种勘察手段要结合现场实际情况合理应用,并应对勘察成果进行系统地综合分析、研究,合理解释,提高勘察资料的质量,保证结论正确,为隧道工程的设计、施工提供合理、可靠的依据。
(4)山区铁路长大、深埋、复杂隧道综合勘察是一个由多阶段、多工种、多工序组合的勘察体系,建议建立统一的组织机构,统一领导,统一协调,分工合作。
参考文献
关键词:隧道;不良地质;施工技术
自英国于1826年起在蒸汽机车牵引的铁路上开始修建长770米的泰勒山单线隧道和长 2474米的维多利亚双线隧道以来,英、美、法等国相继修建了大量铁路隧道。最长的为瑞士的圣哥达铁路隧道,长14998米。中国于1887~1889年在台湾省台北至基隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道,是中国的第一座铁路隧道,长261米。此后,又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。中国最高的铁路隧道是青藏铁路关角铁路隧道,长4010米,海拔3690米。中国铁路隧道约有半数以上分布在川、陕、云、贵4省。成昆、襄渝两条铁路干线隧道总延长分别为342及282公里,占线路总长的比率分别为31.6%和34.3%。
在隧道勘测和开挖过程中,须了解围岩的类别。围岩是隧道开挖后对隧道稳定性有影响的周边岩体。围岩分类是依次表明周围岩石的综合强度。围岩的类别的确定,为隧道工程设计合理和施工顺利提供了依据。随着对安全的重视和科技水平的提高,如今隧道安全事故已经大幅度减少,但是由于隧道工程本身的难度高,又极为复杂,加之其他各种原因,隧道施工的事故发生频率和严重程度,仍然高于其他施工工程。隧道工程中的不良地质状况主要为以下几种:浅埋,湿陷性黄土,红黏土,膨胀土,粉砂软弱下卧层等。为确保施工安全,必须做到采取综合的治理措施,将单纯的经验管理方法逐步转变为现代科学管理方法,才能真正地把隧道施工安全落实到位。主要对策和途径有以下及方面:
一、 树立安全理念,加强监控量测
在整个施工过程中,要坚决彻底的贯彻“安全第一”的理念,将这一理念根深蒂固地植入每一位施工人员的心里,不论进度或是效益,只要是与安全施工相悖,全部都要服从安全第一的理念,时时、刻刻、人人都要把安全放在施工工作的重中之重来对待,对违章或有安全风险的操作,任何人都有权利进行制止和检举。只要足够坚定和强大的精神指导,才能保证施工工程过程中的每一环节都安全。对不良地址段的施工,更要用百分之二百的注意力,比其他施工段投入更多更频繁的监控和量测工作,对施工中的围岩与支护稳定的程度时时掌控,不能疏于现场量测,充分发挥监控和量测的指导施工作用。
二、分析不同类型的地质问题,采取合适的施工方法
(一)、支护和预加固
由于围岩自承能力的极限与支护结构的承受能力直接决定了隧道的预知护力,因此对于围岩结构自承能力不足的地段,可以通过增加预支护设施来加强其的支护抗力。如果围岩的结构较为完整,那么只需要提供较小的支护抗力即可,加之围岩本身的稳定性,就能够维持稳定;如果围岩的结构较为破碎,就需要增加预支护或者刚性支护,来保证围岩整体的稳定。
(二)、洞身开挖
在不良地质段的施工中,可以选择采用特殊开挖的方法,或者是选择先防护后开挖的方式,有两种比较适合不良地质段的开挖方式,台阶法与分部开挖法。
1、台阶法
指的是将设计断面分解为两个部分开进行开挖工作,先对上半部分进行开挖,当作支护,然后再对下半部分进行开挖。在地址状况相对来说较为良好的地段,这种方法非常适用。根据台阶长度不同,还分为微台阶法、短台阶法、长台阶法。越短的台阶对于施工的干扰也就越大,也就越有利于隧道的稳定。台阶开挖法的特点如下:工作面积相对较大,有利于施行机械化施工,施工速度也较快,并且由于是在上半部分有了支护的情况下进行的下半部分开挖,所以安全系数比较高。但是不利因素还是存在的,由于对围岩的扰动增加了,所以下半部分开挖时对上半部分的稳定性还是有一定的影响的。
2、分部开挖法
指的是将隧道断为不同的段落进行开挖。一般会将一部分超前开挖,也被称之为超前导坑法。使用超前导坑开挖,能够比较直接地了解到前方围岩的实际情况,这种方法比较适用于大断面隧道和软弱破碎段。因为缩小了各个坑道间的跨度,对围岩的稳定是非常有利的。缺点就是工作面比较多,每个工序之间会互相干扰,增加整体施工过程的难度,拖长施工的进度。
(三)、锚喷技术
锚喷支护能够提高边坡岩土的抗变形刚度和结构强度, 增强边坡的整体稳定性和承载能力。是靠锚杆、钢筋网、以及混凝上层的共同工作来对岩土的抗变形刚度和结构强度进行提高,增强边坡整体的稳定性,减小岩体的侧向变形。主要适用于强度较低、岩性较差、易于风化的岩石边坡,或者似乎虽然坚硬岩层,但是风化较为严重、易受自然营力影响、节理发育、导致大面积的岩土碎落,以及局部存在小型崩塌、落石现象的岩质边坡地段。又或者是因爆破施工,造成破坏范围已经深入岩坡的内部,路堑边坡的岩石较为破碎松散、容易发生落石或崩塌的岩质边坡的防护工作。总体来说,除了大面积的淋水地段或者是流沙地段以外,均可以采用锚喷支护技术施工。在锚喷技术中需要注意的是,如果锚杆支护完成了之后,仍不能够提供足够大的支护能力的话,一定要及时地设置增加钢架支护来加强支护。
(四)、加强养护混凝土,保护涂料涂装
国内外许多的相关实验研究证明,混凝土的养护,对混凝土的耐久性和质量有着十分重要的作用。如果在常温下的养护不够充足的话,对混凝土的耐久性和质量的影响是非常是巨大的,及时的充分的养护,是混凝土保持底孔隙率、高强度以及高抗氯离子扩散的关键所在,是必不可少的措施。
还有一种非常经济实用的对抗腐蚀的技术,就是对钢筋混凝土进行涂料涂装保护。这一技术能够有效地阻止和缓减环境里的不良离子的入侵,还能起到装饰的效果。涂料涂装保护技术是建设资源节约型和环境友好型社会的关键技术。
三、TBM设备的运用
TBM(Tunnel Boring Machine),即隧道掘进机,是利用回转刀具开挖,同时破碎洞内围岩及掘进,形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械;相对于目前常用的方法,TBM集钻、掘进、支护于一体,使用电子、信息、遥测、遥控等高新技术对全部作业进行制导和监控,使掘进过程始终处于最佳状态。在国际上,现已广泛应用于水利水电、矿山开采、交通、市政、国防等工程中。TBM能够做到高效、快速、优质的安全施工,能够降低工程的成本投入。不良地质段通常会有大量碎石的现象,隧道的状态很不稳定,或者是由于岩石过于坚硬,挖掘进度非常缓慢。然而TBM其掘进速度约为常规钻爆法的4~10倍,最佳日进尺可达150m;具有快速、优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护等优点。特别是高效快速可使工程提前完工,提前创造价值,对我国的现代化建设有很重要的意义。是目前城市地铁建设中速度快、质量好、安全性能高的先进技术。
四、结语:
根据地质段的不同情况,选择适合围岩特点的,操作性强的隧道施工方法对整个隧道工程有着非常非常重要的意义。在确保安全施工的前提下,最大限度的发挥人力和机械的效率,是制定隧道施工方案的原则。我们要多方面考虑施工方案的可行性和可靠性,避免出现方案失误,更加高效,环保,节能地进行隧道施工工作。因地制宜的采用合理又经济的施工工艺,是需要在施工过程中不断地进行探索和总结的。
参考文献:
[1]刘冬雪.不良地质条件下的隧道安全施工[J]. 交通科技与经济,2008(1)
【关键词】隧道工程;地下水处理;环境地质效应
中图分类号:E271 文献标识码: A
一、前言
作为隧道工程地下水处理中的重要工作,其环境地址效应在近期得到了长足的发展和进步。该项课题的研究,将会更好地优化隧道工程地下水处理的实践效果,从而保证环境地质效应的良好控制。
二、隧道工程对地下水平衡破坏的影响分析
岩层受到内力和外力地质作用的联合影响,风化卸载带及其附近的新鲜岩带内各种成因、不同序次的非连接结构面十分发育,使其成为岩石圈中连续性、整体性最差的圈层。
同时,该层位又是地下水最为集中的部位,陆地部分宏观上看就像岩石表面笼罩着一层地下水。因此,隧道工程建设往往是修建在由水、岩、热、气等构成的一个复杂的巨型系统之内的。天然情况下,岩土具有自身的(动态)边界(力学、补给或排泄),系统各构成要素或不同要素之间维系着一种动态平衡的关系。隧道的开挖,相对于在一定空间范围内改变了系统的边界(对于岩体)或增加了输出边界(对于流体)。这样,系统本身就必然按照其固有的运动规律对此作出反应,具体表现则为隧道附近一定范围内的围岩破坏,水、热、瓦斯气向隧道排泄,或者寻求新的动态平衡。地下水埋藏在岩体里面分布着的大量空隙,这些空隙既是地下水储存场所,也是其转移通道。隧道开挖不可避免的会破坏一些地下水的储存点和转移通道,引起地下水的转移,造成地下水的重新分配,从而形成新的含水层和地下水转移通道。而原来的含水层和转移通道中地下水将减少甚至枯竭。将会导致隧区局部地下水位降低。便演化为施工中乃至建成后对各类水文地质的影响,进而延伸至对岩体表面附着的生态环境影响,出现地表植物大面积枯萎甚至死亡等生态危机。
三、隧道工程水文地质及生态环境影响的评估
近年来的研究,我们认为在新建隧道工程项目的整个过程中,要把隧道---环境水文地质---生态环境影响作为一个系统工程来考虑,把稳定原有隧道水文地质环境和保护生态环境作为环境影响评估的重点。
1.环境水文地质及影响的评估范围
隧道水文地质勘测和环境影响评估的范围与水文地质条件复杂程度以及隧道埋深和长度有关。隧道排水与大口径井抽水类似,将在洞顶含水层中形成疏干漏斗,其引用半径R0=R+B/2。隧洞排水引发的洞顶环境灾害主要发生在疏干漏斗的范围内。由于隧道长度远大于宽度,加之洞口段含水量的厚度往往变小,因此洞顶疏干漏斗与井点降落漏斗的形态还有区别,其空间形状不是倒圆锥体而是倒椭圆锥体,其地面范围不呈圆形而近似于椭圆形。根据我国若干隧道因开挖改变地下水环境、并影响地表生态环境的实例,隧道两侧的影响宽度为400~2600m或更大,因此,隧道环境水文地质勘察和环境影响评估的范围以隧道两侧各1000~5000m为宜。
2.环境水文地质评估项目
(一)环境水文地质评估项目,主要包括:地形地质;水文地质条件、分区、计算参数选择;预报涌水量的方法、公式、成果等。
(二)环境因素调查的主要项目及内容
地表水体(河流、井、泉、水库、贮水池、水渠等)的长度、面积、容量、水位及其重要性分类;农田、林业用地的类型、面积,需保护的重要性或名贵植物的数量和范围;人口密度;建筑物和构筑物的数量、类型和分布,特别注意有无重点保护文物景点;其它,如弃碴堆放场地的地形和水文条件、水土流失状况、不良地质现象等。
3.公路隧道环境影响的评估内容和标准
当公路隧道通过强富水区及中等富水区,以及岩溶发育区时,即工程施工及运营期间大量地下水涌入或从中排放时,对周围环境将有较大的影响。因此,在新建隧道时应对环境影响程度和范围进行评价,并应提出有关补救措施或相应对策,对于公路隧道重要程度尤为突出。
四、隧道建设对地下水环境的影响
地下水渗流系统给隧道的建设和运营造成了严重影响,同时隧道建设也会给地下水环境带来严重影响。隧道工程对于地下水的疏干和改造作用显得尤其突出,目前一些竣工的隧道工程已经表现出对隧址区的严重影响。
1.隧道对地下水的疏干作用
隧道开挖后,由于集水和汇水作用,地下水不断进入隧道中,地下水动力场因此发生改变,引起地下水的运动通道发生转移,形成新的势汇。随着隧道排水过程的延续,整个隧址区的地下水系统发育形成了新的地下水转移通道,隧道开始大量排出地下水,从而形成一个降位漏斗,漏斗不断扩展,疏干其影响范围内的地面水源,引起地下水与地表水径流发生改变,直接造成隧址区地表泉水流量减少甚至溶泉消失,井水水位下降,水量减少甚至干涸,直接影响当地工农业生产及人民的生活。隧道的建设造成地下水位降低,当地下水位到一定程度时,会使当地土壤含水量减少,植物生长受到抑制,甚至萎蔫、停止生长,给当地的环境带来负面影响和经济损失。
2.隧道排水导致岩土应力变化
隧道排水会引起地下水渗流场的变化,造成地下水位下降,饱和岩土层中的孔隙水压力下降,围岩承受的有效应力增加。其次,由于地下水动力场的改变,地下水流方向改变为向隧道中心流动,其方向是向下的,地下水渗流力增大了竖直向下的应力,造成总应力上升,更增大了围岩的有效应力。在有效应力增大的情况下,围岩会发生新的沉降,直到岩体应力达到新的动态平衡。大面积的岩体沉降使隧道的使用效能降低,维护成本增加。
五、环境地质效应的系统防治分析
1.开展有效的工程地质勘察
通过详细的勘察为设计施工提供相关的参数和指标,确定合理的挖方案、步骤。如果勘察工作所提供的数据不详细,势必给支护工作留下隐患。对深基坑注意查明以下几个方面:场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象等:对场地地层进行划分:调查地下水的类型、埋藏条件、侵蚀性及土层的冻结深度;测定土的物理力学性质指标;调查基坑周围地质环境。
2.优化开挖方案
地下工程的开挖方法很多,大型地下工程施工不可能全断面一次成洞,实际上是根据出渣运输洞不同、施工机械类别和岩石特性等条件,选择开挖施工方法。这样就决定了大型地下洞室是分层分块开挖,逐步形成洞室设计体系的特点。
3.科学的降水设计方案
要降低地下水位,就要合理的选择降水方法,并在此基础上进行工降水的方案设计。人工降水方法的选择是人工降水成败的关键在降水技术方法的选择时,应注意考虑以下几点:降水场地的水地质条件;含水层的透水性:地下工程开挖的深度及技术要求;水场地的施工条件和施工设备的能力范围;选用的方法是否经济理便于施工;可根据条件将多种方法组合使用,充分发挥不同方之间的互补性。
4.推行地下工程建设系统管理与防御技术
地下工程的建设是一项系统工程,必须从勘察、设计、施工、监测全方位实施工程防御体系。勘察设计方面,首先了解地质情况,查明周围各种地下管线和建筑物的要求,设计时要对地质资料了解清楚,精心设计并做到优化:施工方面,必须严格按照设计进行施工,对于有支撑的围护结构,必须遵守先撑后挖,严禁超挖,尽量缩短墙体暴露时间以及分层开挖。
六、结束语
通过对隧道工程地下水处理的环境地质效应的相关研究,我们可以发现,该项工作的开展有赖于对多方面技术优势因素的掌控,有关人员应该从隧道工程地下水处理的客观实际出发,研究制定最为切合实际的环境地质效应掌控方案。
参考文献:
[4]吴治生.不同地质边界条件岩溶隧道涌水量预测及展望[J].铁道工程学报.2011(07)101-102.
1本研究对象的工程概况
该隧道地处甘肃省境内,作为一越岭隧道,整个隧道的全长是5236.1米。最大埋深大约为310米,最小埋深大约为26米。该隧道区域的地层特点是:第四系上更新通风积层新黄土,中更新统洪积层老黄土,上第三系上新统粉质黏土、砾岩,下伏奥陶系中统马家沟组角砾状灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、泥质灰岩、豹皮灰岩、石灰岩、白云质灰岩、白云岩等。
2工程地质问题及评价
2.1隧道平面位置的选择
在工程的设计阶段,对该隧道提出了两个方案,隧道比较方案主要穿越了太岳山板隆北西向构造区的霍山复背斜西翼,与隧道贯通方案相比更加靠近霍山复背斜的轴部破碎带,断裂构造极其发育,岩体破碎至极破碎;由于受青阡洼断层等阻水逆断层带影响,隧道比较方案穿越区域地下水的补给区及径流区,灰岩岩溶发育,可能发生突水、突泥等地质灾害,调查时发现的溶洞最大直径约3.0m;隧道比较方案穿越区地下水发育,地下水类型主要为基岩裂隙水、岩溶水,根据调查线路附近井泉、居民用水情况,本隧道比较方案将影响到附近村庄上万居民生活。综合比较,最终确定以隧道贯通方案穿越。
2.2地质断层情况
断层破碎带岩体破碎,地下水发育,断层位置的确定对隧道围岩等级的划分有着极为重要的作用。隧道区地质构造复杂,断裂发育,岩体破碎,在大面积地质调绘的基础上,以钻探为主,通过对EH-4大地电磁法和有源大地电磁法两种物探方法的分析,判定隧道共穿越断层7条,其中4条为物探、钻探推测断层。当隧道通过断层破碎带和影响带,以及层间错动带时,围岩均为角砾碎石状松散结构,围岩类别甚低,物探测试呈低阻带,断层水岩溶水发育,其涌水具有突然性和水量大的特征,发生突水突泥等地质灾害的可能性较大。施工时应加强超前地质预报及初期支护,严格控制开挖进度,二衬紧跟。在地下水位以下挖掘时由贫水地段进入破碎带时,应防止突水,做好止排水工作。隧道施工时严禁放大炮,避免对隧道洞身上部地层的裂隙贯通,使积水涌入隧道洞身,造成人为的地质灾害。
2.3岩溶状况
地质构造直接控制着岩溶的发育过程,是由于构造影响岩石的透水性,可溶岩石的透水性直接决定着岩溶的规模,岩溶发育方向主要受层面的控制,岩溶发育的地段一般集中在断层破碎带(尤其是正断层)附近,在可溶岩与非可溶岩的接触面附近,地下水径流区,岩体节理发育段。该隧道洞身地层除进出口外全部为奥陶系中统马家沟组(Om2)角砾状灰岩、泥灰岩、角砾状泥灰岩、泥质灰岩、豹皮灰岩、石灰岩、白云质灰岩、白云岩等,测区内岩溶较发育,主要位于断层破碎带,地表发现最大溶洞直径3m。由于该隧道处于青阡洼阻水断层带西侧的贫—弱富水区,且处于泉水排泄区的下游,难于形成地下水径流,根据物探及钻探分析,隧道区岩溶规模不大,沿断层破碎带及影响带可能存在小型岩溶,不影响工程进展。
2.4岩爆性质
隧道开挖后,改变了岩体的应力平衡状态,导致围岩发生变形和破坏,岩体中初始应力的状态及其特点与隧道围岩的稳定有着密切的联系。岩爆是高地应力地区地下洞室中围岩脆性破坏时应变能突然释放造成的一种动力失稳现象。岩爆的成因,多数认为是高潜能突然释放的结果,凡是有利于产生盈利集中和高潜能存在的地段,就有产生岩爆的可能性。而高潜能的储存又与隧道埋深、地层岩性、地应力状态、洞室埋深、围岩应力状态、开挖断面形式、开挖方法等有关,在众多因素中,地层岩性和地应力条件是产生岩爆的决定因素,即处于高地应力环境中的结构完整的硬脆性围岩是容易发生岩爆的。该隧道洞身范围存在白云岩,灰岩等硬质岩石,最大埋深达420m,且新生代构造十分发育,因此存在岩爆的可能性,在隧道施工中应加强防护措施。
3隧道施工水文地质状况分析
地下水所造成的危害是隧道工程设计和施工中的重大问题,地下水作用触发或诱发的灾害性工程地质问题,严重影响隧道的安全施工和运营,如果处理不当,还会影响居民生活、生产用水,造成严重的环境地质问题。该隧道区围岩受构造影响严重,水文地质情况较复杂,根据收集水文资料,青阡洼—乔家庄—东岭村一线为一近SN向断裂带总体为逆断层,为阻水断层,断层东侧为富水区域,隧道开挖将对区域地下水的补、径、排条件产生影响。由于青阡洼断层的影响,地下水沿该断层形成串珠状断层泉,成为区域地下水的排泄通道。本区地下水类型有第四系、第三系孔隙潜水、基岩裂隙水、岩溶水、构造裂隙水。隧道贯通方案处于泉水补给的下游,位于断裂带西侧的贫—弱富水区,水量局部较丰富。但是由于该区地质构造复杂,断层发育,由于断层的导水作用,其涌水量较大。同时考虑隧道区域泉水的排泄量及物探预测含水层的分布情况,局部存在较丰富的地下水,地下水类型主要为岩溶水、裂隙潜水、断层带水,隧道施工中可能造成突水突泥地质灾害。
关键词:木寨岭隧道;工程地质问题;分析;探讨
中图分类号: U45 文献标识码: A
1工程概况
拟建木寨岭隧道为渭武高速的控制性工程,位于甘肃省岷县与漳县的交界地段,穿越渭河一级支流漳河与黄河一级支流洮河的分水岭木寨岭。隧道采用分离式单斜设计,其中左线全长15205m,右线全长15160m,左右线间距40-50m,洞身最大埋深约629m。进出口高差约200m,平均坡降1.3%。隧道设三座斜井,长度1.2-1.8 km。
2隧址区工程地质特征
2.1 地形地貌
木寨岭隧道位于西秦岭低中山区,穿越漳河与洮河的分水岭木寨岭。隧址区海拔较高,山势陡峻,沟谷深切呈“V”字型,自然坡度多大于50°。地面高程2416~3133m,相对高差717m。山脊岩体,风化严重,节理发育;山坡为坡积、残积及第四纪薄层风积黄土覆盖,水土流失比较严重;沟谷狭窄,少阶地。
2.2 地层岩性
隧址区地层岩性复杂,主要有第四系全新统坡洪积碎石土,古近系砂砾岩,二叠系砂岩、炭质板岩和石炭系砂岩、砾岩、炭质板岩,断层压碎岩等。其中炭质板岩分布占全段约80%。
2.3 地质构造
隧址区位于秦岭-昆仑纬向构造体系,属西秦岭地槽褶皱系的中支秦岭海西―印支褶皱带。构造线总体呈东西―近东西向南凸的弧形展布。区内褶皱带活动强烈,走向断层发育,地质构造极为复杂,类型多样。与与木寨岭隧道有关的构造带主要为大草滩复背斜构造带,褶皱特征:轴线呈 NWW―EW 向的“S”形展布,长 200 余公里,宽 20-40km,核部为上泥盆统、两翼为石炭系、二叠系地层,其翼角为50-70°。该构造带由一系列断层束和褶皱带组成。
木寨岭隧道全部位于大草滩复背斜南翼,与之有关的断裂主要为美武-新寺断裂带F1。断层走向100-115°,以北倾为主,倾角30°~70°,压扭性特征显著,曾发生过向西错动,由多条行的断层束组成。根据现场调查,隧址区发育有多个褶皱构造和十余条断层构造,其中褶皱主要有大坪背斜、大坪向斜、大坪南背斜、大坪南向斜、南水沟背斜和南水沟向斜;断层主要有f1、f2、f3、f4 、f5、f6 、f7、f8、f9 、f10、f11和f12,这些断裂按其展布方向以北西西向为主,大多数被第四系松散层覆盖,但地貌上比较明显。
2.4水文地质特征
隧址区地下水的形成受地形地貌,岩性、构造、气象等多种因素控制和影响,特别是在构造作用下,断层破碎带,褶皱带,节理密集带、岩性接触带,以及在灰岩带溶蚀发育区为地下水的贮存运移创造了良好的内部条件。本区地下水类型主要有第四系孔隙潜水,基岩裂隙水,灰岩岩溶水等,其中以基岩裂隙水、特别是构造裂隙水分别最广泛,富水性最好。
3隧道面临的主要工程地质问题浅析
木寨岭隧道穿越区地形地貌复杂,地层岩性变化大,地质构造发育(11条断层带和多个褶皱带),水文地质条件复杂,总体工程地质条件差。根据该隧道长大深埋的特点及隧址区特有的工程地质条件,隧道将主要面临以下工程地质问题,隧道勘察设计是应引起足够重视。
3.1、构造复杂性及隧道围岩稳定性问题
木寨岭隧道位于西秦岭地槽皱系的北支秦岭海西-印支褶皱带,地质构造极其复杂。根据区域地质资料分析及本次工程地质调查成果,隧道穿越段发育有6个向斜、背斜构造和12条断层破碎带,分别为大坪背斜、大坪向斜、大坪南背斜、大坪南向斜、南水沟背斜和南水沟向斜;f1、f2、f3、f4 、f5、f6 、f7、f8、f9 、f10、f11和f12。这些褶皱和断层破碎带直接导致隧道穿越地层岩体破碎,洞身稳定性差,且断层带的导水作用造成隧道涌水量大,易发生涌水事故。因此,查明隧址区构造带的性质和特征及其对隧道围岩稳定性的影响是该隧道勘察的主要任务之一。
3.2、岩溶问题
根据本次工程地质调查成果,隧道里程AK211+040~AK211+600段为石炭系下统的灰岩分布地段,石灰岩在地下水渗流过程中易发生溶蚀现象形成溶洞。大中型溶洞的存在直接影响隧道施工时洞身的稳定性,同时充满地下水的溶洞易造成施工时的突然涌水事故。因此,是否有溶洞存在及溶洞的分布特征和充水情况也是该隧道勘察需查明的关键性工程地质问题之一。
3.3、水文地质及隧道涌水量预测问题
水文地质条件是隧道设计的基本地质依据之一,且涌水灾害时隧道施工中最主要的灾害之一,严重危及隧道施工安全,影响施工进度。木寨岭隧道地表沟谷发育,隧道穿越地层变化较大,且发育多条构造破碎带。这样构造破碎带极易成为地下水赋存及导水通道。因此,查明隧址区的水文地质条件并准确的预测隧道涌水量也是该隧道勘察的关键性任务之一。
3.4、高地应力及软岩大变形问题
根据区域地质资料分析,并参考兰渝铁路木寨岭隧道实测地应力资料,木寨岭穿越区属高地应力-极高应力状态。高地应力对硬质岩易产生岩爆,影响施工安全;对软质岩易造成洞身围岩大变形,影响隧道施工安全和施工质量。跟据兰渝铁路木寨岭隧道及G212国道木寨岭隧道开挖调查情况来看,隧址区围岩主要为较软岩及软岩,其最主要的工程地质为软岩大变形问题。因此,查明隧址区地应力分布状态及分布特征也是该隧道勘察的关键性任务之一。
4结论
综上所述,渭武高速木寨岭隧道工程地质条件复杂,面临的主要工程地质问题有构造复杂性及隧道围岩稳定性问题,岩溶问题、水文地质及隧道涌水量预测问题和高地应力及软岩大变形问题。隧道勘察时需引起足够的重视,并对以上工程地质问题采取针对性的勘察措施,以确保勘察精度满足设计要求。
参考文献:
[1] 中交第一公路勘察设计研究院有限公司.JTG C20-2011,公路工程地质勘察规范[S]
[2]巨小强,木寨岭隧道越岭区区域地应力特征分析及应用[J],西部探矿工程;
关键词:TSP203;隧道施工;地质超前预报
中图分类号:U452.1+7
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2008)06-0135-03
1引言
隧道是修筑在地下的结构物,其所处的地质条件有很大隐蔽性和不确定性。为了确保施工的安全和高效地进行,有必要事先了解地质情况,为隧道工程以及变更施工工艺提供依据。因此有必要在隧道施工期间采取地质超前预报。
2TSP203基本原理
1
TSP203(Tunnel Seismic Prediction)超前地质预报系统,是由瑞士安伯格测量技术公司专门为隧道和地下工程超前地质预报研制开发的目前世界上物探方面最为先进的地质预报设备。它具有使用范围广、探测时间短、对隧道施工干扰小、探测、解译距离远、分辨率高的优点。既可用于极软岩层,也可用于极硬岩层的地质超前预报。预报距离长,能够预报开挖掌子面前方100~200m范围内的地质状况。
与其它反射地震波方法一样,TSP203采用了回声测量原理。地震波在指定的震源点(通常在隧道的左边墙或右边墙,大约24个炮点布成一条直线)用小药量激发产生。地震波在岩石中以球面波形式传播。当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗差异界面,例如断层、岩石破碎带和岩性变化等)时,一部分地震信号反射回来,一部分信号折射进入前方介质,直至震动波能量全部被吸收。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。反射信号的旅行时间和反射界面的距离成正比,故而能提供一种直接的测量。
TSP203超前地质预报系统的现场布置及测试过程由一系列炮点、两个三维接收传感器(X、Y、Z方向)、接收机及数据处理系统组成(见图1)。
根据隧道的具体地址条件,选定出探测的观测系统的位置,布设炮点,安装接收钢套管。接收器的位置,从掌子面位置往回退55m。接收器与第一个炮点S1之间的距离,必须在20m范围内,不应少于15m。炮点间的距离S1、S2、S3……之间的距离以1.5m为宜(见图2),不应超过2m。如探测距离较短时,也可以减小。为确保TSP203的探测精度,每条观测线上的炮点总数必须大于18个。接收器位置和炮点深度应标记在隧道墙壁上,并记录在案。炮点应布设在同一水平面上,对于X轴方向,如有高差>±1m台阶时应予削平。
TSP203系统由测得的从震源直接到达传感器的传播时间换算成地震波传播速度:
(1)
式中,X1为爆破孔到传感器的距离,m; T1为直达波的传播时间。
在已知地震波的传播速度下,就可以通过测得的反射波传播时间推导出反射界面与接受传感器的距离,以及在隧道断面的距离,其理论公式为:
式中,T2为反射波传播时间;X2为爆破孔与反射界面的距离;X3为传感器与反射界面的距离。
通过测得的纵波波速vp和横波波速vs,利用针对变质岩、火山岩、深层岩和沉积岩四类岩石类型所使用不同的经验公式和从TPSWin软件获得的岩石密度ρ以及下列公式,就可以求出各个动态参数。
动态弹性模量:
3现场探测与资料获取
3.1 现场工作布置情况
隧道现场施工采用三台阶开挖方式,掌子面平整度一般,掌子面宽度17m,高9m。本次TSP203检测掌子面的里程桩号为:ZK55+826,24个炮点中,距掌子面最近的4.0m,检波器距距离最近炮点18m。
3.2 仪器及现场工作方式
本次探测采用TSP203超前地质预报系统的仪器参数设置如下:
记录单元:
① 12道;②24位A/D转换;③采样间隔:62.5μs;④带宽:8000hz;⑤记录长度:7218采样点;⑥动态范围120dB;⑦道数:1-12。
接收单元:
① 三分量加速度地震检波器;②灵敏度:1000mV/g±5%;③频率范围:0.5~5000Hz。④ 工作环境温度0~65℃。
软件系统采用MS Windows作为软件平台,TSPwin处理及评估软件具有高度智能化,有自动和高级两种处理方式可供选择。其数据处理流程主要包括:①初步选定原始波形(X、Y、Z); ②选定波谱分析窗口;③对原始波形进行波谱分析; ④进行带通滤波处理::输入波谱图梯形4个顶点横坐标,滤掉其余部分波形图,保留梯形面积的波形图; ⑤调节、选择、拾取初至波; ⑥确定纵横波、初至波的位置:尽量手动调直; ⑦将各炮点的资料进行能量平衡;⑧经Q值评价提取反射波:设计时间距离坐标的起始位置;⑨分离纵、横波:可设计各种波的距离、范围、坐标、尺寸;⑩波速分析:生成纵、横波的结果显示成像图;深度偏移: 从二维速度模型出发将时间断面转换到实际空间,得到深度偏移图; 拾取反射面:根据选择的主要反射界面个数提取反射界面。
3.3 数据处理与资料获取
TSP203探测的具体资料及数据处理情况如图3~5。图3为软件处理的深度偏移图,图中x代表隧道轴线方向上距检波器的距离, R代表在测线水平面上偏离隧道轴线的距离,掌子面一般位于54.5m处,但根据具体检测环境的变化也可以有所变化。图4为反射界面提取图,为深度偏移图通过以下3个步骤所得:①通过品质因子Q补偿地震波在传播过程中能量的扩散损失及大地的吸收作用;②评估软件在对波形轨迹扫描过程中忽略没有反射或反射微弱部分;③以隧道轴线为标准,提取及计算相对强软反射界面的位置。图5为岩性参数图及二维成果图的组合。岩性参数图中依次分别表示的是纵波波速Vp、Vp/Vs纵横波速度比、泊松比μ及岩石密度ρ;二维成果图由俯视图和侧视图组成,图中X和R的含义和深度偏移图中一致,三角符号代表的是通过纵波提取的,实线为相对强反射界面,虚线为相对弱反射界面。
4结论与建议
4.1根据TSP203探测结果,掌子面前方185m范围内,岩体工程地质特征如表1。
4.2预报段内存在的主要不良地质现象为砂质板岩夹层,该夹层岩质较软,节理裂隙发育,含弱裂隙水,当隧道开挖时遇到此层易产生掉块与坍落,造成超挖与欠挖等现象。
4.3针对上述不良地质地段(Ⅳ段围岩地段),建议采用超前小导管压注浆或超前锚杆预支护施工,并加强每次钻孔及爆破后掌子面的地质观察与描述,进行短距离预报。避免不良地质灾害的发生。
4.4根据隧道施工实际情况,隧道在开挖中所遇到的地质情况与地质超前预报所得的结果较为相符。
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1.1TSP隧道地震波探测超前地质预报方法隧道地震超前预报测量系统简称TSP(TunnelSeismicPredic-tion),是我国20世纪90年代从瑞士安伯格(AMBERG)测量技术公司引进的一套先进的地质超前预报探测系统,也是我国目前应用较为广泛的一种。TSP和其他的反射地震波方法一样,采用了回声测量原理:地震波在指定的震源点(通常在隧道的左边墙或右边墙,大约24个炮点布成一条直线)用小量炸药激发产生,产生的地震波在岩石中以面波的形式向前传播,当地震波遇到岩石物性界面(即波阻抗界面,例如断层,岩石破碎带,岩性突变等)时,一部分地震信号返回来,一部分地震信号透射进入前方介质,反射的地震信号被两个三维高灵敏度的地震检波器(一般左边墙和右边墙各一个)接收。通过对接收信号的运动学和动力学特征进行分析,便可推断空洞断层,岩石破碎等不良地质体的位置、规模、产状及岩石力学参数。
1.2红外探水超前地质预报方法对地球表层岩体的温度起到主导作用的是地球地热场。在一定深度范围内,深度方向每增加1km,地热场的温度则相应的增加30℃,而与其垂直的水平方向,地热场的温度变化却非常小,由此得出结论,在一定深度下,开挖隧道的岩体,可将其看做位于一恒定温度场中,为一常温场,温度的变化几乎为零。所以,当预计即将开挖的掌子面后方存在含有水的岩层,如溶洞、裂隙水等,且该含水岩层与开挖岩体存在一定的温度差时,岩体中会产生相应的热传导和对流作用,那么温度场即不再为恒温场,故而会产生一定的温度异常场,由于这种异常的存在,故掌子面上会存在着温度的差异,所以利用红外辐射测温法测定这种温度变化差异,就可预报掌子面前方的含水层情况。这种方法就是红外探水超前地质预报方法。
1.3其他几种超前预报方法超前预报法除了上述介绍的几种之外,还包括HSP水平声波刨面法、声波CT技术等几种方法,相对而言,这几种方法运用较少。以下简要的介绍这几种方法的原理:1)HSP水平声波剖面超前地质预报方法。由于波的传播过程遵循惠更斯—菲涅尔原理和费马原理,故该方法的原理是建立在弹性波理论的基础之上。HSP水平声波剖面超前地质预报方法有其局限性,探测时的前提条件是岩溶洞穴及充填物与周边地质体间存在较明显的声学特性差异。预报时,在隧道的施工掌子面或边墙处发射低频声波信号,同时,在隧道内其他地点接收反射波的信号,通过对探测到的反射波信号进行时域、频域等方法的分析,就可以了解掌子面前方岩体的变化情况。2)声波CT超前地质预报方法。声波CT超前地质预报方法的基本原理与医学CT技术原理相同,在做预报时也有相应的物理前提,即物性差异不同的介质,在其内部声波的传播速度也不同,通过这种预报方法,在密集对穿的测试方式下,可以通过声波在不同介质中传播速度的不同来计算模拟出物体内部不同物性的具体性质,再通过现场收集到的地质资料的分析,从而达到对预报的掌子面前方的岩体内部的地质体进行三维图像的直观展示。
2常用隧道探测方法的特点
2.1TSP超前地质预测预报法的特点优点:1)该方法适用的范围比较广,适用于各类地质情况;2)对掌子面前方的距离预报较长,能预报掌子面前方达500m深度;3)不影响隧道施工,只是在接收信号时短暂停止施工即可;4)用时短,每次的探测时间约为45min;5)投入费用较少,单位长度隧道的超前地质预报费用非常低;6)成果报告快,仅需要一天时间即可完成成果报告。缺点:1)存在部分因断层、大型节理带与掌子面角度为钝角时,活隧道因开挖空腔挡住地震震源产生的地震波,使其无法穿透,不能经过反射镜面反射,使得待接收装置无法接收,而导致局部断层等不被识别。2)TSP的成果质量受到现场起爆点、接收点钻孔的位置、长度以及角度等的影响非常严重。3)因为所使用的设备均为进口设备,所以成本较高,在普通隧道施工中应用较少。
2.2红外探水超前地质预报法的特点优点:预测速度快,占用施工时间较少;数据分析快,预测工作结束时,就可以得到初步结论。缺点:仅仅可以预测出含水岩体的大致方位,不能给出含水岩体的具置及所含水量及水压等详细数据。
3结语
【关键词】新奥法;隧道工程;不良地质;应用
1 前言
新奥法是新奥地利隧道施工方法的简称,是隧道工程的先进施工技术,其是应用岩体力学理论,采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段,及时地进行支护,控制围岩的变形和松弛,使围岩成为支护体系的组成部分,并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工的方法。当前,随着国民经济的迅速发展,我国公路交通建设规模日益扩大,公路隧道的施工越来越多,隧道开挖的难度不断增加,隧道围岩施工不断出现不良地质情况,出现断层、崩塌、涌水等不良地质情况较多,种类繁杂。针对不同的不良地质情况,应重视对围岩的保护和加固,采用一些特殊的支护方法,以确保施工安全及质量。在此,本文就新奥法施工在不良地质隧道工程中的应用展开阐述,以供参考。
2 新奥法施工应用于不良地质隧道工程中的施工要点
2.1 超前锚杆施工
隧道施工遇到围岩破碎地段时,按照隧道施工顺序,首先在掌子面上施工上斜和外斜锚杆,采用管缝式锚杆,长度为3m,锚杆之间的间距为300mm,把拱部预先加固之后再进行开挖,上斜锚杆在水平方向的投影长度应大于一次进尺的长度(见图1)。
2.2 开挖
2.2.1 超前锚杆施工好之后,开始组织隧道开挖工作。为减少多次开挖对围岩的应力扰动和爆破振动,开挖宜采用光面爆破、预裂爆破或机械掘进,并尽量采用全断面开挖。
2.2.2 开挖作业的内容依次包括:钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。
2.2.3 在采用光面爆破时,应根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线,严格控制周边眼的装药量和装药结构,采用小直径药卷和低爆速炸药,采用毫秒微差有序起爆。具体其爆破参数见表1。
2.2.4 采用光面爆破时,爆破振动速度应小于下列数值:硬岩15cm/s,中硬岩10 cm/s,软岩5 cm/s。
2.2.5 开挖时,一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定。一般,在中硬岩中的开挖长度约为2-2.5m,在膨胀性地层中大约为0.8-1.0m。
2.3 初喷
在出渣之前,为避免围岩长期暴露在空气中,因此须对隧道拱部暴露面积进行初喷。
2.3.1 喷射的混凝土,其水泥宜采用普通P0.425R散装水泥;细集料宜采用中粗砂,细度模数2.9,含泥量1%;粗骨料宜采用规格为5mm~15mm连续级配碎石。同时,还应掺和适量的液体速凝剂。另外,所喷射的混凝土的坍落度宜在80mm~120mm之间,砂率宜为45%。
2.3.2 采用喷射混凝土支护结构时,喷层不宜过厚,一般不超过30cm。
2.4 布设锚杆
在初喷混凝土封闭围岩后按设计布设锚杆和注浆。
2.4.1 安装锚杆前应先将油污锈蚀清除干净,将钻孔吹干净,并确保锚杆杆位、孔径、孔深及布置形式应符合设计要求;锚杆的孔位误差须控制在《公路隧道施工规范》规定的误差范围之内。
2.4.2 布设锚杆时,锚杆中必须注满水泥浆;锚杆施工完成后,砂浆必须全部包裹锚杆,中空锚杆外露端不宜过长,要保证锚固深度。
2.5 挂钢筋安设钢拱架
2.5.1 钢筋网片采用φ6.5圆钢,间距25×25cm(II类围岩为20×20cm),除锈处理后按设计加工成网片。
2.5.2 挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设,与受喷面间留3cm作为保护层;安装时搭接10-15cm,与系统锚杆焊接牢固,确保喷射混凝土时不移动。
2.5.3 钢筋除锈后按设计要求分节加工成型,钢拱架分节间采用φ16mm以上的钢筋焊接连接,形成珩架结构。钢拱架架为半断面形,由立柱和拱部共4部分组成,最后在井下焊接成一个整体。
2.5.4 安设钢拱架时,要按照先墙后拱的顺序在掌子面固定和焊接,固定采用φ30mm,长度为1500mm的圆钢锚杆进行,最后与拱架焊接固定。
2.5.5 为充分发挥钢拱架的承载能力,要求钢拱架必须垂直且与线路方向垂直;且架立拱部钢拱架时,严格控制左、右拱脚标高,以防拱架偏斜。
2.6 喷射混凝土
拱架安装完之后,即可进行最后一道工序——喷射混凝土。
2.6.1 在喷射时,为确保混凝土不坠落,则应采用从墙角向上喷射,且自下而上一次喷厚逐渐减薄,每次喷