洞灣隧道進口段巖溶發(fā)育特征分析與施工處理建議8100字

1、洞灣隧道進口段巖溶發(fā)育特征分析與施工處理建議8100字 摘 要：隧道巖溶問題是當前國內(nèi)外隧道施工中的重大難題，巖溶工程地質(zhì)問題對地下工程建立和運營管理造成很大的影響。洞灣隧道施工過程中發(fā)現(xiàn)隧道底板以下發(fā)育大型溶洞，通過配合測量斷面同時進展地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)繪、物探結(jié)合鉆孔詳細查明溶洞規(guī)模、形態(tài)、大小、埋深及與線路的關(guān)系，查明隧道底板以下巖溶發(fā)育情況以及與隧道頂板的間隔 ，評價隧道圍巖的穩(wěn)定性，并提出巖溶施工處理措施建議，為隧道施工及巖溶整治設計提供地質(zhì)根據(jù)。 畢業(yè) /2/view-11984453.htm關(guān)鍵詞：洞灣隧道； 巖溶工程地質(zhì)問題； 圍巖穩(wěn)定性； 處理措施1.引言在建洞灣隧道屬貴州省赤水

2、至望謨高速公路重難點和控制性工程，隧道采用別離式，其中：左洞起訖樁號ZK66+164ZK68+290，總長2126m；右洞起訖樁號YK66+205YK68+290，總長2085m。隧道凈空10.255.0m，隧道最大埋深約310m。當隧道開挖到右線右壁YK66+488里程處揭露出大型溶洞，根據(jù)施工情況和現(xiàn)場初步調(diào)查，從隧道底往上發(fā)育約13m，隧道頂板和右側(cè)壁坍塌；往下垂深發(fā)育3040m，在隧道以下形成多個溶洞大空腔，互相連通。溶洞頂離設計隧道底最薄處約35m。導致中斷施工近五個月，直接影響隧道的施工和平安。但溶洞詳細如何展布？發(fā)育特征如何？與隧道的關(guān)系不清。其危險程度取決于溶洞的規(guī)模、溶洞周圍

3、巖體的穩(wěn)定性和巖體的質(zhì)量及其與隧道的關(guān)系1。2.隧道區(qū)地質(zhì)背景隧道區(qū)屬構(gòu)造溶蝕侵蝕中低山地貌，處于川黔南北向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交接的復合部位，北與新華夏系第三沉降帶的“四川盆地相接，南與早古生帶“黔中隆起相鄰，構(gòu)造形跡定形于印支燕山期，多呈北東向展布。隧道位于桑木場背斜北西翼，其走向與背斜展布方向大角度相交。地層為單斜地層，受構(gòu)造影響，部分小褶曲較發(fā)育，地層總體產(chǎn)狀為255320832。地層巖性組成為奧陶系下統(tǒng)湄潭組O1m泥巖夾灰?guī)r、頁巖、中上統(tǒng)O2+3灰?guī)r及志留系龍馬溪組S1l泥巖。奧陶系下統(tǒng)湄潭組O1m灰?guī)r夾泥巖、頁巖分布于隧道入口K67+000m段，地層產(chǎn)狀2803202032。中風化

4、灰?guī)rO1m分布于隧道進口至ZK66+620、YK66+510段，厚度較大，巖溶極其發(fā)育，于隧道右線YK66+460YK66+515段底板下方及右側(cè)發(fā)育大型溶洞，聯(lián)通至左線ZK66+460ZK66+485段底板下方。根據(jù)施工階段地質(zhì)調(diào)查及資料綜合分析，隧道進口段發(fā)育F1斷層，呈北東南西走向，產(chǎn)狀30077，與隧道左線相交于ZK66+475ZK66+510段，與隧道右線相交于YK66+480YK66+520段。此斷層同時處于奧陶系下統(tǒng)灰?guī)r與泥巖、頁巖接觸部位，切穿下部灰?guī)r地層?？刂屏怂淼肋M口段巖溶的根本特征，巖溶的發(fā)育規(guī)模、空間形態(tài)、延伸范圍及方向等與本斷層根本一致，6處洞腔總體與構(gòu)造帶方向一致，

5、溶洞底板、頂板由緩突變陡部位受構(gòu)造控制顯著，且向大里程方向傾斜，與構(gòu)造帶傾向一致。該斷層對隧道特別是右線施工及運行平安影響很大。3.巖溶發(fā)育特征因巖溶發(fā)育的無規(guī)律性，隧道底板進入洞腔，垂直延伸約30m，頂板還在不斷坍塌掉塊。其巖溶發(fā)育情況分布范圍、規(guī)模不清，造成施工難度極大、無法繼續(xù)施工。目前關(guān)鍵是要詳細查明溶洞規(guī)模、形態(tài)、大小、埋深及與線路的關(guān)系等情況，隧道底板以下巖溶發(fā)育情況以及與隧道頂板的間隔 ，為隧道施工及巖溶整治設計提供地質(zhì)根據(jù)。根據(jù)施工情況及初步調(diào)查，設計院、施工單位、業(yè)主以及地質(zhì)專家的屢次研究論證，通過配合測量斷面同時進展地質(zhì)水文地質(zhì)調(diào)繪，對溶洞的規(guī)模、形態(tài)，長度、寬度、高度及洞

6、底起伏和洞頂?shù)陌纪?、支洞、溶洞的分叉位置、延伸方向、溶洞的?lián)通情況及與隧道底軸線的關(guān)系進展詳細量測，并進展詳細地質(zhì)觀察，對溶洞充填情況、石筍、石柱、石鐘乳發(fā)育情況，地下水大小、流向及水力聯(lián)絡情況，進出水位置及洞壁、頂?shù)椎刭|(zhì)特征進展調(diào)查見下列圖。在以上測量、調(diào)查和物探的根底上，在已開挖隧道底板布置鉆孔進一步查明隧道底板以下巖溶發(fā)育情況和軟弱夾層、巖石的完好程度、大溶洞底板以下巖溶發(fā)育情況，驗證物探解釋效果。根據(jù)調(diào)查測繪成果進展綜合整理，分析巖溶發(fā)育特征和分布規(guī)律，得出溶洞頂與設計隧道底的厚度及變化情況和溶洞以下巖溶發(fā)育情況，評價與隧道的關(guān)系和影響2。3.1 巖溶水水力通道及發(fā)育特征巖溶水為隧道區(qū)

7、主要的地下水類型，含水巖組為奧陶系灰?guī)r，賦存于灰?guī)r巖溶管道中，包括溶洞、溶蝕裂隙、溶槽等，均勻性差，部分富水性強。地下水徑流條件主要受巖性、構(gòu)造、巖溶發(fā)育程度的影響，分布不均勻。地下水的補給來源主要是大氣降水入滲補給。由于斷層及其影響帶范圍內(nèi)巖體破碎、巖溶管道發(fā)育，有利于地下水富集，地下水運移于兩盤巖層節(jié)理裂隙、巖溶管道中，形成富水區(qū)，部分水量較大。據(jù)實測水文地質(zhì)成果，隧道區(qū)主要存在6條流水通道，分別是：巨型溶洞RD1中2#溶槽開場，經(jīng)過1#、2#、3#至4#洞腔后下滲通道。此通道水流通過溶洞底板或底板下層通道向南西方向開展、聚集，流通過程中接納中途聚集水流后逐漸形成較大水流，成為形成巨型溶洞

8、洞腔及該溶洞群的主要水力因素。巨型溶洞RD1流水洞S4至下部巖溶裂隙通道：S4為流水洞，水量4.5L/s2022年11月25日。S4處流水洞面積約0.50.6m2，下方15m深度范圍內(nèi)為受此流水洞沖刷、溶蝕形成的豎井，呈圓形截面，直徑約8m，深度較大，且同1#溶槽聯(lián)通。此通道水流通過地下深層通道向南西方向開展、聚集，形成較大水流，成為形成1#洞腔及附近空洞的主要水力因素。溶洞群3#洞腔流水洞S1至下部巖溶裂隙通道：S1為流水洞，水量5.0L/s2022年11月25日。S1處流水洞面積約0.50.5m2，向180方向延伸約10m后向下繼續(xù)延伸。此通道水流通過地下深層通道向南、南西方向開展、聚集，

9、形成較大水流，成為形成3#洞腔底部空洞的主要水力因素。故此推斷，3#洞腔底部存在一定規(guī)模的巖溶，但對隧道施工及運營影響不大。 3.2 隧道進口段巖溶水水力聯(lián)絡特征根據(jù)對RD1溶洞群的準確測量，該溶洞群各洞腔分布具有明顯的水力侵蝕特征，最明顯的是，從1#、2#溶槽至1#洞腔，再至2#、3#、4#、5#、6#等洞腔，水位侵蝕高程由高至低逐漸降低，由此形成水力通道。其中主通道從2#溶槽開場，經(jīng)過1#、2#、3#至4#洞腔，此通道水流受控于F1構(gòu)造，通過溶洞底板或底板下層通道向南西方向開展、聚集，流通過程中接納中途聚集水流后逐漸形成較大水流，成為形成巨型溶洞洞腔及該溶洞群的主要水力因素。隧道進口段溶洞

10、與外界存在水力聯(lián)絡，其中6#洞腔內(nèi)發(fā)現(xiàn)有螃蟹及鼠類動物的殘骸，但并不是溶洞內(nèi)原生動物，推測是溶洞在洪水期間由涌入的地表水沖帶進來后沉積形成，故此可以判斷，至少6#洞腔與外界存在水力聯(lián)絡；3#洞腔S1處水流較大，向180方向延伸約10m后消失于細小過水通道內(nèi)，根據(jù)溶洞內(nèi)地形、地層巖層條件推斷，3#洞腔亦與外界存在水力聯(lián)絡；1#溶槽S4處水流較大，經(jīng)陡壁處的流水洞向下垂直散落在P2處巨石上，根據(jù)隧道施工時的觀測，P2處巨石為人工堆積形成，向下方深度15m后發(fā)育豎井，水流向下經(jīng)塊碎石間縫隙深化到該豎井內(nèi)消失，根據(jù)溶洞內(nèi)地形、地層巖層條件推斷，1#溶槽亦與外界存在水力聯(lián)絡。根據(jù)對溶洞內(nèi)巖層裂隙的仔細觀

11、測2022年11月26日，除1#洞腔外，其他洞腔巖層面、裂隙面間包括洞腔頂部巖層充填有軟塑狀粘性土，但年代已久。因此可以判斷，在隧道區(qū)極端洪水期間，RD1溶洞群中2#、3#、4#、5#共4個洞腔會完全被洪水吞沒，在1#大洞腔、6#小洞腔、1#及2#溶槽底部會存在一定深度的積水，各洞腔內(nèi)尤其是空間狹小的洞腔通道、過水通道、落水洞內(nèi)水流湍急，對洞內(nèi)沉積物或構(gòu)筑物沖刷、侵蝕作用強烈。3.3 隧道進口段溶洞沉積物特征關(guān)于巖溶水水力特征的綜合分析，以及對各洞腔、通道、溶槽等巖溶形態(tài)內(nèi)沉積物的實際觀測，證實了洞灣隧道進口段溶洞群的開展趨勢，即以F1構(gòu)造帶為導向，從北東方向的1、2#溶槽開場，主要經(jīng)1、2、

12、3、4#洞腔，繼續(xù)向南西方向延伸，途中聚集來自各通道、洞腔內(nèi)的支流而形成較大水流，構(gòu)造帶主導了巖溶洞群的發(fā)育、伸展。本隧道進口溶洞群各通道、洞腔內(nèi)巖溶沉積物主要為重力水沉積類型，主要沉積物包括石鐘乳、石筍、石幔、石旗、鵝管等。按其發(fā)育的規(guī)模大小，自北東至南西方向各洞腔、通道內(nèi)沉積物的典型特征為：11、2#溶槽至6、5、1#洞腔：洞穴沉積物主要為石鐘乳、石筍、石幔，規(guī)模大、發(fā)育程度高、形成年代早。其中最高的石筍發(fā)現(xiàn)于6#洞腔，高度達6.1m；特別的是，在2#溶槽中部集中發(fā)育穴珠，小的如豆粒，大的如乒乓球，外表呈淡黃色，周邊洞底較平坦，是碳酸鈣巖溶水球形結(jié)晶的特殊表現(xiàn)。21#洞腔：溶洞群中最大的洞

13、腔，洞穴沉積物主要為石鐘乳、石筍，集中于地質(zhì)條件較為穩(wěn)定的南側(cè)洞壁附近；洞腔北側(cè)發(fā)育一堵北東向巨型石幔。洞穴沉積物規(guī)模較大、發(fā)育程度較高、形成年代較早。其中最高的石筍發(fā)現(xiàn)于6#洞腔，高度達6.1m。32#洞腔：溶洞群中較小的洞腔，洞穴沉積物主要為小型石鐘乳、石筍，規(guī)模較小、發(fā)育程度較低、形成年代較晚。其中最高的石筍高度僅1m左右。43、4#洞腔：溶洞群中較大的洞腔，洞穴沉積物主要為鵝管，部分有小型石鐘乳、石筍。鵝管是石鐘乳發(fā)育過程中的最初形態(tài)，自洞頂向下生長，空心細玻璃管狀。其規(guī)模很小、發(fā)育程度低、形成年代晚，其中最高的石筍高度僅10cm左右，尚處于生長的初期階段。3.4 隧道巖溶發(fā)育規(guī)模及形

14、態(tài)特征經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪及對溶洞的實測，隧址區(qū)巖溶極為發(fā)育。巖溶形態(tài)主要表現(xiàn)為落水洞、溶洞及地表溶蝕洼地、地表塌陷等，特別溶洞，具有發(fā)育規(guī)模大、空間變化差異大、受構(gòu)造控制明顯的特征。其中溶洞RD1及聯(lián)通溶洞群受F1構(gòu)造影響，發(fā)育規(guī)模宏大，與隧道右線YK66+478YK66+490段聯(lián)通，對隧道施工及運行平安影響很大，目前看來是洞灣隧道施工中最大的巖溶地質(zhì)障礙。發(fā)育的溶洞群總體呈北東30延伸，與隧道軸線近直交，由6個洞腔連通而成，隧道左右線均位于1號大空腔上部穿過。溶洞沿隧道右線縱向由里程YK66+459發(fā)育到里程YK66+516，長約57m。為沿隧道右線發(fā)育最寬；左線縱向由里程ZK66+461發(fā)育到里

15、程ZK66+486，長約25m。橫向向隧道兩側(cè)發(fā)育延伸長約265m。洞高一般1619m，斜向右線右邊墻外側(cè)發(fā)育落水洞，深約35m，在溶洞范圍內(nèi)右線發(fā)育到拱頂以上35m。YK66+459+479段溶洞底較平緩，高程1004.251010.62m，往大里程方向溶洞底逐漸變高變陡，高程由1004.25m到1021.50m，高差17.25m，坡度30.7，溶洞頂?shù)赘就蜃兓?，向小里程傾斜。由小里程向大里程由厚變薄，也就是1號洞腔中坍塌區(qū)最薄僅6.16m，右隧道開挖斷面處最薄，向左右兩側(cè)變厚。根據(jù)調(diào)查隧道YK66+492+516段發(fā)育構(gòu)造帶，走向30，傾向120，傾角77，與隧道軸線近垂直，平行于溶洞

16、主長軸。受其影響，在右隧道沿隧道軸線YK66+492+516段長24m，寬約25m范圍內(nèi)溶洞頂發(fā)生強烈崩塌，形成厚10m的崩積物，溶洞頂板離隧道底厚僅6.1613.05m，屬最危險地段。3.5 隧道巖溶形成機制洞灣隧道位于赤水河系侵蝕第二階地，大氣降水豐富，地表徑流充分，地表水沿構(gòu)造帶及地層接觸帶等軟弱構(gòu)造面下滲，地下水的動態(tài)變化較大。在隧道區(qū)域地層巖性相對復雜，灰?guī)r及泥巖、頁巖呈夾層狀分布，其進口下部及隧道中部的泥巖、頁巖屬相對隔水層，地下水沿灰?guī)r節(jié)理、裂隙浸透過程中遇到阻隔，便向下沿其層間裂隙、垂直節(jié)理及構(gòu)造裂隙滲流，在泥巖與灰?guī)r接觸面附近形成近似沿灰?guī)r層面發(fā)育的且角度較大的豎向溶蝕裂隙，

17、溶蝕裂隙在以往較為穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境條件下繼續(xù)向下、向外擴展，形成一定規(guī)模的溶洞；后期洞頂在自重作用下坍塌，形成的較大溶洞腔體。經(jīng)過地殼的不斷抬升作用及地下水的溶蝕作用，溶洞出如今目前位置。非溶巖與灰?guī)r接觸帶是巖溶發(fā)育的相對強烈地段。 F1斷層控制了隧道進口段巖溶的根本特征，巖溶的發(fā)育規(guī)模、空間形態(tài)、延伸范圍及方向等與本斷層根本一致，6處洞腔總體與構(gòu)造帶方向一致，溶洞底板、頂板由緩突變陡部位受構(gòu)造控制顯著，且向大里程方向傾斜，與構(gòu)造帶傾向一致。4.隧道巖溶發(fā)育圍巖穩(wěn)定性評價4.1 隧道進口段巖溶區(qū)圍巖穩(wěn)定性評價隧道左線ZK66+460ZK66+486段位于大型溶洞上方，區(qū)段長度26m，隧道底板下方

18、完好巖體厚度19.8632.44m，厚度在縱向上ZK66+478.8處最小21.29m，厚度呈“狀；橫向厚度從左向右側(cè)逐漸變小，最小為19.86m；通過溶洞內(nèi)的實際觀測，溶洞頂部巖體處于根本穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)育有小型石鐘乳，但洞頂巖體裂隙中充填有粘土，說明洞內(nèi)洪水時水位可到達洞頂并在較長時間內(nèi)保持了較高水位；洞內(nèi)地面所覆蓋的45m厚度碎塊石形成年代已長遠，塊石上發(fā)育石筍。隧道右側(cè)邊界附近有細微崩塌現(xiàn)象，為施工爆破、大型機械作業(yè)產(chǎn)生強烈震動所致，對隧道施工及營運影響較小。建議對最小溶洞頂板厚度19.86m、按簡支梁構(gòu)造對隧道底板巖體的抗壓、抗彎及抗剪強度進展驗算，根據(jù)驗算結(jié)果提出適當治理措施。另外，隧

19、道左線ZK66+485ZK66+515段受構(gòu)造F1控制，隧道底板部分發(fā)育巖溶裂隙，有可塑狀粘土夾碎石充填，區(qū)段長度30m，據(jù)鉆孔及物探成果提醒，地表3m左右深度內(nèi)部分存在巖溶裂隙，且位于隧道側(cè)壁下方，隧道中線處巖體較完好，應對該段隧道底板處軟弱地段進展清理，挖除巖溶裂隙充填物，換以混凝土充填；為了消除該段地基的不均勻性，建議ZK66+491ZK66+510段兩側(cè)架梁通過。隧道右線YK66+459YK66+516段位于大型溶洞上方，區(qū)段長度57m，隧道底板下方完好巖體厚度3.8029.52m，厚度在縱向上YK66+502.5左側(cè)35m最小，僅有3.8m，為洞頂金字塔型崩塌區(qū)中心，向小里程厚度變大

20、；洞廳內(nèi)橫向厚度從左向右側(cè)逐漸變大。建議對溶洞頂板按簡支梁構(gòu)造針對不同區(qū)段隧道底板巖體的抗壓、抗彎及抗剪強度進展驗算，根據(jù)驗算結(jié)果提出適當治理措施。通過溶洞內(nèi)的實際觀測，YK66+490YK66+515段溶洞頂部巖體處于崩塌失穩(wěn)狀態(tài)，對隧道底板平安影響極大，必須盡快治理；YK66+470YK66+490段溶洞頂部巖體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，受施工爆破、大型機械作業(yè)震動會有一定規(guī)模的崩塌，對隧道底板平安有較大影響，必須治理；YK66+459YK66+470段溶洞頂部巖體處于根本穩(wěn)定狀態(tài)，受施工爆破、大型機械作業(yè)震動偶然會掉塊，對隧道底板平安影響較小，可采取噴漿等治理措施。4.2 隧道進、出口已開挖段底板

21、穩(wěn)定性評價本次勘察通過物探及鉆探手段，根本查明了隧道進、出口已開挖段底板的巖溶發(fā)育情況。進口段物探采用地震波法、高密度電法，并針對物探異常區(qū)進展了鉆探驗證，其中：ZK1里程位置：YK66+300中心、ZK2里程位置：YK66+405右3m、ZK5里程位置：ZK66+518右3m、ZK6里程位置：ZK66+575左3m共4孔布置在物探異常區(qū)，鉆探深度均超過30m。鉆探結(jié)果顯示：在隧道底板以下30m深度內(nèi)未發(fā)現(xiàn)溶洞。隧道左線ZK66+485ZK66+515段受構(gòu)造F1控制，施工開挖時發(fā)現(xiàn)隧道底板部分發(fā)育巖溶裂隙，有可塑狀粘土夾碎石充填，區(qū)段長度30m，據(jù)鉆孔ZK5里程位置：ZK66+518右3m、

22、ZK7里程位置：ZK66+502右2m及物探成果提醒，地表3m左右深度內(nèi)部分存在巖溶裂隙，且位于隧道側(cè)壁下方，隧道中線處巖體較完好。隧道出口已開挖段物探成果未發(fā)現(xiàn)明顯的異常區(qū)。因此，可以判斷：隧道已開挖段底板除左線ZK66+485ZK66+515段部分存在巖溶裂隙、需要治理外，其余隧道底板是穩(wěn)定的，可作隧道路基持力層。4.3隧道進口段溶洞底板穩(wěn)定性評價本次勘察通過測量及鉆探手段，根本查明了隧道進口段大型溶洞底板的地質(zhì)情況。針對大型溶洞底板進展了鉆探，鉆至溶洞底板以下完好基巖10余米。鉆探結(jié)果顯示：在大型溶洞底板以下10m深度內(nèi)、鉆孔未發(fā)現(xiàn)溶洞。因此，可以初步判斷：大型溶洞底板根本穩(wěn)定。但不能排

23、除底板深部巖溶發(fā)育的可能性。為了把巖溶施工風險將至最低，該溶洞治理工程施工前，仍需進展進一步鉆探驗證。5.施工處理措施建議經(jīng)過對隧道巖溶的詳細勘測和巖溶發(fā)育特征的分析研究，提出如下建議：1隧道洞身地層巖性較復雜，洞身段圍巖級別以級為主，地下水部分富集，對構(gòu)造破碎帶、巖溶發(fā)育地段應及時采取加固、防護措施，確保隧道的平安施工。3隧道左線ZK66+460ZK66+486段位于大型溶洞上方，區(qū)段長度26m，隧道底板下方完好巖體厚度最小為19.86m，建議對此厚度按簡支梁構(gòu)造對隧道底板巖體的抗壓、抗彎及抗剪強度進展驗算，根據(jù)驗算結(jié)果提出適當治理措施；隧道左線ZK66+485ZK66+515段受構(gòu)造F1控制，隧道底板部分發(fā)育巖溶裂隙，且位于隧道側(cè)壁下方，隧道中線處巖體較完好，應對該段隧道底板處軟弱地段進展清理，挖除巖溶裂隙充填物，換以混凝土充填；為了消除該段地基的不均勻性，建議ZK66+491ZK66+510段兩側(cè)架梁通過。4 隧道右線YK66+459YK6