填充性岩溶隧道施工处理方法技术
【技术实现步骤摘要】
填充性岩溶隧道施工处理方法
本专利技术涉及一种隧道施工处理方法，特别地，涉及一种填充性岩溶隧道施工处理方法。
技术介绍
我国岩溶塌陷分布较广，许多领域都深受其害。其中，公路、铁路以及矿山受害最严重，其次为农田水利、城市建设、道路与管线路设施等。随着我国西部大开发战略的实施，高速公路、铁路不断向山区延伸，根据中国交通部2016年初调整后的“十三五”规划，在“十三五”末，我国公路通车里程达到150万公里，其中高速公路通车里程将达到13.8万公里。大量的在建或者规划中的公路不可避免的需要穿越岩溶发育地区，而路线上存在的大量的各种溶洞给路基、桥基基础和隧道的建设带来了很多困难。因此，研究岩溶对隧道围岩稳定性的影响及隧道施工过程中岩溶处治技术具有显著的理论意义和应用价值。其中，填充性岩溶对隧道的影响归纳起来主要包括岩溶水的危害、岩溶洞穴及其充填物等方面的危害：一方面，工程围岩范围内岩溶水的存在使得工程地质和水文地质条件发生变化，造成围岩强度降低，渗透水压力增加；另一方面，围岩中溶洞的存在使得围岩物理、力学性质发生变化，进而引起地层刚度和应力场的变化。在隧道施工过程中，溶洞将使隧道的施工力学动态更为复杂，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能解决填充性岩溶在隧道施工过程中，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全的技术问题的...
【技术保护点】
一种填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：包括以下步骤：a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；b、岩溶探测，进行超前地质预报；c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；d、填充性岩溶处治。
【技术特征摘要】
1.一种填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：包括以下步骤：a、找寻岩溶发育控制因素及发育规律；b、岩溶探测，进行超前地质预报；c、填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析；d、填充性岩溶处治。2.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤a中的岩溶发育控制因素，包括岩性对岩溶发育的控制、溶蚀体对岩溶发育的控制、地质构造对岩溶发育的控制、地形对岩溶发育的控制和大气降水对岩溶发育的控制；所述的岩性对岩溶发育的控制具体为：可溶性岩石指能与水发生化学反应而被溶解的岩石，按岩石的矿物成分和化学成分的不同分为三组，即碳酸盐岩、盐岩、硫酸盐岩；溶解度的大小：盐岩>硫酸盐>碳酸盐；可溶性岩石是岩溶发育的前提条件，在同等条件下，岩石的可溶性越强，就越有利于岩溶发育，所以在上述三种可溶性岩石中，盐岩的岩溶最发育，硫酸盐岩和盐岩在地表表面分布较少，而碳酸盐岩地球表面分布最广，对隧道工程的影响范围也最大；所述的溶蚀体对岩溶发育的控制具体为：处于当地侵蚀基准面以上的可溶性岩都可被侵蚀，水量大小、水中CO2含量高低、水力梯度、水温的高低、离子总硬度高低及其它侵蚀性有机酸的含量与岩溶发育的强度和速度成正比；所述的地质构造对岩溶发育的控制具体为：岩溶是否发育以及发育的强弱与岩层的组合类型有关，岩层组合是指可溶岩与非可溶岩层的相互组合关系，断裂构促使岩层产生大量节理裂隙，为岩溶水的活动提供了流通的便道，从而为岩溶作用提供了极为有利的发育条件，岩溶发育强度决定于断层带破碎程度、断层的性质及胶结情况，不同性质的断裂构造对岩溶发育的控制作用不相同；所述的地形对岩溶发育的控制具体为：地形越低、汇水面积越大，就越有利于岩溶的发育，地表水深入地下，深部地下的岩溶形态多以岩溶竖井、落水洞、岩溶塌陷、溶洞或岩溶洼地形态出现，地形越陡地表水体径流越快，水体很难进入深部，这时岩溶的发育主要在地表，常以表面冲蚀为主，常有石芽、溶沟或溶槽地表形态出现，深部的岩溶不发育；大气降水对岩溶发育的控制具体为：降水多或气候潮湿，地下水就能够得到迅速充分的补给，岩溶发育就快，若水体能从地表及深层不断及时得到有利酸CO2，则利于岩溶进一步的发育；所述的步骤a中的岩溶发育规律，包括岩溶发育的呈层性、岩溶发育的不均匀性、岩溶发育具有系统性和岩溶发育的向深性；所述的岩溶发育的呈层性具体为：地壳的上升、停顿与岩溶水的变迁都会影响岩溶发育，不同岩溶时期发育着不同的岩溶形态，也就形成了区域上岩溶发育的呈层性特点；所述的岩溶发育的不均匀性具体为：不同的岩层组合、地质构和水动力条件都会对岩溶的发育产生影响，这表明岩溶在对构造部位、地貌单元和地层层位有着极鲜明的选择性，从而导致岩溶分布极不均一，在地貌上，斜坡地带发育的岩溶个体形态数量少、规模小，这是因为斜坡上的水不能汇集，岩溶更集中发育在槽谷洼地中，岩溶洞穴、落水洞比较发育，而在槽谷洼地中又集中发育于其中心部位；从构造上看，岩溶集中发育于断裂带和岩性变化带附近；所述的岩溶发育具有系统性具体为：岩溶发育与地下水运动有密切的关系，地下水不断得到补给，在径流过程中对不断地溶蚀隧道围岩，使岩溶不断发育，形成溶隙和溶洞、岩溶管道，当地下溶洞形成后，地下水不断向岩溶管道集中，从补给区、径流区到排泄区岩溶发育具有系统性，与地表水系统一样，具有干流、支流之分，共同构成具有密切水力联系的地下水系统；所述的岩溶发育的向深性具体为：岩溶发育的向深性指岩溶急剧向地壳深处发育的特性，岩溶水在压力水头、水力坡度，尤其是水重力的作用下有不断向深层运移的趋势。3.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前地质预报包括超前地质钻探法，用水平钻机揭露掌子面前方岩体，通过钻孔出水的流量、钻杆的钻进速度和颜色来判断来判断前方围岩情况，从而达到超前地预测；按钻探方式分为取芯钻探和冲击钻探，按照钻孔深度超前地质钻探法包括超前浅孔钻探法和超前深孔钻探法；设计和控制钻孔的数量、角度及钻孔长度。4.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤b中的超前地质预报包括地质雷达法，利用超高频电磁波探测地下介质分布，发射机通过发射天线发射中心频率为12.5M至120OM、脉冲宽度为0.1ns的脉冲电磁波讯号，在电磁波向掌子面前方传播的过程中，当遇到电性差异的目标体时，电磁波便发生反射，由接收天线接收反射波；目标体两侧介质的介电常数的差异使电磁波在介质界面产生反射，差异越大反射信号越强烈，反之反射信号越弱；根据雷达波形、电磁场强度、振幅和双程走时参数，推断掌子面前方异常地质或目标体的分布情况。5.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道顶部时：隧道顶部的溶洞对隧道拱腰以上围岩开挖位移有一定的抑制，隧道拱腰以上围岩开挖引起的位移与溶洞大小、溶洞距离成反比；当拱顶溶洞离隧道的距离不断增大时，隧道拱脚围岩开挖竖向位移也不断增大，而拱脚位移却随溶洞直径增大而减小；隧道底部围岩开挖竖向位移亦随溶洞距离而增大，随溶洞直径增大而减小；最大压应力发生在隧道拱脚部位，当溶洞与隧道拱顶距离增大时，最大压应力有所减小，当拱顶溶洞直径增大时，最大压应力亦有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道拱顶距离增大时最大拉应力也有所减小；最小压应力发生在隧道顶部，其值基本不发生变化。6.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道底部时：当溶洞离隧道底部的距离增大时，隧道拱顶围岩开挖竖向位移有所减小，而当溶洞直径增大时，竖向位移有所增大；拱腰围岩开挖竖向位移也在溶洞离的距离增大时有所减小，而在溶洞尺寸增大时竖向位移有所增大；隧道拱脚、隧道底面位移随着溶洞到隧道距离的增大而减小，随溶洞尺寸的增大而增大；隧道开挖最大压应力发生在拱脚部位，当溶洞与隧道底部距离增大时最大压应力变化不大，但随着溶洞半径的增大最大压应力有所减小；而最大拉应力产生在隧道底部，当溶洞直径增大时最大拉应力有所减小，而当溶洞与隧道底部距离增大时最大拉应力也有所减小。7.根据权利要求1或2所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤c中的填充性岩溶对隧道围岩稳定性影响分析，包括溶洞位于隧道正侧部时：隧道顶部、底部、拱脚和拱腰的竖向位移均与溶洞尺寸成正比，与溶洞距离成反比；有溶洞分布时的水平位移朝无溶洞一侧移动；隧道开挖最大压应力发生在左侧拱脚部位，当溶洞半径增大时最大压应力也增大，当溶洞与隧道正侧部距离增大时最大压应力有所减小；而最大拉应力发生在隧道顶部，其值随隧道半径的增大有所增大，且随溶洞距离增大有所减小。8.根据权利要求1所述的填充性岩溶隧道施工处理方法，其特征在于：所述的步骤d中的填充性岩溶处治措施，包括钢管桩注水泥浆施工工艺；所述的钢管桩注水泥浆施工工艺具体为：铲车平整场地：根据设计要求放出基坑边线及定出桩位，对施工区域每隔5m进行探测；在确定地下无障碍物时开挖泥浆坑放水准备；安装钻机进行成孔作业；待施工完毕后泥浆外运至施工区域外，检查并保护成桩；注浆钢管制作焊接：根据施工方案要求的深度进行下料，对于超过6m的进行加强焊接；测量放线：根据设计要求的间距、排距及设计提供的标高进行测量放线；孔距定位：根据设计的孔洞直径、间距、排距使用筷子打入地下进...
【专利技术属性】
技术研发人员：付鹤林，李丰果，于艺林，洪开荣，宋坤，李鲒，邓新武，陈峰，张加兵，黄震，
申请(专利权)人：中南大学，中铁隧道集团三处有限公司，中国建筑一局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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