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岩溶地区公路工程的主要挑战(图)

2022-09-15 中国公路网 作者:策划┃本刊记者 张林 文/图┃吴大鸿 曾耀 邓家喜 郑振兴

岩溶地区地质条件复杂,公路工程与岩溶之间的相互作用非常显著。一方面,复杂的地质环境、水文环境制约了岩溶发育地区的公路修建,例如岩溶地质条件极易导致路基塌陷、桥基失稳、隧道突水、边坡失稳等地质灾害;另一方面,公路工程建设也会影响甚至破坏沿线生态环境。

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广西宜州至河池高速公路岩溶山区“土夹石”边坡开挖情况

目前,我国岩溶地区公路工程面临的挑战,主要集中在勘察设计、路基铺筑、桥梁工程及隧道工程方面。

勘察设计方面

由于隐伏岩溶形态各异,空间分布规律性差,在岩溶地区,无论是路基基底、桥梁桩基、隧道洞身,还是桥隧的大小长短,均有可能存在岩溶不良地质体。目前的勘察设计时间与经费均有限,无法对通过岩溶地区的公路路基基底和构造物进行全面详细的勘探,且勘探方法比较单一、效率低下,钻探往往是“一孔之见”,这使得施工前难以对桥隧地质情况完全清楚掌握。所以勘察工作结果往往是“测不够,探不准”,时常出现勘探资料与实际情况之间存在较大误差的现象。

以隧道工程为例,为提前发现掌子面前方的岩溶地质不良体,加强施工过程中的岩溶隧道地质超前预警工作是非常有必要的,这项工作也因此被建设各方高度重视并寄予厚望,个别委托方甚至提出“达到百分之百的预报准确率和一米不差的预报”精度要求。委托方的心情可以理解,但这目前确实是一种苛求,岩溶地质是极其复杂的一种不良地质体,现有探测技术用于极其复杂的地质不良体,准确率本身就存在局限性,委托单位需要正视问题,联合设计单位、施工单位、第三方检测单位,实事求是、共同努力,才有可能提高对岩溶不良地质体的正判率。

路基铺筑方面

在岩溶地区新建高等级公路,如何确保路基基底的稳定是首要考虑的问题。岩溶地区公路路基基底的特点为不均匀性,这是由岩溶地区地表及地下岩溶形态发育不一导致的。石芽、石笋、漏斗、落水洞、土洞等岩溶形态使岩溶地区路基基底的处治复杂化,各种裸露于地表和埋藏于地下浅层大小规模不均匀的岩溶形态不但会造成路基施工困难,也极易造成路基在修筑或运营过程中发生不均匀沉降、塌陷、受淹水毁等质量安全事故。因此,如何评价岩溶发育区、防治岩溶地质对路基及结构物的影响是非常关键的问题。其中,岩溶水和浅层隐伏岩溶形态的勘探及处理技术是岩溶地区路基修筑的难点。例如,广西桂林市至阳朔县高速公路由于在勘察设计阶段对岩溶土洞问题考虑不周,未考虑到溶蚀平原覆盖岩溶会产生土洞问题,造成路基施工时大量土洞暴露,产生地面塌陷,造成工程大量变更和工期损失。

岩溶水的处理是岩溶地区修筑公路的重中之重。如果岩溶水处理不好,公路工程到运营期仍会发生种种水毁事故。岩溶水对路基产生影响的三种主要方式分别是在雨季时消水困难或地下水反涌,造成水位大幅上涨,冲刷、淹没路堤,造成路堤坍塌或冲毁;在地下水的涨落、流动及地下水与地表水互相补给过程中,浸泡、软化、潜蚀、冲蚀基底或路基,导致路基填料或地基土细料流失,最终引发不均匀沉降、塌陷等;封闭地下管道裂隙中水位急剧变化会引起水气压力冲击路基或真空吸蚀,而地面塌陷的最主要原因就是地下水位下降形成的岩溶腔真空吸蚀作用。

关于岩溶水的处理,应在尽量多了解岩溶水水量、水位等水文变化规律的基础上,以疏导为主,采取因地制宜,因势利导的方法。岩溶水量的估计宁大勿小,相应的排水建筑物也应宁宽勿窄,处理上疏导比堵塞好,桥跨比涵洞好。

岩溶地区路基修筑填料来源十分困难。其特点是土质填料缺乏,而石灰岩石料丰富。岩溶地区土壤浅薄,主要为高液限黏土,黏土含水量和塑性指数高、变形大、强度低,路基填筑施工困难、稳定性差。同时,土壤对当地村民来说相当重要,是种植的希望,故岩溶地区路基填料往往以石方为主,但石方开挖对环境破坏较大。如何合理开挖,合理利用地材,确保填石路堤施工质量,保护有限的耕地,不破坏沿线景观,使公路建设与环境保护相结合,根据可持续发展要求建设生态路、环保路,是在岩溶地区修筑高速公路工程必须面对的难题。

由于岩溶裂隙的存在,岩溶山区开挖出来的路堑边坡往往是俗称“土夹石”的石方边坡,其主要存在三种问题。一是“土夹石”的石方边坡在雨水作用下,会发生石间土流失,坡顶土溜塌;二是由于自然或爆破等种种原因,石方边坡的坡顶或坡中的个别危石,存在因自然条件变化而滚落的可能;三是由于设计或爆破开挖施工不当等原因,会导致石方边坡沿裂隙面、层理面滑塌。

其中,前两者相对于整个边坡而言,属于局部失稳问题,在岩溶地区最为常见,一般采用浆砌片石保护面墙、清理危石的防护手段,情况严重的可采用主动或被动的刚性或柔性防护网。第三种问题为整体失稳问题,由于设计边坡坡度与原石方边坡层理面角度不符,往往会出现“切脚”的情况,从而造成失稳的趋势。因此防治岩溶路堑边坡病害及地质灾害问题,减少公路施工和运营过程中岩溶边坡病害成为了岩溶地区公路修筑过程中的一项关键技术。 

桥梁工程方面

岩溶地质对桥梁建设的影响主要体现在地基稳定性与承载力、成桩与质量控制;不合理的桥基布设易诱发岩溶地质灾害等问题。高等级公路进入岩溶山区后因地面起伏大,山高谷深,桥型复杂,因而对基础承载力提出了更高的要求,也使大直径桩基础等深基础形式被广泛采用。复杂多变的各种地下岩溶形态造成了此类基础持力层难以确定、成孔困难、施工事故多发等问题。例如,在建的广西天峨龙滩特大桥桥梁扩大基础,因基底岩溶裂隙发育,其他水系的水通过岩溶管道灌入,造成围堰失败,影响工期两个月之久。

岩溶地质形态对桩基成孔施工的影响可归纳为覆盖层、溶洞、不完整岩溶形态、岩溶地下水四大方面,并且这四种影响因素往往是在同一桩基中同时存在的。桥基岩溶问题一般出现在地下深层,特别是“串珠式”溶洞处理困难,对桥梁结构物危害性大,在岩溶发育程度低的地区也时有出现,因此岩溶桥基问题显得比较突出。岩溶地区桥梁桩基施工存在的问题和常见的事故主要有成孔方法选择不当、漏浆、塌孔、钻孔偏斜、卡钻、掉钻、混凝土流失等。

隧道工程方面

当隧道穿越可溶岩地层的节理、裂隙、断层等不连续面,或遭遇溶洞、溶管、暗河时,拱顶岩块垮塌、涌水、突泥是极易发生的地质灾害。岩块垮塌、突水突泥的发生具有突发性,往往会造成人员安全问题及施工设备和材料的严重损毁,施工被迫中断,从而造成巨大的经济损失,大量涌水排出的同时还会经常造成地表水土流失,塌陷,形成严重的环境问题。因此,如何提前预报前方岩溶地质不良体,防治涌水、突泥灾害,确保施工安全和隧道运营的长期稳定是修建隧道的技术难题。

从勘察设计到建设施工,从路基到桥梁,再到隧道。岩溶对公路工程提出的挑战覆盖了公路建设的方方面面,需要公路人步步为营、一丝不苟、严阵以待。

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