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1、公路隧道 2 0 1 4年第 4期 6 第 8 8期 城 市隧道穿越 生态环 境敏 感 区的设计 李 岳 任 国雷 蒋 中贵 黄木坤 林 同梭国际 重庆 工程咨询有限公司 重庆4 0 1 1 2 1 摘 要 隧道建设引起的生态环境问题已引起了人们的广泛关注 本文结合重庆南山隧道工程实例 对城 市 隧道 穿越 生态 敏感 区可能诱 发的环境问题 及设计 中所采用 的应对方法 和技 术措 施进行了论述 关键 词 隧道设计生态环境岩溶地区 1 引 言 我 国是个 多 山的 国家 随着 我 国城 市 建 设 的 发 展 城 市隧 道 的数 量 和 长 度 也 在 飞 速 增 长 隧道 施 工所引起的生
2、态环境 问题也越来越 引起 了人们 的 重视 当城市 隧道 穿 越 生态 敏 感 区 如 何 将 隧 道 建 设对生态 的影 响降低至最小 已成 为设 计工作 中的 重 中之重 2 概 述 南 山隧 道 是 重 庆茶 园 新 城 区东 西 干 道 一 期 工 程 的重 要 组 成 部 分 隧 道 为 双 向 4车 道 长 约 2 8 3 0 m 隧道 拟建 区位 于重 庆 市区 东 面 的南 山风 景 区 旅游资源丰富 是重庆著名 的旅游胜地 山上林 木丛生 泉水丰富 对重庆 市的城市生态 系统和城 市环境具有举 足轻 重的地位 素有重庆肺 叶之称 是 必须严 格保 护 的重要 生态 自然 区
3、 根据地勘 隧道拟建 区属构造剥蚀脊状低 山地 貌 地处南温泉背斜两翼 西 陡东缓 峰顶标高 5 0 7 5 7 0 m 隧道穿越的地层有第 四系全新统 侏 罗系 中下统 自流 井 组 三 叠 系上 统 须 家 河 组 中 统 雷 口 坡 组及 下 统 嘉 陵 江 组 地 层 地 层 的分 布 在 背 斜 两 翼呈不等厚对称分布 隧道围岩划分为 V一 级 级 为主 V级较 少 南 山山体两 侧 为 不可 溶 厚 层 砂 岩 中部 出露 为 可溶的碳酸盐 岩 形成狭长 的高位溶蚀槽谷 槽谷 内发育有溶 隙 溶沟及溶蚀洼 地 落水洞 南 山隧 道还穿越须家河组第一 三 五段煤层 在南山隧道的设计中
4、 设计者们充分考虑了隧 道建 设对 南 山生态 资 源 的影 响 采 取 了多 种形 式 和 方法 对其 生态 环境 的保护进 行 了加 强 3 主要应对的生态环境 问题 城市 隧道 穿越 生 态 环境 敏 感 区 其 施 工 及 运 营 32 对生 态环 境可 能造 成 的破坏 主要包 括 以下 几点 1 地下水资 源大量流失 天然供水水 源枯竭 劣质地层水入侵 水污染加剧 水文循环平衡破坏 2 岩 土 失 稳 诱 发 诸 如 洞 口边 坡 失 稳 破 坏 地 面沉陷 岩溶塌陷 土壤流失等 3 对 原始 地貌 植 被及 风景 的破 坏 4 局部水压力增 大 造 成衬砌破坏 渗漏水加 剧 危及
5、 行 车安全 5 施工污染 如施工污水 有害气体 噪音等 6 工程 废渣 污染 7 车行 噪音 对周 边地 区城 市居 民 的影响 8 汽 车尾气造 成 的空 气污染 4 南 山隧道环保设计原则 南 山 隧道 设 计 总 的 原 则 是 在 满 足 总 的技 术 标 准的前 提下 结合 隧道拟建 区位 于南 山景 区范 围 内 综合考虑景观 地形 地貌 地质 气象和社会人 文 加强技术措施 确保不破坏南 山风景 区的生态 系统 尽量减少 隧道 建设 对南 山生 态环境 的影 响 将南 山 隧 道 建 设 成 安 全 舒 适 经 济 实 用 的 环 保 型 隧道 4 1 衬砌 设计 原则 在预测
6、存在高水压地段 初 期支护设计参数要 保证 安全 采 用 注浆 堵 水 防 止 地 下 水 流 失 根 据 隧 道区段地下水位标 高 1 3 6 5米 综合考虑 区段水 文地 质情 况 增 大二 次 衬 砌 厚 度 抵抗 局 部 增 大 的水 压力 避免引起 的衬砌破坏 渗漏水加剧加大 在隧道穿越煤线处采取全断面帏幕注浆 在二 衬 中添加 气密 剂 一 方 面 防止 瓦 斯 渗透 引起 的安 全 隐患 同时 帏幕注浆与煤线共 同形成隔水层 有助 于 防止地 下水 的流 失 具体支护措施见表 1 李岳 等城 市 隧道 穿越 生 态环境 敏 感 区的设 计 表 1 支护参数表 初期支护 支护应用范
7、 围 二次衬砌 湿喷混凝土 锚杆 钢架间距 辅助措施 C 3 0砼 2 0 c m 加 入 拱墙 仰拱 为 1 1 0 c m 厚 V级穿越 水泥 用 量 8 的 硅 C D 2 5中空 锚 杆 I 煤线地带 微分 6 5钢 筋 网 一4 m 8 0 8 0 c m 0 6 m 全 断面帏幕 注浆 的 C 2 5防水 钢筋砼 加 梅花 型布置 入水泥用量 5 的混凝 2 5 X Z 5 c m 土防腐气 密剂 C 2 5 砼 2 0 c m q 6 5 C D 2 5中 空 锚 杆 L 根据超 前地 质预 报 拱墙 仰拱为 1 1 0 c m 厚 V级高压 富水段 一 3 5 m 8 0 0
8、6 m 确定注 浆形式 及 辅 钢筋网 2 5 2 5 c m 的 C 2 5防水钢筋砼 8 0 c m梅花 型布置 助措施 C 2 5 砼 2 0 e m 6 5 C D 2 5中 空 锚 杆 L 根据超 前地 质预 报 级高压 富水段 一 3 m 1 0 0 1 m 确定注 浆形式 及辅 拱墙 仰拱为 1 0 0 c m 厚 钢筋网 2 5 2 5 c m 的 C 2 5防水钢筋砼 1 0 0 c m 梅花型布置 助措施 C 2 5 砼 1 2 c m p 6 5 C D2 5中 空 锚 杆 L 根据超 前地质 预报 拱墙 仰 拱 为 9 0 c m 厚 级高压富水段 一 2 5 m 1
9、2 0 无 确定注 浆形式 及辅 钢筋网 2 5 X 2 5 c m 的 C 2 5防水钢筋砼 1 2 0 c m 梅花型布置 助措施 洞身 开挖 临时边 坡 洞身开挖 临 时刷坡 拱墙为 7 0 c m 厚 的 C 2 5 喷 射 C 2 5砼 1 0 e ra 线为 1 0 4 临时边 洞 口明挖段 坡锚杆 长 3 5 m 按 无 无 防水 钢 筋 砼 仰 拱 为 6 5钢 筋 网 2 5 1 5 0 X 1 5 0 c m 间距 6 0 c m厚 的 C 2 5防水 钢 2 5 c m 筋砼 梅花形布置 4 2防 排水 设计 原则 1 隧道洞 内无 渗 漏水 路 面不积 水 不 冒水 2
10、 保持隧址区地下水系的稳定 不 出现 由于水 资源流失造成的地表塌陷 水位降低等现象 3 生 态 敏 感 区和 风 景 区 不 出现 因 缺 水 而 造 成 的植被 枯 萎死 亡 和 自然 风 景 的破 坏 4 3洞 口位置 的 选择 和设 计原 则 隧道 位于南 山风 景 区核 心 保 护 区 隧 道 出人 口 的设计要尽量隐蔽 必须保证与风景区的 自然环境 相 协调 隧道 洞 口设 计 要 早 进 洞 晚 出洞 尽 量 减 少 开挖 量 4 4施工 期环 保 设计原 则 施工污水排放前要先经过处理 达到排放标准 之后再排人指定地表水体 对施工作业环境进行定 期检查 采取措施将 放炮 混凝
11、土拌和 等造成 的粉 尘 震 动和 噪声 污染 降至 国家 有关 规定 的标 准 4 5 运 营期 环保 设 计原 则 运营期隧道 内的污浊空气要排 向远离 市 区的 方向 隧道洞 口向内 3 0 0 m范围内安装消音板 以降 低行车噪音和尾气对洞 口附近居民生活的影响 5 南 山隧 道 环保 设 计 的具 体 技 术 和 措 施 5 1 减 少地 下水 的流 失及 其造 成 的岩 土失 稳 水是 南 山生态 之 源 以 前很 多 隧道 工 程 就 出现 过隧道修建之后 山上的井泉干涸 溪水断流 从而 林 木枯 死 农 作 物 减产 的情 况 南 山槽 谷 内溶 洞 发 育 地下水丰富 隧道
12、穿越南 山风景 区溶 洞富水段 时 在保 证安 全 的前 提 下 防 止 地 下水 的过 渡 流 失 水 源枯 竭成 为环保 设计 的首要任 务 南 山隧道 设计 对 地 下 水 采 取 以堵 为 主 大 堵 小 排的原则 限排 标准是 洞 口向内至少 3 0 0 m 范 围 内 纵 向每米每天的排水量不超过 0 3 m 其余洞身 段不 超过 l m 对于隧道 内大于设计容许 量的涌水要全 部进 行预注浆或补注浆封堵 注浆技术介绍见 5 2 当遇 到有 较 大水 流 的暗 河 或者 溶 洞 时 为 防 止 地下水 流失 和污染 不易 直接 排 出洞外 和注浆 封 堵 应 首先 查 明水 源 流
13、 向及 其 与 隧道 位 置 的关 系 可通过修筑涵洞或者隧道采 用梁跨 板跨等形式使 水 流通 过 隧道段 当隧道必须穿越溶洞时 可综合考 虑溶洞 的规模 岩壁稳定性 洞内填充物等因素 分别采用跨越处理 封 闭处理 加 固处理 支顶处理等措施来保证安全 隧道 中地下 水 渗 流排 泄 严 重 时可 导 致 岩 溶地 面坍陷 再加上如果溶 洞处理不好 极易造成 隧道 开挖时坍方 涌水 突泥及地表 塌陷等危害 隧道 通 过岩 溶 地 段 时 地 面 坍 陷形 成 过 程 和 突 然 发 生 所 参与的力是 相当复杂 的 而且造成 的人 身安全 施 工和环境破坏问题是相当严 重的 在施 工 中一定
14、要 33 公路 隧道 2 0 1 4年 第 4期 总 第 8 8期 尽力避免 一旦发生 一定要高度重视 对于洞 内坍 塌区可采用注浆和管棚支撑开挖 在地 面采用钢筋 混凝土锚 固桩稳 固坍 陷体 同时从 地表高压注浆 阻截 突泥 5 2注 浆堵水 技术 隧道注浆堵水一方面可以防止地下水的流失 另一 方 面也可 以加 固 围岩 防止 洞 内 坍塌 和地 表 塌 陷 是本次 设计 的技术 重 点 在 此 我 们 对 南 山隧 道 采用 的注浆堵水技术做具体介绍 5 2 1 注浆 堵水段 的 确定 1 南 山风 景核 心 区段 2 根据地质综合评判及超前探水 当掌子面前 方存在高压富水区 具有较 大
15、规模涌水 突水 对隧 道结 构 和隧道 施 工安全 构成 威胁 的地 段 3 根据地表监测数据及 超前探水 和超前 地质 预报 判定 隧 道 涌 水 可 能 造 成 地 表 水 库 严 重 泄 漏 对居 民生产生活由重大影响的井泉干枯的地段 4 根据地 表监 测 数 据 及 超 前地 质 预 报 判 定 隧 道涌水可能引起地表严重塌陷并对地 表建筑安全 构成 威 胁 的地 段 5 根据地质综合评判及超前探水 当掌子面前 方不 存 在高压 富水 区 同 时地 下 水 渗 漏 对地 表 环 境 无影响时 可取消注浆堵水 总之 在物 探显示工作面前 方含水 的情况 下 使用水平超前钻探 根据探水孔
16、的出水总量 和单孔 出水量 来确定注浆起始标准 探水孔总涌水量大于 9 0 L mi n 则进行全断面超前 帷幕注浆 总涌水量小 于 9 0 I rai n 但个别单孔出水量大于 3 0 L rai n时 则 需对这些孔眼进行超前局部注浆 开挖后对于隧道排 水超过限排标准的地段 进行补注浆直至满足要求 5 2 2 注浆方 式 注浆方 式 采 用 超 前 预 注 浆 局 部 注 浆 补 注 浆 三种方式 具体注浆方案分为下列几种 1 超前 预注浆 根 据地 质综合 评判 及超前 探 水 当掌子 面 前 方 存 在 高 压 富 水 区 具 有 较 大 规 模 的涌水 突水可能 或水压相对较低但 围岩差 岩体 结 构性 能 弱 将 导 致 岩 壁 失 稳 诱 发 涌 突水 者 采 用 超前帏幕注浆 2 开挖后开断面径 向注浆 根据超前探水及地 质综合评判结 果 当岩体较 完整 岩体 结构可保证 开 挖安 全 水 压低 水 量 不 大 时 采 取 开 挖 后对 洞 周 围进行 径 向注浆 堵水 3 局部注浆 分局部超 前预注浆 开挖后局部 注浆 等几种 根 据实 际情况 分别 采用 34 4
