巖溶地區(qū)管道施工中的水處理技術(shù)

劉錦洲，林文卓，劉艷敏

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074;2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心，北京 100053)

巖溶地區(qū)管道施工中的水處理技術(shù)

劉錦洲1，林文卓2，劉艷敏1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，武漢 430074;2.住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心，北京 100053)

市政管網(wǎng)建設(shè)中管道經(jīng)過巖溶等不良地質(zhì)時(shí)為防止地下水發(fā)生滲漏污染，在滿足施工的情況下對(duì)其進(jìn)行必要的技術(shù)處理。由于巖溶地區(qū)地質(zhì)情況錯(cuò)綜復(fù)雜，因此處治方法各異。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)巖溶水、地表水等相關(guān)水處理技術(shù)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

溶洞 巖溶水 地表水 水處理

由于巖溶環(huán)境的復(fù)雜性、多重性，致使對(duì)巖溶地下水污染的研究面臨重大的困難。巖溶地下水最基本的特征是含水介質(zhì)的不均勻性，因?yàn)閹r溶地下水是在不同規(guī)模、不同形狀，并具有不同組合及連通程度的地表、地下巖溶形態(tài)中儲(chǔ)存和運(yùn)動(dòng)，因而受地質(zhì)、地形、氣候及其綜合反映的水動(dòng)力條件所制約。巖溶含水介質(zhì)中的水流，具有裂隙流與管道流并存、層流與紊流并存、線性流與非線性流并存、連續(xù)流與孤立水體并存的特性。介于巖溶地下水的這種特性，不完全符合滲透定律，給水文地質(zhì)研究工作帶來很大的困難。

在巖溶地區(qū)，特別是裸露型和半裸露型巖溶地區(qū)，巖溶含水系統(tǒng)抗污染能力弱，巖溶水資源環(huán)境十分脆弱，在管道施工特別是排污管道施工過程中，對(duì)巖溶水及地表水必須做好相應(yīng)的處理，防止地下水出現(xiàn)污染。巖溶地區(qū)管道施工水處理技術(shù)的研究，對(duì)當(dāng)前巖溶地區(qū)的水資源環(huán)境保護(hù)和污染治理具有重要意義。

1 水治理技術(shù)

對(duì)巖溶地區(qū)管網(wǎng)工程水害問題的研究，這方面的研究資料較少。巖溶地區(qū)管網(wǎng)施工對(duì)巖溶水主要進(jìn)行預(yù)防和處理。主要采取的方法是疏導(dǎo)、跨越、加固、堵塞和某些巖溶形態(tài)的利用。疏導(dǎo)措施主要用于對(duì)巖溶水的處理，采用明溝、泄水洞等處理方法。跨越處理有橋跨越、涵跨越和填石路堤跨越，其中橋跨越用于流量大的暗河、冒水洞或消水洞，涵洞跨越用于一般巖溶泉，填石路堤跨越用于季節(jié)性或經(jīng)常性積水但水不深的溶蝕洼地。加固方法主要有洞內(nèi)支撐加固、蓋板加固、爆破頂板后用片石回填或跨越加固、換填加固和打樁加固等。堵塞方法主要是采用片石充填，用于路塹邊坡上的溶洞。巖溶形態(tài)的利用主要利用天生橋跨越溶洞、暗河等。

對(duì)巖溶水的防治，水電部門總結(jié)了堵、截、鋪、灌、隔離和導(dǎo)排的處治方法。堵的方法是采用不同材料對(duì)豎井、落水洞等進(jìn)行堵塞，但位于暗河附近，雨季時(shí)有排泄暗河洪水的天窗、溶洞、落水洞、反復(fù)泉等不宜堵死。截的方法是用截水墻，截?cái)酀B水通道。鋪主要是防止水滲漏，用水泥砂漿抹面。灌主要是灌漿帷幕防滲漏。隔離是修筑隔水堤，防止水滲透破壞。導(dǎo)主要是設(shè)排水鉆孔、減壓井、導(dǎo)管及排水溝等，將承壓地下水引導(dǎo)排泄至建筑物外，防止其對(duì)建筑物的破壞作用。

2 巖溶水的處治措施

巖溶水不同于一般水流，有其典型特性，巖溶水處理總體原則為在盡量多了解巖溶水水量、水位等水文變化規(guī)律的基礎(chǔ)上，宜以疏導(dǎo)為主，采取因地制宜，因勢利導(dǎo)的方法。巖溶水量的估計(jì)寧大勿小，相應(yīng)的排水建筑物也應(yīng)寧寬勿窄，處理上疏導(dǎo)比堵塞好，橋跨比涵洞好。多來路的復(fù)雜巖溶水歸整后再作處理。

2.1 截流

截流的目的是截?cái)鄮r溶水的滲入或降低某一范圍水位達(dá)到路基免受水害影響。截流措施常與水流方向垂直而設(shè)，適用于流量不是很大的巖溶水。但水路復(fù)雜、出水點(diǎn)多，影響范圍廣，水流分散不易匯集，地形復(fù)雜地段，如成群的巖溶泉的處理，其工程措施有截水盲溝，截水墻，截水洞等。工程措施的選用應(yīng)能起到截流的作用，而本身不產(chǎn)生破壞。截流盲溝適用于水量小而分散的巖溶水，為疏導(dǎo)或降低地下水位而設(shè)，盲溝應(yīng)作反濾層。截水墻為防止水流沖擊和滲入而設(shè)，其方向與水流方向垂直。截水墻的材料一般為漿砌片石。截水墻的尺寸根據(jù)水壓力確定。

截水洞為保持疏干某范圍而設(shè)，常采用垂直于地下水來向的一側(cè)設(shè)置截水洞。截水洞與被疏干的范圍應(yīng)以相應(yīng)的引排水措施進(jìn)行結(jié)合，把水引排到截水洞中。截流施工技術(shù)要求有以下幾點(diǎn)。截流措施與水流方向垂直而設(shè)，以便匯集流量不是很大的巖溶水。其工程措施有截水盲溝，截水墻，截水洞等。截流后水流必須有固定出口排出路基范圍，必要時(shí)應(yīng)設(shè)排水溝、急流槽、集水槽等排水措施與之平順銜接，形成一個(gè)完整的綜合排水系統(tǒng)，確保水路暢通，避免積水倒灌。

2.2 排泄

對(duì)常流的間歇性巖溶水，尤其是當(dāng)流量、流速較大，或直接影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)田灌溉的巖溶水都應(yīng)考慮排泄的處理措施，適用于流量大而集中的巖溶水的處理。排水建筑物所設(shè)方向常與水流方向相一致，其工程措施有泄水洞、管道、橋涵及明溝排水。泄水洞常用來排除洼地或基底積水，或?yàn)榻档吐坊皇蛊涓稍锒O(shè)。排水管水量集中的巖溶水可用各種材料的管道引排。排水橋涵常用來排引間歇性流量、流速大的間歇性巖溶水。排水溝為免除封閉洼地積水或改變暗河水流方向，既可作泄水洞，也可開挖明溝引排。

排泄的施工技術(shù)要求有：排水設(shè)施要求縱坡順適，溝底平整，排水暢通，無沖刷和阻水現(xiàn)象。為防止因縱坡過大產(chǎn)生的沖刷，宜采用混凝土澆筑或漿砌片石砌筑。排泄措施的出水口應(yīng)盡可能引至天然河溝，以減少橋涵工程，避免水流入農(nóng)田，損害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。放置排水溝或排水管的基礎(chǔ)承載力應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，否則應(yīng)進(jìn)行加固處理，并使管底或溝底與基礎(chǔ)緊密貼合，受力均勻防止不均勻變形。

2.3 疏導(dǎo)

主要處理基槽處出水量較大的巖溶泉及季節(jié)性冒水洞，往往采用豎井涵管或封堵涵管等綜合方法將水流引出路基外并保持地下管道水氣壓力與地面一致，防止水氣壓力驟變對(duì)基槽產(chǎn)生沖擊或真空吸蝕。結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)疏導(dǎo)的水量而定，防止水路不暢造成基槽沖毀。決定是否采用疏導(dǎo)方式主要考慮巖溶地下水沿垂直向的溶井、落水洞水位上升高度，若基槽底部出現(xiàn)過巖溶涌水從冒水洞反流現(xiàn)象，則必須采用此類疏導(dǎo)方式，施工中不堵塞其水氣通道確保基槽結(jié)構(gòu)不被豎向動(dòng)力水沖擊，若水位最大上升高度不高于基槽底部，在保持地表匯水能及時(shí)排出的情況下，也可根據(jù)實(shí)際采用其他處理措施。

2.4 跨越

線路通過巖溶水時(shí)，如跨越和施工條件較好，可采用跨越的方法。橋跨適用于流量較大的暗河、冒水洞或消水洞等。拱跨適用于一般巖溶泉。

2.5 灌(注)漿

灌(注)漿的處治類型為堵漏灌(注)漿，灌漿類型為帷幕灌漿，適用條件為防滲堵漏和截流。

相關(guān)技術(shù)要求：

1)在基坑周圍布置數(shù)排灌漿孔，鉆孔呈梅花形布置，其間距和數(shù)量據(jù)任務(wù)要求、巖土條件和可灌性等綜合確定;

2)灌漿工藝一般自上而下、有序分段進(jìn)行，先外圍后中間，施工前后要進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)，必要時(shí)要進(jìn)行滲水、注水和壓水試驗(yàn)，進(jìn)行效果比較;

3)漿液水灰比可采用(水∶水泥)為 5∶1，3∶1，2∶1，1∶1，0.8∶1，0.6∶1和 0.5∶1計(jì)七個(gè)比級(jí);

4)設(shè)計(jì)的灌漿壓力、半徑、配合比、吸漿量據(jù)試驗(yàn)結(jié)果參照可灌性及漿液的流動(dòng)性確定。

3 地表水治理技術(shù)

3.1 疏導(dǎo)

處治措施為疏排水，疏排類型為溝、管、涵、洞排泄。

適用條件為：①線路通過有積水的巖溶洼地;②路堤基底有常流泉或間歇泉出露;③路塹邊坡巖溶泉;④路塹切穿巖溶水通道、裂隙含水層和上層滯水層。

技術(shù)要求為：①溝、管、涵、洞的過水?dāng)嗝鎿?jù)水量而定，寧寬勿窄;②路塹邊坡上巖溶泉小流量時(shí)可用吊溝引入側(cè)溝排除;③大流量用泄水洞將水引出路塹外排除;④設(shè)防滲層，防止溝、管、涵、洞的側(cè)壁和底滲漏。

3.2 截流

處治措施為疏排水，疏排類型為截流盲溝、截流墻、截水井(洞)。

適用條件為：①截流盲溝適用于水量小而分散的巖溶水，截水井適用于水量較大的泉眼和冒水井;②截流墻適用于疏導(dǎo)、降水或圍堵而設(shè)置;③防止水流沖蝕和入滲;④改變水流流向。

技術(shù)要求：①截水設(shè)施與水流垂直或斜交，截水工程斷面尺寸據(jù)水量、水壓而定，溝底縱坡＞0.5%;②滲水管采用雙層中央隔離帶滲溝帶孔PVC管;③做反濾層或鋪設(shè)土工布，豎井頂板應(yīng)有防水處理措施。

3.3 封堵

處治類型為防、堵水流，防堵類型為堵塞、壓漿和設(shè)防水層封閉。

適用條件：①處理由地表水形成的土洞和地表塌陷;②處理用其它方法不奏效時(shí)的巖溶突水;③處理基底泉眼;④防止巖溶水誘發(fā)順層滑坡。

技術(shù)要求：①封堵材料要滿足防滲要求;② 基底泉眼流量不大時(shí)，可用鋼管帶螺帽、木塞封堵，不論采用何種方法處理，都不應(yīng)使基底飽水;③必要時(shí)進(jìn)行滲水、注水和壓水試驗(yàn)，施工前后要進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)。

3.4 集水外排

處治類型為攔水池(集水井)，疏排類型為用泵排水。

適用條件：基坑中巖溶滲水。

技術(shù)要求：①集水池的平面尺寸據(jù)水量而定;②水池高度據(jù)水頭而定;③側(cè)壁和底必須防滲。

4 結(jié)論

由于巖溶地區(qū)的水環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，不同的巖溶地質(zhì)，其水環(huán)境特點(diǎn)差異較大，為保證水資源免受污染及施工的順利進(jìn)行，因此對(duì)巖溶地區(qū)施工技術(shù)進(jìn)行研究是非常必要的。

［1］貴州省建設(shè)廳.DB2246—2004 貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.貴州：貴州省建設(shè)廳，2005.

［2］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50268—2008 給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50141—2008 給水排水構(gòu)筑物工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［4］貴州省公路工程總公司.巖溶地區(qū)公路基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)研究［R］.貴州：貴州省公路工程總公司.2004.

TU94+3.1

B

1003-1995(2011)03-0054-03

2010-09-18;

2010-12-28

水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(課題編號(hào)：2007ZX07317-001)

劉錦洲(1984— )，男，河南新密人，碩士研究生。

(責(zé)任審編 王天威)