岩溶隧道设计、施工与管理

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1、岩溶隧道 设计、施工与管理目 录1 国内岩溶隧道工程地质灾害案例 2 岩溶隧道风险等级划分 3 岩溶隧道预测预报 4 岩溶隧道管理 5 岩溶隧道设计 6 岩溶隧道施工 7 岩溶隧道逃生圆梁山隧道全长11.068km，是渝怀线第一长隧。隧 道穿越毛坝向斜、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段，穿 过三叠系、二叠系、泥盆系、志留系、奥陶系和寒 武系等多种地层。预测水压力为4.424.6MPa，正 常涌水量98000m3/d，最大涌水量145000m3/d。1 国内岩溶隧道工程地质灾害案例 【案例1】渝怀铁路圆梁山隧道910灾害（1）910灾害前超前预测预报TSP202：岩体较为完整、均一，围岩级 别为级。 红

2、外线探水：发生突涌水的可能性较小 超前浅孔钻探：探孔中无涌水、涌泥（2）910事故发生过程2002年9月10日，隧道正洞下导 坑施工到DK354+879，掌子面为 深灰色灰岩，围岩较完整，无水 ，围岩等级为级。 10:05 开挖放炮、正常出碴。 10:40 进行第三车装碴时，掌子 面底部碴堆发生轻微移动并出现 少量涌泥，于是，现场立即停止 出碴，退出所有人员与设备。12:00 设计、施工和科研召开三方紧急会议，决 定施作止浆墙，以保证下一步钻孔注浆施工。 13:30 地质及施工工程师到掌子面进行取样、摄 像和地质分析。当时，从掌子面右下部一大约高 1.5m岩溶管道中挤出黄色硬塑可塑状粘土，局

3、部可见明显擦痕，涌泥长度9m，高度接近下导坑 拱顶部位，约3.5m，涌泥中无水，但在岩体内部 可听见似水流声音。14:00 涌泥部位右侧有少量地下水流出，水浑浊，浓 似泥浆。 14:10 施工人员到掌子面进行止浆墙施作。 14:30 掌子面突然爆开，随之，大规模硬塑可塑状 粘土喷出，约30秒时间，涌泥向外喷出244m，从而塞 满下导坑4200m3空间，受洞内停放在DK354+679电瓶车 、梭矿阻挡，涌泥速度变缓。突泥过程中有4名人员逃 生，9名遇难。之后，涌泥缓慢向洞外继续移动，最快 7m/h，最慢1m/h，到9月12日11:30，涌泥至DK354+550 处基本稳定。 10:4014:30

4、13:30灾害全过程（3）910灾害值得思索的几个问题超前预测预报问题：TSP一次预报距离？ 红外线可信度？超前深孔钻探问题？ 涌泥后该做什么工作：观察多长时间？ 工程灾害发生后怎么办：是逃还是避？ 如何处理以后所遇到的同类地质？马鹿箐隧道全长7879m，是宜万线上长大隧道之一。 隧道为金子山复向斜中四方洞向斜南东翼的单斜地 层中，隧道区域漏斗、落水洞、暗河系统十分普遍 ，岩溶强烈发育。隧道处于岩溶水平循环带和深部 渗流带，管道岩溶水系统极为复杂。预测隧道正常 涌水量170254m3/d，最大涌水量823961m3/d。【案例2】宜万铁路马鹿箐隧道121灾害（1）121灾害前超前预测预报 20

5、05年10月29日，隧道施工到PDK256+011，采用TSP、 地质雷达及2个超前深孔钻探对前方进行超前地质预测 预报，预测预报表明：前方30m左右存在异常，存在溶 隙带，溶隙内富水，超前探孔水量为3035m3/h，水 量稳定4天无任何变化。 11月30日，施工到PDK255+992加强深孔钻探表明：前 方存在一沿线路方向长28m溶腔，溶腔内少量充填黄 泥、河砂、砾块石及木屑等，大部分被水充填，水压 力为0.81.2MPa。初步测算钻孔出水量为4000m3/d， 动水量为2000m3/d。（2）处理措施 迂回施工难度较大，对溶腔采取超前帷幕注浆 ，加固范围为正洞开挖轮廓线外58m。注浆 后经

6、钻孔检查，检查孔均为线状流水，水量为 0.1L/mmin，水压力为0.1MPa。（3）121事故发生过程 2006年1月21日，平导开挖至PDK255+978，已进 入溶洞4m，经观察，溶洞破碎裂隙被浆液充填， 注浆效果较好。 6:30 开始钻孔，掌子面稳定，无任何异常情况 。4个4.5m超前浅孔钻探无水。 9:40 装药 10:08 放炮 10:15 排险10:50 正准备出碴，出碴人员听到掌子面有掉块、 坍方响声，并伴随少量流水，于是立即停止出碴， 乘电瓶车逃离。由于涌水，洞内照明因漏电保护跳 闸中断。平导掌子面突水约5分钟后（据推测） ， 水通过平导和正洞之间的横通道涌入正洞，致使正 洞

7、作业人员13人被困。（反坡施工） 11:00逃生人员出洞后立即报告，施工单位随即组 织营救。梭矿车行至DK257600处左右，洞内已被 水淹没无法前进。11:05水相继从平导、正洞涌出，大水封闭整个平 导、正洞，洞口水面高3.5m，涌水将洞外施工场地 部分冲毁，突水持续约40分钟后涌水量减弱至 300m3/h。经事后推算，高峰期最大涌水量72万m3/h ，突水总量约18万方。突水期间有2个随突水由正 洞冲出获救，其余11人遇难。10:5011:05（4）121灾害值得思索的几个问题超前预测预报到有岩溶存在时该怎么办？是堵 还是排？ 如何评价注浆措施？如何评价超前支护措施？ 不同掌子面的同步逃生

8、预警问题？ 逃生应急照明？如何组织逃生？2 岩溶隧道风险等级划分风险等级评价标准 级风险 隧道长大隧道、隧道穿越可溶岩、地表岩溶强烈 发育、隧道处于水平岩溶循环带、隧道周 围存在暗河系统、隧道穿越背斜或向斜构造 、隧道穿越规模宏大的断层、隧道反坡施工 级风险 隧道长大隧道、隧道穿越碳酸盐岩地层、地表 岩溶强烈发育、隧道处于水平岩溶循环带 附近、隧道穿越规模较大的断层 一般岩溶 隧道中短隧道、隧道穿越碳酸盐岩地层、地表岩 溶发育、隧道穿越规模较小的断层、隧道 穿越垂直岩溶循环带3 岩溶隧道预测预报四类十八种宜万铁路实施情况（1）预测预报方法：必测项目： 必要时选测： 地质素描 HSP TSP20

9、3 负视速度法 地质雷达 孔内CT成像 红外线探水 超前深孔钻探 风钻加深5m浅孔钻探等级级工程地质质特征预测预报项预测预报项 目 A 级级A+(1)极有可能存在重大地质质灾害的地 段，如极有可能遭遇大的暗河体系， 发发育重大软软弱、富水、导导水性良好 的断层层。(2)存在重大物探异常，极 有可能发发生大于10000m3/h以上的特 大型突水突泥，并极有可能诱发诱发 重 大环环境地质质灾害的地段。(3)高地应应 力、瓦斯等灾害极其严严重地段。地质质素描、TSP203(100m)、地 质质雷达(1530m)、红红外线线探 水(20m)、超前水平探孔(30 60m)13孔、超前水平探孔 (30m)

10、6孔、超前浅孔钻钻探 (5m)5孔、HSP或负视负视 速度法 (50m)、孔中CT成像A(1)可能存在重大地质质灾害的地段， 如可能遭遇大的暗河体系，发发育重大 软软弱、富水、导导水性良好的断层层。 (2)存在重大物探异常，极有可能发发 生大于1000m3/h以上的大型突水突泥 ，并可能诱发诱发 重大环环境地质质灾害的 地段。(3)高地应应力、瓦斯等灾害严严 重地段。地质质素描、TSP203(100m)、地 质质雷达(1530m)、红红外线线探 水(20m)、超前水平探孔 (30m)13孔、超前浅孔钻钻探 (5m) 35孔等级级工程地质质特征预测预报项预测预报项 目B级级可能发发生100100

11、0m3/h的中小型 突水突泥地段，存在较较大物探异常 、断裂带带等地段。地质质素描、TSP203(150m)、 地质质雷达(1530m)、红红外线线 探水(20m)、超前水平探孔 (30m)13孔、超前浅孔钻钻探 (5m) 3孔C级级岩溶水文地质质条件较较好的碳酸盐盐岩 和碎屑岩地段，发发生突水涌泥的可 能性不大或规规模不会大于100m3/h的 突水突泥。地质质素描、TSP203(150m)、 超前浅孔钻钻探(5m) 3孔，必 要时时地质质雷达(30m)、超前水 平探孔(30m)1孔。（2）组织与管理制度化管理：制定了宜万线施工地质勘察与 超前预测预报专项机制，编写了宜万线复杂 隧道施工地质实

12、施细则。 职能化管理：设计单位为主体，建设、施工、 监理单位明确职责、分工合理、相互协调、系统 管理。 专项性管理：施工单位要有专业人员和设备。 纳入工序管理：纳入施工工序中，施工中做到 “有疑必探、不探不挖”的原则。 （3）现场应用效果到目前为止，只要是按规定的项目进行超前预测 预报，所遇到的规模较大的岩溶均探测到。 钻机选型：全线共有钻机16种（GY-2PC、HGY- 300D、JD-30、LF-100、MGY-60B、MK-3、MK-5、MK- 5S、RDP-150C、XY-2、XY-2P、XY-2PC、XY-150、YQ -100、ZD-60、ZYG-150B），使用效果相差很大。其

13、中大部分钻机钻进行能力小，这对将钻孔纳入工序 管理造成很大影响（约有17%的时间用于钻孔）。推 荐使用MKD-5S（煤科院西安分院产）、 ZYG-150B（ 煤科院重庆分院产）、 RDP-150C（日本进口）地质 钻机 。超前深孔钻探基本上探到了所有的大型岩溶， 5m浅孔风钻钻探基本上探到了所有的涌水。超前 钻探仍是超前地质预测预报的主体。 TSP预报率不高，应进一步研究，提高预报率 。去年上半年为35%，目前为52%。 地质雷达对基底岩溶探测效果很好。对较大规 模的岩溶反映十分敏感。 红外探水结论模糊，难以起到应有的作用。2004年9月11日，别岩槽隧道出口上半断面开 挖到DK406+422

14、，掌子面炮眼孔射水，施工人 员迅速撤离。12:30分，掌子面爆开，突发大 规模涌水，突水洪峰流量36000m3/h，洞口涌 水高度1.8m，持续时间40min后稳定为500m3/h 。该次突水使洞内设备席卷而出，并冲垮洞口 场地，使上、下游居民用水受到严重影响，造 成经济损失约100万元，（4）不认真进行预测预报的教训暗河断流场地冲垮设备冲毁4 岩溶隧道管理岩溶隧道安全生产是建设单位、设计单位、 施工单位、监理单位四方共同的责任，其中任 何一个环节出现差错，对于岩溶隧道，特别是 级风险隧道，都有可能造成重大的经济损失 和人员伤亡，因此，各方应各司其职、各负其 责。根据以往岩溶隧道施工的经验与教

15、训，岩溶 隧道安全生产有六个要素：安全预报、安全管 理、安全设计、安全施工、安全逃生、安全抢 险。(1)超前预测预报专项化管理专项经费列入概算 纳入施工工序管理（投标阶段） 物探技术应走专业化承包之路 钻探技术应配备快速钻孔机械 加强浅孔风钻钻探工作 制定规范、标准，实现规范化管理（2）隧道岩溶治理程序化管理会商程序：有突涌水可能的，必须由建 设单位组织四方会商。 方案设计程序：设计负责、建设单位审 批 施工程序：施工单位编写施组、监理审 批、施工单位实施 注浆效果检查程序：施工单位实施、监 理签认、建设单位对达不到设计要求的应 重新组织会商。（3）隧道岩溶安全制度化管理制定岩溶隧道防范高风险

16、专项机制 制定岩溶隧道注浆施工管理实施细 则 制定岩溶处理的一般原则(4)隧道岩溶治理费用管理实报实销？承包？采用承包会带来很多 安全隐患。(5)工期问题遇到特大岩溶或有涌突水可能时应重新 审核工期5 岩溶隧道设计 (1)反坡隧道洞内抽水系统设计 (2)洞口排水系统设计 (3)注浆堵水设计 (4)支护体系设计 (5)二次衬砌设计 (6)暗河处理设计 (7)辅助坑道设计方案 (8)逃生通道设计 (9)同声光预警系统设计 (10)应急照明设计 (11)逃生线路设计(1)反坡隧道洞内抽水系统设计 抽水能力：按2000030000m3/d 考虑 抽水泵站距离：600800m 集水仓规模：按抽水能力20000m3/d，储水时间 510分钟考虑，集水仓规模应不小于