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1、,岩溶隧道 安全施工技术与管理,第一章 国内岩溶隧道工程地质灾害案例 第二章 岩溶隧道风险等级划分 第三章 岩溶隧道安全的生产要素、程序和组织 第四章 岩溶隧道安全预测预报 第五章 岩溶隧道安全管理 第六章 岩溶隧道安全设计 第七章 岩溶隧道安全施工 第八章 岩溶隧道安全逃生 第九章 岩溶隧道安全抢险 第十章 中国古文化对岩溶安全的启示,第一章 国内岩溶隧道工程灾害案例【案例1】渝怀铁路圆梁山隧道910灾害,圆梁山隧道全长11.068km，是渝怀线上最长的隧道。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。设计阶段预测水压力为4.42
2、4.6MPa，全隧正常涌水量98000m3/d，最大涌水量145000m3/d。,（1）910灾害前的超前预测预报情况 圆梁山隧道超前地质预测预报主要采取TSP202、红外线和超前探孔三种方式。 2002年8月26日，隧道施工到DK354+726，采用TSP202进行超前预测预报，预报里程为DK354+726+886，预报表明前方无明显反射信号，岩体较为完整、均一，围岩级别为级。 2002年9月9日，正洞施工到DK354+870，采用红外线探水超前预测预报，预报表明前方发育含水构造，但发生突涌水的可能性较小。 2002年9月10日，正洞开挖到DK354+877.7，采用风钻实施4个5m超前浅孔
3、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隧道开挖放炮后进行正常出碴。 10:40当进行第三车装碴时，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、施工和科研单位召开紧急会议，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，局部可见明显擦痕，涌泥长度9m，高度接近下导坑拱顶部位
4、，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混凝土止浆墙施作。 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。,10:40,14:30,13:30,灾害全过程,（3）910灾害值得思索的几个问题 超前
5、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？ 涌泥后该进行什么工作？要观察多长时间？ 安全逃生理念？是逃还是避？ 如何处理以后所遇到的同类地质？,水声,【案例2】宜万铁路马鹿箐隧道121灾害,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。设计预测隧道正常涌水量为170254m3/d，最大涌水量为823961m3/d。,（1）121灾害前超前预测预报情况 2005年10月29日，隧道出口平导施工到PDK2
6、56+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，平导施工到PDK255+992又采用深孔钻探对前方地质进行预测预报，预报表明：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 平导遭遇该溶腔后，随开设横通道对正洞进行钻探，并对平导右侧进行探测，探测表明左、右侧均发育溶腔，迂回施工难
7、度较大，于是决定对溶腔采取超前帷幕注浆，加固范围为按正洞断面开挖轮廓线外58m。注浆后经钻孔检查，检查孔均为线状流水，流水量为0.1L/mmin，水压力为0.1MPa。,（3）121事故发生过程 注浆后进行隧道开挖。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开始进行钻孔，钻孔过程中掌子面很稳定，无任何异常情况。在钻孔过程中进行了4个4.5m的超前浅孔钻探，钻孔无水。 9:40钻孔完毕进行装药。 10:08开始放炮。 10:1510:30安全员对掌子面进行排险。,10:50正准备进行出碴时，出碴人员听到掌子面有掉
8、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，致使正洞作业人员13人被困。（反坡施工） 11:00平导逃生人员出洞后立即报告，施工单位随即组织进正洞营救。梭矿车行至DK257600处左右，洞内已被水淹没无法前进，随即出洞。,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
9、出获救，其余11人遇难。,10:50,11:05,（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？ 如何评价该岩溶所采取的注浆措施？如何评价超前支护措施？ 不同掌子面的同步逃生预警问题？ 逃生应急照明？如何组织逃生？,两起工程灾害是否有共性特点？ 1、施工单位能力水平？ 2、进洞人数？ 3、平导均只有不到两公里？,对隧道进行风险等级划分是十分必要的。对隧道风险等级划分是依据勘察阶段对隧道工程地质及水文地质的评价，从宏观上对隧道风险进行评估，从而引起各方充分重视（意识形态的提高、费用的增加、工期的合理安排），继而制定出合理有效的超前预测预报方法、处理方案、应急
10、处理对策，以达到规避施工风险，避免或最大程度地减少地质灾害所引起人员伤亡和财产损失。,第二章 岩溶隧道风险等级划分,第三章 岩溶隧道安全生产要素、程序和组织,1 安全生产六要素 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。 2 安全生产程序,第四章 岩溶隧道安全预测预报 （宜万线实施情况）,（1）预测预报方法：地质素描
11、、TSP203、地质雷达、红外线探水、超前水平深孔钻探和风钻加深5m浅孔钻探为必测方法，选定HSP、负视速度法、孔内CT和成像为选测项目，在必要时进行。,（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
12、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
13、，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。,（4）不认真进行预测预报的教训 2004年9月11日，别岩槽隧道出口上半断面开挖到DK406+422，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，涌水持续时间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，,1 超前预测预报专项化管理 （1）专项经费列入概
14、算 （2）纳入施工工序管理（投标阶段） （3）物探技术应走专业化承包之路 （4）钻探技术应配备快速钻孔机械 （5）加强浅孔风钻钻探工作 （6）制定规范、标准，实现规范化管理,第五章 岩溶隧道安全管理,2 隧道岩溶治理程序化管理 （1）会商程序：有突涌水可能的，必须由建设单位组织四方会商。 （2）方案设计程序：设计负责、建设单位审批 （3）施工程序：施工单位编写施组、监理审批、施工单位实施 （4）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 （1）制定岩溶隧道防范高风险专项机制 （2）制定岩溶隧道注浆施工管理实施细则 （3）制定
15、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,第六章 岩溶隧道安全设计 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 注浆效果检查评定标准建立 5 岩溶管道放水降压回填处理设计 6 支护体系设计 7 二次衬砌设计 8 暗河处理设计 9 辅助坑道设计方案 10 逃生通道设计 11 同声光预警系统设计 12 应急照明设计 13 逃生线路设计,注浆施工的七个重要参数浆液扩散半径R基础 注浆布设间距ab 注浆分段长度（步距）h 浆液凝胶时间Tg核心（心脏） 注浆速度v（Q
16、）能量（血液） 注浆量Q（Q） 注浆压力P关键（眼睛）,注浆效果检查评定标准建立,五类十四种,【圆梁山隧道1#溶洞】注浆中表现两种P-Q-t曲线。型曲线主要是内圈、外圈孔，特别是底部孔。其注浆压力较小，一般为1.52MPa，注浆速度为4050L/min，随着注浆的进行，注浆压力稍有升高，注浆速度略有降低，当达到设计注浆量时，注浆终压不能达到设计终压，而此时注浆速度仍较大。经分析，认为主要是溶洞区存在一定空隙(洞)，浆液流动的阻力较小，浆液主要表现为填充扩散方式进行加固。,1 注浆过程P-Q-t曲线法,【圆梁山隧道1#溶洞】型曲线主要是上部注浆孔和中部注浆孔所表现，这和注浆设计意图所采取的双序孔约束型注浆措施一致，达到了挤压密实的目的。注浆过程中，开始时注浆压力为22.5MPa，注浆速度为3050L/min，随着注浆进行，压力上升，注浆速度明显下降，当达到设计注浆量时，注浆终压达到或超过设计终压值34MPa，此时注浆速度降至1015L/min，这主要表现为挤压劈裂再挤压。,
