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1、隧道工程通隧道工程通过岩溶地岩溶地质地段地段安全安全风险控制技控制技术中铁隧道集团副总工程师 汪纲领1a 隧道工程穿越岩溶地质地段具有危害大、预防难的特点，是目前隧道工程施工中尚未很好解决的难题。其主要表现是： 当施工冒然揭露岩溶时，有可能产生大量涌水涌泥或突水突泥，造成重大安全事故。轻的对生态环境造成影响，如引起水土流失、地面沉降、地表及地下水径流改道等，甚至会引起生态环境的改变；重则可能会引起洞毁人亡的灾难性事故，给项目带来重大经济损失。2an n要保证隧道施工的顺利进行，关键是要预防和控制隧道施工中的地质灾害。如塌方是制约隧道快速施工的最主要因素之一，而断层、岩溶是隧道开挖过程中最常见的
2、不良地质现象，也是引起隧道塌方的“罪魁祸首”之一。据不完全统计，由断层及断层破碎带、岩溶陷落柱等引起的隧道塌方占塌方总数的90以上，可以说，隧道施工中发生的地质灾害，几乎都与断层、岩溶有关。3a 经经过过广广大大隧隧道道建建设设者者的的多多年年努努力力，我我国国在在应应对对异异常常复复杂杂岩岩溶溶地地质质隧隧道道施施工工技技术术方方面面积积累累了了丰丰富富经经验验，达达到到了了世世界界先先进进水水平平。采采用用超超前前探探测测、帷帷幕幕注注浆浆、管管棚棚预预支支护护、高高压压富富水水溶溶腔腔释释能能降降压压、迂迂回回绕绕行行、桥桥梁梁跨跨越越、防防灾灾预预警警、救救援援逃逃生生系系统统等等“
3、“探探” ”、“ “堵堵” ”、“ “排排” ”、“ “迂迂” ”、“ “跨跨” ”、“ “防防” ”等等综综合合施施工工技技术术手手段段和和措措施施，大大大大增增强强了了隧隧道道施施工工过过程程中中安安全全处处理理大大规规模模岩岩溶溶的的能能力力。根根据据“ “多多源源协协调调原原理理” ”，选选择择一一套套有有效效的的超超前前地地质质预预测测预预报报技技术术，探探明明隧隧道道开开挖挖面面前前方方隐隐伏伏断断层层及及岩岩溶溶的的规规模模大大小小、准准确确位位置置、充充填填性性与与连连通通性性等等，采采取取针针对对性性地地处处理理方方案案，不不仅仅可可以以避避免免隧隧道道塌塌方方、突突泥泥突突
4、水水等等灾灾害害的的发发生生，还还可可显显著著加加快快隧隧道道施施工工进进度度，节节约约工工程程施施工工成成本，提高本，提高项项目的目的经济经济效益与社会效益。效益与社会效益。4an n 下面以岩溶地下面以岩溶地质质隧道施工隧道施工为为案例，案例，论论述隧道述隧道工程穿越高工程穿越高压压富水岩溶地富水岩溶地质质地段，施工安全地段，施工安全风险风险控制的关控制的关键键技技术问题术问题。5a一、岩溶地一、岩溶地质及岩溶地区的工程地及岩溶地区的工程地质问题6a1、岩溶地、岩溶地质n n（1 1）定）定义义n n岩溶是地表水和地下水岩溶是地表水和地下水对对可溶性岩可溶性岩层经过层经过化学作用和机械化学
5、作用和机械破坏作用而形成的各种地表和地下溶破坏作用而形成的各种地表和地下溶蚀现蚀现象的象的总总称。称。n n地下水和地表水地下水和地表水对对可溶性岩石的破坏和改造作用称可溶性岩石的破坏和改造作用称为为岩溶岩溶作用；岩溶是指由岩溶作用及其所作用；岩溶是指由岩溶作用及其所产产生的地貌生的地貌现现象和水文象和水文地地质现质现象的象的总总和和喀斯特喀斯特现现象。象。n n注：可溶性岩石大致可分注：可溶性岩石大致可分为为如下三大如下三大类类：n n碳酸碳酸盐类盐类岩石，如石灰岩、白云岩、硅岩石，如石灰岩、白云岩、硅质质灰岩和泥灰岩等；灰岩和泥灰岩等；n n硫酸硫酸盐类盐类岩石，如石膏、硬石膏和芒硝等；岩
6、石，如石膏、硬石膏和芒硝等；n n卤盐类卤盐类岩石，如岩岩石，如岩盐盐和和钾盐钾盐。7an n(2)(2)岩溶作用岩溶作用结结果果n n形成地下和地表的各种奇特的地貌形成地下和地表的各种奇特的地貌现现象；地表岩溶有：象；地表岩溶有：石牙、溶沟、石林、岩溶漏斗、峰林、峰石牙、溶沟、石林、岩溶漏斗、峰林、峰丛丛、溶、溶蚀蚀洼地、洼地、孤峰与岩溶平原、盲谷、断孤峰与岩溶平原、盲谷、断头头河、落水洞等。地下岩溶主河、落水洞等。地下岩溶主要是溶洞和地下暗河。要是溶洞和地下暗河。n n形成特殊的水文地形成特殊的水文地质现质现象。象。8an n(3)(3)作用机理作用机理n n岩溶形成岩溶形成过过程中溶程中
7、溶蚀蚀作用的机理十分复作用的机理十分复杂杂。有地。有地下水和地表水的溶下水和地表水的溶蚀蚀和沉淀、地表水的侵和沉淀、地表水的侵蚀蚀、剥、剥蚀蚀和堆和堆积积，地下洞穴高，地下洞穴高压压空气的冲爆和低空气的冲爆和低压压空气空气的吸的吸蚀蚀。地下水的机械潜。地下水的机械潜蚀蚀，冲，冲蚀蚀与堆与堆积积。地下。地下洞穴的重力崩塌，坍塌与堆洞穴的重力崩塌，坍塌与堆积积等。其中主要等。其中主要为为地地表及地下水的溶表及地下水的溶蚀蚀作用。从工程地作用。从工程地质质上上讲讲以地下以地下水水对对碳酸岩溶碳酸岩溶蚀蚀作用作用为为主。主。9an n(4)岩溶发育的基本条件n n具可溶性岩石；具可溶性岩石；n n可溶
8、岩能提供水渗透和运移空可溶岩能提供水渗透和运移空间间；n n具溶具溶蚀蚀能力的水；能力的水；n n具良好的水循具良好的水循环环条件（条件（补给补给、排泄）。、排泄）。n n注：运注：运动动的水流加速岩溶的水流加速岩溶过过程，并使碳酸程，并使碳酸盐盐岩岩岩岩体体产产生生“ “碳、水、碳、水、钙钙” ”物物质质循循环环。 10an n(5)(5)气候影响：气候影响：n n它直接影响参与岩溶作用的水的溶它直接影响参与岩溶作用的水的溶蚀蚀能力。控制着岩溶能力。控制着岩溶发发育的育的类类型、速度和型、速度和规规模。主要有：气温、降雨量、降水性模。主要有：气温、降雨量、降水性质质、降水季、降水季节节分配及
9、蒸分配及蒸发发量大小的量大小的变变化。化。n n大气降水和气温的演大气降水和气温的演变过变过程，提供水源和水流运程，提供水源和水流运动动的梯度的梯度场场等；等； 11an n(6)(6)地貌地形的影响地貌地形的影响n n地貌条件是影响地下水循地貌条件是影响地下水循环环交替条件的重要因素。交替条件的重要因素。区域控制地表水文网的区域控制地表水文网的发发育特点育特点控制岩溶控制岩溶发发育的育的总趋势总趋势。n n岩溶岩溶发发育具有明育具有明显显的叠加性和由分水岭至河谷明的叠加性和由分水岭至河谷明显显增增强强的特征。的特征。n n岩溶岩溶发发育受可溶岩分布、构造特征和构造育受可溶岩分布、构造特征和构
10、造线线方向方向控制。控制。 12a(7)地质构造的影响n n1）断裂； 断裂构造破坏了岩断裂构造破坏了岩层层的完整性，断的完整性，断层带层带附近附近岩石破碎，岩石破碎，节节理裂隙特理裂隙特别发别发育，极利于岩溶水的育，极利于岩溶水的循循环环及溶及溶蚀蚀作用的作用的进进行，岩溶常沿各种断行，岩溶常沿各种断层带发层带发育。育。 正断正断层带层带通常岩溶很通常岩溶很发发育、逆断育、逆断层带层带岩溶一岩溶一般不般不发发育，通常上育，通常上盘盘比下比下盘发盘发育；在育；在节节理裂隙的理裂隙的交叉交叉处处或密集或密集带带，岩溶易，岩溶易发发育。育。13an n2) 褶皱； 褶褶皱轴皱轴部岩溶一般部岩溶一般
11、较发较发育，育，单单斜岩斜岩层层岩溶一岩溶一般般顺层顺层面面发发育。地育。地层层不不对对称的褶称的褶皱皱中，陡的一翼中，陡的一翼较缓较缓的一翼的一翼发发育。育。n n各种岩各种岩层产层产状条件下岩溶状条件下岩溶发发育特点：育特点： 产产状水平或状水平或缓倾缓倾的可溶岩，其上的可溶岩，其上为为非可溶非可溶岩岩时时，岩溶一般不，岩溶一般不发发育；其下育；其下为为非可溶岩非可溶岩时时，接，接触面上部岩溶一般触面上部岩溶一般发发育；陡育；陡倾倾的可溶岩，上覆与的可溶岩，上覆与下伏下伏为为非可溶岩非可溶岩时时，上下接触，上下接触带处带处岩溶岩溶发发育。育。14an n3) 岩层组合特征影响。n n 厚而
12、纯的碳酸盐岩，有利于形成岩溶。n n 可溶性差的碳酸盐岩，不利于形成岩溶。n n 碳酸盐岩夹非可溶岩。n n 碳酸盐岩与非可溶岩石互层。15an n（8 8）构造运）构造运动动的影响的影响n n 稳稳定期：侵定期：侵蚀蚀基准面（地下水位置）基准面（地下水位置）稳稳定，岩定，岩溶溶发发育形成水平岩溶系育形成水平岩溶系统统。 n n 地壳上升：地下水下降，侵地壳上升：地下水下降，侵蚀蚀基准面下降；基准面下降；侧侧向岩溶弱，岩溶以垂直向岩溶弱，岩溶以垂直发发育育为为主主 。n n 地壳下降：地下水循地壳下降：地下水循环环交替好，岩溶减弱。可交替好，岩溶减弱。可能造成垂直、水平向能造成垂直、水平向发发
13、育岩溶叠加，比育岩溶叠加，比较较复复杂杂。 16an n(9)(9)岩溶岩溶发发育的三个育的三个阶阶段段n n1) 1) 形成形成阶阶段：只要段：只要满满足前述洞穴足前述洞穴发发育的四个基本条育的四个基本条件，即可开始形成洞穴。在件，即可开始形成洞穴。在这这个洞穴形成的初期个洞穴形成的初期阶阶段，洞穴空段，洞穴空间规间规模一般模一般较较小，多呈孔隙状，人小，多呈孔隙状，人们们无无法法进进入，主要表入，主要表现为现为溶溶蚀现蚀现象。象。n n2) 2) 发发展展阶阶段：随着参与洞穴段：随着参与洞穴发发育的水流流量、流速育的水流流量、流速的增加，洞穴空的增加，洞穴空间间逐逐渐扩渐扩大，大，发发展成
14、展成为为具有一定具有一定规规模的通道系模的通道系统统，主要表，主要表现为现为溶洞和地下暗河。溶洞和地下暗河。n n3) 3) 衰亡衰亡阶阶段：由于地壳抬升，洞穴逐段：由于地壳抬升，洞穴逐渐渐脱离地下水脱离地下水位位进进入包气入包气带带，失去了，失去了进进一步一步发发展的展的动动力条件，主力条件，主要表要表现为现为崩塌崩塌现现象象显显著，著，钟钟乳石乳石类类次生化学沉次生化学沉积积大大量量发发育，洞穴空育，洞穴空间间逐步壅塞减小。逐步壅塞减小。17an n(10)(10)岩溶区岩溶区稳稳定程度定程度评评价价n n一般依据地面塌陷情况或地表形成的漏斗数目作一般依据地面塌陷情况或地表形成的漏斗数目作
15、为评为评价价稳稳定性依据。定性依据。n n极极稳稳定地段：定地段：5050年内未年内未发发生塌陷或漏斗。生塌陷或漏斗。n n稳稳定地段：定地段：20205050年内只有一塌陷或漏斗年内只有一塌陷或漏斗/KM/KM。n n中等中等稳稳定地段：定地段：1 12020年内只有一塌陷或漏斗年内只有一塌陷或漏斗/KM/KM。n n不不稳稳定地段：每年定地段：每年1 15 5个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM。n n极不极不稳稳定地段：一年内定地段：一年内5-105-10个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM。18a2、岩溶地区的工程地质问题n n与岩溶有关的的工程地与岩溶有关的的工程地质问题质问题有：有
16、：n n 可溶岩石可溶岩石强强度的降低度的降低对对地基地基稳稳定性影响。定性影响。n n 地表岩溶地表岩溶现现象：溶沟、石芽、溶象：溶沟、石芽、溶蚀蚀漏斗等。漏斗等。n n 地下水岩溶地下水岩溶现现象：溶洞、溶象：溶洞、溶蚀蚀裂隙、暗河等。裂隙、暗河等。n n 岩溶地区修建地下工程岩溶地区修建地下工程设设施的安全施的安全稳稳定性。定性。n n 岩溶地区地下水开采岩溶地区地下水开采对环对环境的影响。境的影响。n n 岩溶地区由于岩溶化作用堆岩溶地区由于岩溶化作用堆积积物上的不均匀沉物上的不均匀沉降降问题问题, ,引起建筑物地基引起建筑物地基变变形破坏：如地基承形破坏：如地基承载载力力不足、地基石
17、不均匀沉降、地基滑不足、地基石不均匀沉降、地基滑动动、地表塌陷、地表塌陷等。等。19a3、岩溶对隧道的危害主要有四种类型n n1 1）洞穴的存在使隧道全部或部分）洞穴的存在使隧道全部或部分悬悬空，将极大地空，将极大地降低隧道的使用安全可靠度；降低隧道的使用安全可靠度；n n2 2）岩溶水特）岩溶水特别别是当是当CO3-CO3-等可溶性物等可溶性物质质含量增高含量增高时时，水的流通将，水的流通将给给隧道隧道结结构构带带来的侵来的侵蚀蚀作用，影作用，影响隧道的使用寿命；响隧道的使用寿命；n n3 3）洞穴堆）洞穴堆积积物因松物因松软软易坍塌下沉，改易坍塌下沉，改变变洞穴周洞穴周边边的的应应力分布形
18、力分布形态态，影响隧道的，影响隧道的结结构构稳稳定；定；n n4 4）隧道中地下水流失，使隧道）隧道中地下水流失，使隧道顶顶部地面岩溶塌陷，部地面岩溶塌陷，导导致致环环境地境地质质被破坏，也是造成隧道被破坏，也是造成隧道结结构不构不稳稳定定的原因。的原因。20a二、超前地二、超前地质预报技技术21a1、超前地质预报技术的实践意义n n进进人人2121世世纪纪，伴随着西部大开，伴随着西部大开发战发战略的启略的启动动，随，随着交通运着交通运输输、水利水、水利水电电、城市地、城市地铁铁和地下空和地下空间间开开发发利用，隧道施工技利用，隧道施工技术术也取得了也取得了长长足的足的进进步，隧步，隧道工程的
19、道工程的规规模和数量都有了模和数量都有了较较大增大增长长。目前，中。目前，中国是世界上隧道最多的国家，是地国是世界上隧道最多的国家，是地质质最复最复杂杂的国的国家，也是今后隧道家，也是今后隧道发发展最快的国家。展最快的国家。n n随着隧道随着隧道应应用用领领域的不断拓展，也域的不断拓展，也带带来了新的地来了新的地质难题质难题。由于隧道。由于隧道长长度、埋深等各方面因素的影度、埋深等各方面因素的影响，地响，地质质条件越条件越趋趋复复杂杂，隧道施工中遇到的，隧道施工中遇到的问题问题也会相也会相应应地增多，不可地增多，不可预预料的地料的地质质灾害如突泥、灾害如突泥、突水、塌方等成突水、塌方等成为为困
20、困绕绕工程施工的主要工程施工的主要难题难题。22an n就地质工程而言，对于地质条件的预测及地质灾害的预报问题一直困扰着工程建设者，往往成为大型工程项目的重难点问题。地质灾害常常导致隧道建设严重受挫。即使工程规模较小，若地质条件差，施工技术措施不当，也会变成相当困难的工程。23an n地质条件具有复杂性、特殊性和不确定性，由于勘察手段的局限性，使得勘察成果往往不能满足施工方案对地质条件的需求。为了避免在工程施工过程中由于地质条件突变而形成地质灾害，加强对超前地质预测预报的研究显得越来越重要。超前地质预报技术出现在上个世纪中后期，是工程地质的一个分支，我国从上个世纪70年代后期逐渐开始重视这一方
21、面的研究，并且在隧道施工中发挥了重要作用。24a2、超前地质预报思路多源协同预报原则n n岩溶区涌水预报是施工地质预报工作中难度很大的预报，主要难在岩溶形态与分布的定量化确定难度大；地下水径流途径和运动方式确定困难，地下水储量及运动状态参数的获取困难几方面。因此，这一直是国内外施工地质预报的重点研究课题。25an n目目前前，地地质质预预报报方方法法主主要要是是单单一一手手段段的的孤孤立立探探测测成成果果加加预预报报人人员员的的经经验验判判断断而而进进行行的的预预报报，具具有有很很大大的的局局限限性性，在在复复杂杂地地质质条条件件下下的的预预报报效效果果不不佳佳。近近年年来来，随随着着预预报报
22、工工程程实实践践数数量量的的增增加加和和经经验验的的积积累累，人人们们逐逐渐渐认认识识到到，隧隧道道施施工工地地质质预预报报工工作作需需要要采采用用多多手手段段的的探探测测方方法法作作支支持持，各各手手段段探探测测信信息息相相互互印印证证，取取长长补补短短，于于是是出出现现了了多多种种物物探探+ +钻钻探探的的探探测测技技术术。但但是是，在在预预报报方方法法上上仍仍采采用用经经验验判判断断为为主主的的方方法法，这这种种状状况况使使得得预预报报水水平平差差距距较较大大，因因此此，需需要要研研究究预预报报理理论论与与预预报报方方法法相相结结合合的的载载体体。近近年年来来发发展展起起来来的的多多源源
23、协协同同预预报报的的思思想想以以及及相相应应的的预预报报信信息息提提取取与与处处理理技技术术，为这为这一目一目标标的的实现实现提供了一条途径。提供了一条途径。26an n岩溶的发育分布规律与可溶岩的分布、纯度、可溶岩与非可溶岩的接触关系、地质构造的发育分布规律、地下水动力条件（包括溶蚀、溶解、冲刷能力、赋存运移规律）密切相关。因此，弄清隧道穿越区岩溶发育分布规律，探索岩溶区隧道施工配套技术，制定施工预防措施，无疑对避免岩溶地质灾害发生有着重要的指导作用。27a3、预报方法与手段n n（1 1）管理原）管理原则则及配套技及配套技术术n n将地将地质预测预报纳质预测预报纳入工序管理。按照入工序管理
24、。按照“ “物探先行，物探先行，钻钻探探验验证证，有掘必探，先探后掘，有掘必探，先探后掘” ”的原的原则则，采用多源，采用多源协协同同预报预报技技术术，将地，将地质调绘质调绘与洞内物探、与洞内物探、钻钻探相探相结结合，合，对对开挖面前方开挖面前方断断层层、节节理裂隙、破碎理裂隙、破碎带带、接触、接触带带、地、地层层含水性、地含水性、地应应力力状况及岩性和状况及岩性和围围岩岩级别级别等等进进行行预报预报。利用。利用长长短短结结合、上下合、上下对对照、定性与定量相照、定性与定量相结结合的合的办办法以保法以保证预报证预报的准确性。采的准确性。采用配套技用配套技术进术进行地面及洞内工程地行地面及洞内工
25、程地质质及水文地及水文地质调查质调查，结结合勘察合勘察设计资设计资料料拟拟定定预报预报分分级级管理管理标标准，划分出重点不良准，划分出重点不良地地质质区段；区段；对对重点重点预报预报区段采用宏区段采用宏观观控制控制预报预报、准确、准确预报预报、验证预报验证预报三三级预报级预报方法，保方法，保证证施工安全。施工安全。28an n（2 2）预报预报方法与手段方法与手段n n建建议议采采用用TSP203TSP203探探测测地地质质构构造造（断断层层、节节理理、裂裂隙隙），直直流流电电法法探探测测地地下下水水，物物探探异异常常区区采采用用RPD-150CRPD-150C钻钻机机和和YT-28YT-28
26、风风钻钻长长短短接接合合钻钻探探进进行行地地质验证质验证。n n工作面地工作面地质质素描素描预报预报n n地地质质素描在隧道施工中全段素描在隧道施工中全段进进行，根据开挖段行，根据开挖段围围岩的工程地岩的工程地质质、水文地、水文地质质特征特征进进行行预报结预报结果的果的验验证证，提出是否修改，提出是否修改预报预报方法及参数的意方法及参数的意见见。提出。提出注注浆浆止水方案的建止水方案的建议议。29an nTSP203TSP203、直流、直流电电法法仪仪超前地超前地质预报质预报n n每开挖每开挖100m100m通通过过TSP203TSP203和和YDZYDZ型直流型直流电电法法仪对仪对开开挖前挖
27、前进进方向方向进进行中行中长长距离距离预报预报。n nTSP203TSP203对对平直状地平直状地质质界面（断界面（断层层、节节理、裂隙）理、裂隙）的空的空间间位置探位置探测测效果效果较较好，准确率通常在好，准确率通常在80%80%左左右，探右，探测测范范围围在隧道在隧道轴线轴线方向可达百米，横向探方向可达百米，横向探测测范范围围通常在通常在404050m50m。n n直流直流电电法法对对地下水具有地下水具有较较好的探好的探测测效果，有效探效果，有效探测测距离一般不超距离一般不超过过85m85m。30an n工作面超前地工作面超前地质钻质钻孔探孔探测预报测预报n n钻钻探法是迄今探法是迄今为为
28、止地止地质预报质预报最最为为直接、最直接、最为为可靠可靠的方法。的方法。n n在隧道施工通在隧道施工通过过岩溶、断岩溶、断层层破碎破碎带时带时，每开挖一，每开挖一段（段（30m30m左右），利用左右），利用RPD-150CRPD-150C钻钻机采用机采用钢丝绳钢丝绳取芯工法超前取芯工法超前钻钻孔孔对对开挖前开挖前进进方向方向进进行行303050m50m的的钻钻探。探。该钻该钻机适用于各种不同地机适用于各种不同地层层的岩芯取的岩芯取样样；使用一个取使用一个取样样器即可完成任何地器即可完成任何地层层的取的取样样作作业业；钻钻孔取芯比一般孔取芯比一般钻钻机快机快5-65-6倍；不需要撤倍；不需要撤钻
29、钻杆就可杆就可取芯，取芯，钻钻杆可起到防止孔壁坍塌的套管作用；可杆可起到防止孔壁坍塌的套管作用；可以垂直方向和水平方向以垂直方向和水平方向钻钻孔取孔取样样。施工中。施工中结结合超合超前探前探测结测结果的异常段，增果的异常段，增设钻设钻孔。利用孔。利用YT28YT28钻钻机机进进行行5m5m长长的常的常规钻规钻探，探，对对洞身前方洞身前方进进行全方位空行全方位空间间探探测测，探孔成放射形布，探孔成放射形布设设。31a、其它预报n na)、调查断层破碎带形态n nb)、对隧道两侧各公里与居民生活、生产关系密切的泉水、井水等进行监测。n nc)、对涌水动态的实时监测。n nd)、当开挖面前方的自重应
30、力，接近或等于岩爆临界应力值时，对前方围岩进行原岩应力测试，做出岩爆评估。32a（3）信息收集与整理n n地地质预报质预报由由专门专门的地的地质专业质专业工程工程师负责师负责，设专设专职职地地质组质组，其它施工、，其它施工、质检质检人人员员予以配合，予以配合，进进行行资资料收集、料收集、统计统计、分析和、分析和编编制信息制信息预报预报成果，成果，报报设计设计、监监理理单单位。位。n n不断不断总结经验总结经验，对对已揭示的已揭示的实际实际地地质质情况与前情况与前期地期地质预报质预报内容相比内容相比较较，评评估估预报预报的准确性，的准确性，为为以后的超前以后的超前预报预报工作工作积积累累经验经验
31、。33a三、岩溶高三、岩溶高风险隧道防坍、防突技隧道防坍、防突技术34a1、隧道突泥突水判断标准n n按按照照充充足足理理由由律律，突突出出必必须须同同时时具具备备以以下下三三个个条条件件，才才能能形成：形成：n n溶溶腔腔内内存存在在“ “大大体体积积的的可可流流动动性性充充填填物物” ”。小小体体积积无无妨妨不不具具有有破破坏坏能能力力，充充填填物物不不具具有有流流动动性性无无妨妨不不具有具有势势能、能、动动能能转转化条件。化条件。n n“ “高高势势能能且且有有流流动动通通道道” ”。溶溶腔腔处处于于低低位位及及无无流流动动通通道无妨道无妨不具有不具有势势能、能、动动能能转转化条件。化条
32、件。n n“ “短短时时间间” ”内内涌涌出出。若若能能控控制制排排放放，延延长长涌涌出出时时间间，小小动动能也不具有破坏能力。能也不具有破坏能力。n n“ “大大体体积积，高高势势能能” ”（包包括括流流动动性性与与通通道道）是是地地质质状状态态，是是必必要要条条件件，短短时时间间涌涌出出是是充充分分条条件件。探探明明地地质质，识识别别必必要要条条件件，“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是是为为了了消消除除突出的充分条件。突出的充分条件。35a2、将地质预测预报纳入工序管理n n突突出出往往往往与与冒冒撞撞冒冒进进相相联联系系，短短时时间间内内巨巨大大能能量量被
33、被释释放放，现现场场施施工工人人员员避避之之不不及及，先先脱脱衣衣后后脱脱皮皮，惨惨剧剧就就这这样样形形成成了了。防防突突必必须须杜杜绝绝冒冒撞撞冒冒进进，超超前前地地质质预预报报是是基基本本手手段段。施施工工现现场场成成立立专专家家组组，专专门门对对地地质质预预测测预预报报及及重重难难技技术术问问题题进进行行联联合合攻攻关关，按按照照“ “物物探探先先行行，钻钻探探验验证证，有有掘掘必必探探，先先探后掘探后掘” ”的原的原则组织则组织施工。施工。n n隧隧道道穿穿越越岩岩溶溶区区的的地地质质预预测测预预报报工工作作，主主要要是是对对开开挖挖面面前前方方地地质质条条件件的的预预测测，对对断断层
34、层、长长大大节节理理裂裂隙隙、破破碎碎带带、接接触触带带、地地下下水水状状况况以以及及岩岩性性和和围围岩等岩等级进级进行行预报预报。36an n树树立立新新理理念念，确确保保不不良良地地质质不不坍坍不不突突十十分分重重要要。在在强强富富水水、岩岩溶溶发发育育的的不不良良地地质质段段，“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是是我我们们采采用用的的防防突突原原则则。而而突突出出必必须须在在“ “大大体体积积，高高势势能能，短短时时间间” ”同同时时发发生生时时才才能能形形成成。“ “大大体体积积，高高势势能能” ”是是地地质质状状态态，但但时时间间是是我我们们可可以以控控
35、制制的的。依依靠靠科科技技，探探明明地地质质是是“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”的的前前提条件。提条件。n n将将超超前前地地质质预预报报工工作作纳纳入入工工序序进进行行管管理理，是是隧隧道道施施工工安安全全的的制制度度保保证证。方方法法上上，物物探探与与钻钻探探相相结结合合，是是准准确确无无误误地地探探明明前前方方地地质质状状态态的的技技术术保保证证。“ “留留下下石石门门，锁锁住住出出口口，控控制制处处理理” ”是是隧隧道道施施工工防止突出的重要手段。防止突出的重要手段。37a3、制定针对性的施工方案n n（1 1）溶洞）溶洞处处理的理的难难点分析点分析n
36、n溶洞溶洞处处理一是方案理一是方案难难制定，二是制定，二是难实难实施。施。n n溶溶洞洞的的大大小小、规规模模、发发育育、充充填填性性以以及及与与隧隧道道的的相相对对关关系系，这这些些边边界界条条的的排排列列组组合合，保保守守计计算算大大于于十十的的二二十十三三方方，是是一一个个天天文文数数字字。而而这这些些因因素素恰恰恰恰又又是是制制定定岩岩溶溶处处理理方方案案、判判断断突突出出条条件件的的重重要要依依据据。由由于于溶溶洞洞的的边边界界条条十十分分复复杂杂，决决定定了了处处理理经经验验的的可可复复制制性性是是一一个个小小概概率率事事件件。也也就就是是说说，溶溶洞洞处处理理方方法法虽虽有有规规
37、律律可可循循，但但经经验验不不可可简简单单复复制制。准准确确、先先进进的的地地质质预预测测、预预报报手手段段对对于于溶溶洞洞的的处处理理非非常常重重要要，探探测测结结果果越越准准确确，越越有有利利于于作作出出科科学学判判断断，制制定定针针对对性性的的处处理理措措施施。如如果果对对地地质质情情况况认认识识不不清清，措措施施不不当当，就就会会走走弯弯路，甚至路，甚至带带来安全来安全风险风险。38a 溶洞处理方案实施难度大，主要体现在如下几个方面n n对对溶洞的揭示需要一个很溶洞的揭示需要一个很长长的的过过程，程，严严重影响重影响隧道的施工隧道的施工进进度，涌出物多含有大量泥砂，清理、度，涌出物多含
38、有大量泥砂，清理、抽排困抽排困难难。n n岩溶一般都有岩溶一般都有较强较强的的连连通性，注通性，注浆浆封堵封堵难难。首。首先是如何准确确定先是如何准确确定浆浆液的凝液的凝结时间结时间。凝。凝结时间过结时间过长长，浆浆液来不及凝液来不及凝结结就会被水流冲走。凝就会被水流冲走。凝结时间结时间过过短，又会因凝短，又会因凝结过结过快而造成注快而造成注浆浆管堵塞。管堵塞。针对针对这这一一问题问题，现场现场往往要往往要对对注注浆顺浆顺序和凝序和凝结时间结时间的的不断不断实实践、数据收集，反复比践、数据收集，反复比选选，才能找出理想，才能找出理想的的浆浆液凝液凝结时间结时间。39an n溶洞揭示后再封堵十分
39、困难，成功率较低。首先是止浆难，尤其是高压富水溶腔；其次是浆材与注浆方式的选择困难，往往要采取前进式、后退式、分段式等多种注浆方法反复钻、注才能成功。n n对于充填泥沙富水溶腔，一般采取帷幕注浆方式，往往由于可注性差，通过十分艰难。40a(2)方案制定流程n n关键是预防突出！隧道在穿越强富水岩溶发育区时，隧道施工易产生突泥、突水、坍塌、基底塌陷等岩溶地质灾害。n n施工前采用多源协同超前地质预报技术，查明溶洞分布范围、类型（规模大小、有水无水、是否在发育中、填充物、与地表连通性）、岩层的稳定程度以及地表、地下水情况等。按照动态设计施工的方法，针对性地进行处理。41a方案制定流程方案制定流程图
40、超前地质预报突出性判断制定方案：针对性处理置换方式加固方式控 释制 能排 降放 压封堵隔断方式管道连通方式桥梁跨越方式绕行方式否是突出判断标准42a四、施工方法四、施工方法43a1、溶洞处理动态施工程序n n隧道施工过岩溶地质段，物探异常区采用超前钻探，依据探测结果针对性地制定处理方案，严格按动态设计程序执行，程序见下图。44a溶洞溶洞处置置动态施工程序施工程序45a2、处置方法置方法n n(1)(1)、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶蚀蚀地地层层段的段的处处理理n n、施工前弄清岩土交界面的岩面起伏状况及其、施工前弄清岩土交界面的岩面起伏状况及其与隧道的
41、空与隧道的空间间关系。当地关系。当地质质条件复条件复杂时杂时，提出，提出详详细细的岩溶地的岩溶地质补质补充探充探测测建建议议，对对前方不良地前方不良地质质情情况况进进一步探明。在一步探明。在对对地地质质条件有充分了解的基条件有充分了解的基础础上，制定安全、切上，制定安全、切实实可行、可行、经济经济合理的施工方案。合理的施工方案。n n、在岩土交界面起伏多、在岩土交界面起伏多变变段，加段，加强强隧道开挖隧道开挖轮轮廓廓线线周周边边岩体厚度的探岩体厚度的探测测，探明隧道开挖，探明隧道开挖轮轮廓廓线线周周边边岩岩层层厚度、自身厚度、自身强强度、度、节节理裂隙理裂隙发发育情况，育情况，在保在保证围证围
42、岩岩稳稳固的情况下方可采用石固的情况下方可采用石质围质围岩支岩支护护参数。参数。46an n、在岩土交界面起伏多、在岩土交界面起伏多变变段，当段，当难难以保以保证证开挖开挖后后围围岩自岩自稳稳的情况下。采用大角度超前小的情况下。采用大角度超前小导导管管预预注注浆浆、洞内超前帷幕注、洞内超前帷幕注浆浆等措施，在地形条件允等措施，在地形条件允许许的情况下可采用地表注的情况下可采用地表注浆浆的方式加固的方式加固围围岩。岩。n n、岩土交界面、岩土交界面对对隧道开挖后隧道开挖后围围岩自岩自稳稳能力有影能力有影响的地段遵循响的地段遵循“ “强强支支护护、弱爆破、弱爆破” ”的方式，尽量的方式，尽量减少开
43、挖引起的减少开挖引起的围围岩岩扰动扰动。n n、加、加强强溶洞相溶洞相对对隧道隧道处处于不同方位的溶洞探于不同方位的溶洞探测测，对对溶洞溶洞处处于隧道于隧道边墙边墙以下、仰拱一下位置而以下、仰拱一下位置而对对隧隧道道结结构有影响构有影响时时，可采用封，可采用封闭闭仰拱、注仰拱、注浆浆回填、回填、换换填等填等处处理措施。理措施。47a(2)、洞身岩溶发育段处理n n隧道洞身段溶洞分布可能主要有以下六种形式：拱腰以上小溶洞、基础及路面下小溶洞、边墙溶洞、拱腰以上无填充物大溶洞、拱腰以上有填充物大溶洞、基础及路面下大溶洞。分别采用图1图7所示七种方案进行处理。48a图1：小溶洞在拱腰部发育49a图图
44、2 2：溶洞在：溶洞在边墙发边墙发育育 图图3 3：溶洞在基：溶洞在基础础及路面下及路面下发发育育50a图图4:4:拱腰以上无充填物大溶洞拱腰以上无充填物大溶洞 图图5:5:拱腰以上有充填物大溶洞拱腰以上有充填物大溶洞51a图图6:6:大溶洞在基大溶洞在基础础及路面下及路面下发发育育（1 1） 图图7:7:大溶洞在基大溶洞在基础础及路面下及路面下发发育育（2 2）52a特别注意： 岩溶地段仰拱施工前，对基底进行探测（15米左右），确保仰拱下一定厚度范围无溶洞，以此确保隧道施工期间及运营期间的安全。53a(3)、岩溶高、岩溶高风险隧道施工管理隧道施工管理n n隧道施工通过溶洞发育强烈、暗河体系复
45、杂、高压富水岩溶地质段时，对物探异常区必须采用超前钻探，依据“突出判断标准”首先确认地质状态是否具有突出的必要条件，再针对性地制定处理方案。54a理念要正确 n n正确的理念是溶洞处理“有规律可循，但经验不可复制”，现实中往往犯“经验”简单复制的错误。探明隧道开挖前方的地质状态，针对性地制定处理方案是隧道施工通过岩溶地质段的基本原则。55a意识最重要 n n必必须须提提高高对对高高风风险险岩岩溶溶隧隧道道施施工工安安全全“ “如如临临深深渊渊、如如履履薄薄冰冰、如如坐坐针针毡毡” ”的的危危机机认认识识，建建立立和和完完善善高高风风险险隧隧道道管管理理专专项项机机制制体体系系及及管管理理办办法
46、法。分分解解、细细化化各各项项管管理理目目标标，明明确确责责任任人人，落落实实责责任任制制。强强化化施施工工组组织织设设计计、专专项项技技术术方方案案及及安安全全预预案案的的编编制制与与管管理理工工作作，始始终终坚坚持持“ “以以人人为为本本” ”，把把保保证证人人的的生生命命安安全全作作为为第第一一目目标标。针针对对岩岩溶溶隧隧道道的的高高风风险险特特点点，应应始始终终坚坚持持“ “掘掘进进不不探探不不挖挖，地地质质不不明明不不挖挖” ”的的“ “两两不不挖挖” ”原原则则。紧紧紧紧抓抓住住超超前前地地质质预预报报和和方方案案制制定定两两个个关关键键技技术术环环节节，更更新新理理念念，从从施
47、施工工工工艺艺、技技术术手手段段、工工程程措措施施入入手手提提高高施施工工过过程程中中的的预预警警和和防防灾灾能能力力。强强化化施施工工人人员员的的安安全全意意识识，重重视视隧隧道道掌掌子子面面安安全全管管理理与与细细节节管管理理，配足配足经验经验丰富的丰富的专职专职安全安全员员，杜，杜绝绝人人员员的不安全行的不安全行为为。56a方法要有效 n n方法的选择有很强的针对性，施工方法不同对精度有不同的要求。总体概念是，各种物探方法都有其适应范围，准确率都不高。为了提高准确率，摒弃单一方法，采用“多源协同原理”是一个正确路径。实践证明，在物探异常区施加钻探验证是有效的预报方法。对于采用矿山法施工的
48、隧道，建议采用：TSP203+YDZ直流电法+钻探验证的组合手段。57a手段是基础 n n物物探探远远近近搭搭配配：TSP203TSP203（远远探探）地地质质雷雷达达（近近探探）；YDZYDZ型型直直流流电电法法探探水水（远远探探）红红外外探探水水（近近探探）。钻钻探探长长短短结结合合：超超前前钻钻探探常常规规钻钻探探；地地质质素素描描综综合合分分析析判判释释。将将超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作纳纳入入工工序序管管理理，为为隧隧道道安安全全掘掘进进提提供供科科学学依依据据和和制制度度保保证证，杜杜绝绝突突水水、突突泥泥等等灾灾难难性性事事故故。除除物物探探设设备备外外，还还应应配配
49、备备性性能能优优越越、方方便便高高效效的的钻钻孔孔设设备备，长长短短结结合合，随随时时取取用用。对对超超前前地地质质预预测测预预报报钻钻孔孔设设计计、施施钻钻、验验孔孔、判判释释实实行行分分级级管管理理，责责任任到到人人。做做到到“ “物物探探先先行行、钻钻探探验验证证、有有疑疑必必探探、先先探探后后掘掘” ”及及坚坚持持“ “三三定定三三探探” ”原原则则（定定人人、定定孔孔、定定检检，常常探探、密密探探、深深探探），实实施施地地表表地地质质核核查查、掌掌子子面面地地质质素素描描、物物探探、钻钻探探等等综综合超前地合超前地质预报质预报手段，确保施工安全。手段，确保施工安全。58a制度是保证
50、n n将将地地质质预预测测预预报报纳纳入入工工序序管管理理、纳纳入入项项目目评评审审考考核核是是制制度度保保证证。以以往往在在隧隧道道施施工工中中，对对超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作有有很很大大的的随随意意性性，存存在在严严重重的的管管理理漏漏洞洞。事事实实证证明明，突突出出事事故故往往往往与与冒冒撞撞冒冒进进相相联联系系，根根本本原原因因是是忽忽视视了了超超前前地地质质预预测测预预报报工工作作。把把超超前前地地质质预预测测预预报报纳纳入入工工序序管管理理，现现场场配配足足经经验验丰丰富富的的地地质质专专业业技技术术人人员员，不不断断提提高高判判识识水水平平，实实现现时时时时监监控控
51、。安安全全投投入入纳纳入入计计量量支支付付，强强化化安安全全储储备备；应应急急预预案案及及应应急急演演练练纳纳入入内内业业资资料料考考核核，强强化化安安全全意意识识。做做好好各各项项应应急急准准备备，在在隧隧道道的的重重要要位位置置安安装装视视频频监监控控、声声光光电电预预警警系系统统，反反坡坡掌掌子子面面里里除除摆摆放放橡橡皮皮艇艇、游游泳泳圈圈、救救生生衣衣外外，还还应应有有逃逃生生绳绳、逃逃生生爬爬梯梯等等逃逃生生设设备备。在在各各个个工工作作面面、逃逃生生通通道道、隧隧道道口口安安装装摄摄像像头头，设设立立应应急急指指挥挥中中心心，一一旦旦发发生生灾灾害害，应应急急指指挥挥中中心心可可以以根根据据摄摄像像头头对对施施工工人人员员统统一一进进行行指指挥挥。加加强强进进洞洞人人员员管管理理，建建立立严严格格的的人人员员进进洞洞登登记记制制度度。平平时时，应应组组织织隧隧道道作作业业人人员员定定期期进进行行有有针针对对性性的的安安全全源源、防防灾灾、逃逃生生应应急急演演练练，将将隧隧道道灾灾害害逃逃生生措措施施、逃逃生生路路径径印印刷刷在在作作业业人人员员的的上上岗岗证证背背后后，随随时时供供作作业业人人员查员查看，确保施工作看，确保施工作业业人人员员的人身安全。的人身安全。59an 谢谢！ 20102010年元月年元月汪汪纲领纲领 邮邮箱：箱：60a
