岩溶隧道安全施工技术与管理

宜万铁路建设总指挥部：张民庆宜万铁路建设总指挥部：张民庆二二六年三月六年三月 成都成都岩溶隧道平安施工技术与管理第一章第一章 国内岩溶隧道工程地质灾害案例国内岩溶隧道工程地质灾害案例第二章第二章 岩溶隧道风险等级划分岩溶隧道风险等级划分第三章第三章 岩溶隧道平安的生产要素、程序和组织岩溶隧道平安的生产要素、程序和组织第四章第四章 岩溶隧道平安预测预报岩溶隧道平安预测预报第五章第五章 岩溶隧道平安管理岩溶隧道平安管理第六章第六章 岩溶隧道平安设计岩溶隧道平安设计第七章第七章 岩溶隧道平安施工岩溶隧道平安施工第八章第八章 岩溶隧道平安逃生岩溶隧道平安逃生第九章第九章 岩溶隧道平安抢险岩溶隧道平安抢险第十章第十章 中国古文化对岩溶平安的启示中国古文化对岩溶平安的启示第一章第一章 国内岩溶隧道工程灾害案例国内岩溶隧道工程灾害案例【案例案例1 1】渝怀铁路圆梁山隧道渝怀铁路圆梁山隧道910910灾害灾害圆梁山隧道全长圆梁山隧道全长11.068km11.068km，是渝怀线上最长的隧道。，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，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寒武系等多种地层。设计阶段预测水压力为4.424.424.6MPa4.6MPa，全隧正常涌水量，全隧正常涌水量98000m98000m3 3/d/d，最大涌水量，最大涌水量145000m145000m3 3/d/d。1 1910910灾害前的超前预测预报情况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圆梁山隧道超前地质预测预报主要采取TSP202TSP202、红外、红外线和超前探孔三种方式。线和超前探孔三种方式。20022002年年8 8月月2626日，隧道施工到日，隧道施工到DK354+726DK354+726，采用，采用TSP202TSP202进行超前预测预报，预报里程为进行超前预测预报，预报里程为DK354+726DK354+726+886+886，预报说明前方无明显反射信号，岩体较为完整、，预报说明前方无明显反射信号，岩体较为完整、均一，围岩级别为均一，围岩级别为级。级。20022002年年9 9月月9 9日，正洞施工到日，正洞施工到DK354+870DK354+870，采用红外线，采用红外线探水超前预测预报，预报说明前方发育含水构造，但探水超前预测预报，预报说明前方发育含水构造，但发生突涌水的可能性较小。发生突涌水的可能性较小。20022002年年9 9月月1010日，正洞开挖到日，正洞开挖到DK354+877.7DK354+877.7，采用风，采用风钻实施钻实施4 4个个5m5m超前浅孔钻探，探孔中无涌水、涌泥。超前浅孔钻探，探孔中无涌水、涌泥。2 2910910事故发生过程事故发生过程20022002年年9 9月月1010日，隧道正洞下导坑施工到日，隧道正洞下导坑施工到DK354+879DK354+879，掌子面为深灰色灰岩，围岩较完整，掌子面为深灰色灰岩，围岩较完整，无水，围岩等级为无水，围岩等级为级。级。10:0510:05隧道开挖放炮后进行正常出碴。隧道开挖放炮后进行正常出碴。10:4010:40当进行第三车装碴时，掌子面底部碴堆发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。止出碴，退出所有人员与设备。12:0012:00设计、施工和科研单位召开紧急会议，决设计、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。定施作止浆墙，以保证下一步钻孔注浆施工。13:3013:30地质及施工工程师到掌子面进行取样、摄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像和地质分析。当时，从掌子面右下部一大约高1.5m1.5m岩溶管道岩溶管道中挤出中挤出黄色硬塑可塑状粘土黄色硬塑可塑状粘土，局，局部可见明显擦痕，涌泥部可见明显擦痕，涌泥长度长度9m9m，高度高度接近下导坑接近下导坑拱顶部位，拱顶部位，约约3.5m3.5m，涌泥中，涌泥中无水无水，但在，但在岩体内部岩体内部可听见似水流声音可听见似水流声音。14:0014:00涌泥部位右侧有少量地下水流出，水浑浊，浓似涌泥部位右侧有少量地下水流出，水浑浊，浓似泥浆。泥浆。14:1014:10施工人员到掌子面进行混凝土止浆墙施作。施工人员到掌子面进行混凝土止浆墙施作。14:3014:30掌子面突然爆开，随之，大规模硬塑可塑状粘掌子面突然爆开，随之，大规模硬塑可塑状粘土喷出，约土喷出，约3030秒时间，涌泥向外喷出秒时间，涌泥向外喷出244m244m，从而塞满，从而塞满下导坑下导坑4200m34200m3空间，受洞内停放在空间，受洞内停放在DK354+679DK354+679电瓶车、电瓶车、梭矿阻挡，涌泥速度变缓。突泥过程中有梭矿阻挡，涌泥速度变缓。突泥过程中有4 4名人员逃生，名人员逃生，9 9名遇难。之后，涌泥缓慢向洞外继续移动，最快名遇难。之后，涌泥缓慢向洞外继续移动，最快7m/h7m/h，最慢，最慢1m/h1m/h，到，到9 9月月1212日日11:3011:30，涌泥至，涌泥至DK354+550DK354+550处根处根本稳定。本稳定。10:4010:4014:3014:3013:3013:30灾害全过程灾害全过程3 3910910灾害值得思索灾害值得思索的几个问题的几个问题超前预测预报问题：超前预测预报问题：TSPTSP一次预报距离？、红一次预报距离？、红外线可信度？、超前深孔外线可信度？、超前深孔钻探问题？钻探问题？涌泥后该进行什么工作涌泥后该进行什么工作？要观察多长时间？要观察多长时间？平安逃生理念？是逃还平安逃生理念？是逃还是避？是避？如何处理以后所遇到的如何处理以后所遇到的同类地质？同类地质？水声【案例案例2 2】宜万铁路马鹿箐隧道宜万铁路马鹿箐隧道121121灾害灾害马鹿箐隧道全长马鹿箐隧道全长7879m7879m，是宜万线上长大隧道之一。，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，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常涌水量为170254m170254m3 3/d/d，最大涌水量为，最大涌水量为823961m823961m3 3/d/d。1 1121121灾害前超前预测预报情况灾害前超前预测预报情况20052005年年1010月月2929日，隧道出口平导施工到日，隧道出口平导施工到PDK256+011PDK256+011，采用采用TSPTSP、地质雷达及、地质雷达及2 2个超前深孔钻探对前方进行超个超前深孔钻探对前方进行超前地质预测预报，预测预报说明：前方前地质预测预报，预测预报说明：前方30m30m左右存在异左右存在异常，存在溶隙带，溶隙内富水，超前探孔水量为常，存在溶隙带，溶隙内富水，超前探孔水量为303035m3/h35m3/h，水量稳定，水量稳定4 4天无任何变化。天无任何变化。1111月月3030日，平导施工到日，平导施工到PDK255+992PDK255+992又采用深孔钻探对又采用深孔钻探对前方地质进行预测预报，预报说明：前方存在一沿线前方地质进行预测预报，预报说明：前方存在一沿线路方向长路方向长2 28m8m溶腔，溶腔内少量充填黄泥、河砂、砾溶腔，溶腔内少量充填黄泥、河砂、砾块石及木屑等，大局部被水充填，水压力为块石及木屑等，大局部被水充填，水压力为0.80.81.2MPa1.2MPa。初步测算钻孔出水量为。初步测算钻孔出水量为4000m3/d4000m3/d，动水量为，动水量为2000m3/d2000m3/d。2 2处理措施处理措施平导遭遇该溶腔后，随开设平导遭遇该溶腔后，随开设横通道对正洞进行钻探，并横通道对正洞进行钻探，并对平导右侧进行探测，探测对平导右侧进行探测，探测说明左、右侧均发育溶腔，说明左、右侧均发育溶腔，迂回施工难度较大，于是决迂回施工难度较大，于是决定对溶腔采取超前帷幕注浆，定对溶腔采取超前帷幕注浆，加固范围为按正洞断面开挖加固范围为按正洞断面开挖轮廓线外轮廓线外5 58m8m。注浆后经。注浆后经钻孔检查，检查孔均为线状钻孔检查，检查孔均为线状流水，流水量为流水，流水量为0.1L/mmin0.1L/mmin，水压力为，水压力为0.1MPa0.1MPa。3 3121121事故发生过程事故发生过程注浆后进行隧道开挖。注浆后进行隧道开挖。20062006年年1 1月月2121日，平导开日，平导开挖至挖至PDK255+978PDK255+978，已进入溶洞，已进入溶洞4m4m，经观察，溶洞，经观察，溶洞破碎裂隙被浆液充填，注浆效果较好。破碎裂隙被浆液充填，注浆效果较好。6:306:30开始进行钻孔，钻孔过程中掌子面很稳定，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无任何异常情况。在钻孔过程中进行了4 4个个4.5m4.5m的超前浅孔钻探，钻孔无水。的超前浅孔钻探，钻孔无水。9:409:40钻孔完毕进行装药。钻孔完毕进行装药。10:0810:08开始放炮。开始放炮。10:1510:1510:3010:30平安员对掌子面进行排险。平安员对掌子面进行排险。10:5010:50正准备进行出碴时，出碴人员听到掌子面有正准备进行出碴时，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。平导掌子面突水约保护跳闸中断。平导掌子面突水约5 5分钟后据推分钟后据推测测 ，水通过平导和正洞之间的横通道涌入正洞，水通过平导和正洞之间的横通道涌入正洞，致使正洞作业人员致使正洞作业人员1313人被困。反坡施工人被困。反坡施工11:0011:00平导逃生人员出洞后立即报告，施工单位随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。梭矿车行至即组织进正洞营救。梭矿车行至DK257DK257600600处左右，处左右，洞内已被水淹没无法前进，随即出洞。洞内已被水淹没无法前进，随即出洞。11:0511:05水相继从平导、正洞涌出，大水封闭整个平水相继从平导、正洞涌出，大水封闭整个平导、正洞，洞口水面高导、正洞，洞口水面高3.5m3.5m，涌水将洞外施工场地，涌水将洞外施工场地局部冲毁，突水持续约局部冲毁，突水持续约4040分钟后涌水量减弱至分钟后涌水量减弱至300m3/h300m3/h。经事后推算，顶峰期最大涌水量。经事后推算，顶峰期最大涌水量7272万万m3/hm3/h，突水总量约，突水总量约1818万方。突水期间有万方。突水期间有2 2个随突水个随突水由正洞冲出获救，其余由正洞冲出获救，其余1111人遇难。人遇难。10:5010:5011:0511:054 4121121灾害值得思索的几个问题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超前预测预报到有岩溶存在时该怎么办？是堵还是排？是堵还是排？如何评价该岩溶所采取的注浆措施？如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？何评价超前支护措施？不同掌子面的同步逃生预警问题？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？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？两起工程灾害是否有共性特点？1 1、施工单位能力水平？、施工单位能力水平？2 2、进洞人数？、进洞人数？3 3、平导均只有不到两公里？、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，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、应急处理对效的超前预测预报方法、处理方案、应急处理对策，以到达躲避施工风险，防止或最大程度地减策，以到达躲避施工风险，防止或最大程度地减少地质灾害所引起人员伤亡和财产损失。少地质灾害所引起人员伤亡和财产损失。第二章第二章 岩溶隧道风险等级划分岩溶隧道风险等级划分风险等等级评价价标准准级风险隧道隧道长大隧道、隧道穿越可溶岩、地表岩溶大隧道、隧道穿越可溶岩、地表岩溶强强烈烈发育、隧道育、隧道处于水平岩溶循于水平岩溶循环带、隧道周隧道周围存在暗河系存在暗河系统、隧道穿越背斜、隧道穿越背斜或向斜构造、隧道穿越或向斜构造、隧道穿越规模宏大的断模宏大的断层、隧道反坡施工隧道反坡施工级风险隧隧道道长大隧道、隧道穿越碳酸大隧道、隧道穿越碳酸盐岩地岩地层、地、地表岩溶表岩溶强强烈烈发育、隧道育、隧道处于水平岩溶循于水平岩溶循环带附近、隧道穿越附近、隧道穿越规模模较大的断大的断层一般岩溶隧一般岩溶隧道道中短隧道、隧道穿越碳酸中短隧道、隧道穿越碳酸盐岩地岩地层、地、地表岩溶表岩溶发育、隧道穿越育、隧道穿越规模模较小的断小的断层、隧道穿越垂直岩溶循隧道穿越垂直岩溶循环带第三章第三章 岩溶隧道平安生产要素、程序和组织岩溶隧道平安生产要素、程序和组织1 1 平安生产六要素平安生产六要素岩溶隧道平安生产是建设单位、设计单位、施工单岩溶隧道平安生产是建设单位、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位、监理单位四方共同的责任，其中任何一个环节出现过失，对于岩溶隧道，特别是现过失，对于岩溶隧道，特别是级风险隧道，都有级风险隧道，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。各司其职、各负其责。根据以往岩溶隧道施工的经验与教训，岩溶隧道平根据以往岩溶隧道施工的经验与教训，岩溶隧道平安生产有六个要素：平安预报、平安管理、平安设计、安生产有六个要素：平安预报、平安管理、平安设计、平安施工、平安逃生、平安抢险。平安施工、平安逃生、平安抢险。2 2 平安生产程序平安生产程序第四章第四章 岩溶隧道平安预测预报岩溶隧道平安预测预报宜万线实施情况宜万线实施情况1 1预测预报方法：地质素描、预测预报方法：地质素描、TSP203TSP203、地质雷达、红外线探水、超前、地质雷达、红外线探水、超前水平深孔钻探和风钻加深水平深孔钻探和风钻加深5m5m浅孔钻探为浅孔钻探为必测方法，选定必测方法，选定HSPHSP、负视速度法、孔、负视速度法、孔内内CTCT和成像为选测工程，在必要时进行。和成像为选测工程，在必要时进行。等等级工程地工程地质特征特征预测预报项目目A A级A+A+(1)(1)极有极有可能存在重大地可能存在重大地质灾害的地灾害的地段，如极有可能遭遇大的暗河体系，段，如极有可能遭遇大的暗河体系，发育重大育重大软弱、富水、弱、富水、导水性良好的水性良好的断断层。(2)(2)存在重大物探异常，极有存在重大物探异常，极有可能可能发生大于生大于10000m10000m3 3/h/h以上的特大以上的特大型突水突泥，并极有可能型突水突泥，并极有可能诱发重大重大环境地境地质灾害的地段。灾害的地段。(3)(3)高地高地应力、力、瓦斯等灾害极其瓦斯等灾害极其严重地段。重地段。地地质素描、素描、TSP203(100m)TSP203(100m)、地、地质雷达雷达(15(1530m)30m)、红外外线探探水水(20m)(20m)、超前水平探孔、超前水平探孔(30(3060m)160m)13 3孔、孔、超前水平探孔超前水平探孔(30m)6(30m)6孔孔、超前浅孔超前浅孔钻探探(5m)5(5m)5孔孔、HSPHSP或或负视速度法速度法(50m)(50m)、孔中、孔中CTCT成像成像A A(1)(1)可能可能存在重大地存在重大地质灾害的地段，灾害的地段，如可能遭遇大的暗河体系，如可能遭遇大的暗河体系，发育重大育重大软弱、富水、弱、富水、导水性良好的断水性良好的断层。(2)(2)存在重大物探异常，极有可能存在重大物探异常，极有可能发生大于生大于1000m1000m3 3/h/h以上的大型突水突泥，以上的大型突水突泥，并可能并可能诱发重大重大环境地境地质灾害的地段。灾害的地段。(3)(3)高地高地应力、瓦斯等灾害力、瓦斯等灾害严重地段。重地段。地地质素描、素描、TSP203(100m)TSP203(100m)、地、地质雷达雷达(15(1530m)30m)、红外外线探探水水(20m)(20m)、超前水平探孔超前水平探孔(30m)1(30m)13 3孔孔、超前浅孔、超前浅孔钻探探(5m)3(5m)35 5孔孔等等级工程地工程地质特征特征预测预报项目目B B级可能可能发生生1001001000m1000m3 3/h/h的中小型的中小型突水突泥地段，存在突水突泥地段，存在较大物探异常、大物探异常、断裂断裂带等地段。等地段。地地质素描、素描、TSP203(150m)TSP203(150m)、地地质雷达雷达(15(1530m)30m)、红外外线探水探水(20m)(20m)、超前水平探孔、超前水平探孔(30m)1(30m)13 3孔、孔、超前浅孔超前浅孔钻探探(5m)3(5m)3孔孔C C级岩溶水文地岩溶水文地质条件条件较好的碳酸好的碳酸盐岩岩和碎屑岩地段，和碎屑岩地段，发生突水涌泥的可生突水涌泥的可能性不大或能性不大或规模不会大于模不会大于100m100m3 3/h/h的的突水突泥。突水突泥。地地质素描、素描、TSP203(150m)TSP203(150m)、超前浅孔超前浅孔钻探探(5m)3(5m)3孔孔，必，必要要时地地质雷达雷达(30m)(30m)、超前水、超前水平探孔平探孔(30m)1(30m)1孔。孔。2 2组织与管理组织与管理制度化管理：制定了制度化管理：制定了?宜万线施工地质勘宜万线施工地质勘察与超前预测预报专项机制察与超前预测预报专项机制?，编写了，编写了?宜宜万线复杂隧道施工地质实施细那么万线复杂隧道施工地质实施细那么?。职能化管理：设计单位为主体，建设、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、相施工、监理单位明确职责、分工合理、相互协调、系统管理。互协调、系统管理。专项性管理：施工单位要有专业人员和专项性管理：施工单位要有专业人员和设备。设备。纳入工序管理：纳入施工工序中，施工纳入工序管理：纳入施工工序中，施工中做到中做到“有疑必探、不探不挖的原那么。有疑必探、不探不挖的原那么。3现场应用效果：现场应用效果：到目前为止，只要是按规定的工程进行超前预到目前为止，只要是按规定的工程进行超前预测预报，所遇到的规模较大的岩溶均探测到。测预报，所遇到的规模较大的岩溶均探测到。钻机选型：全线共有钻机钻机选型：全线共有钻机16种种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。其中大局部钻机，使用效果相差很大。其中大局部钻机钻进行能力小，这对将钻孔纳入工序管理造成很钻进行能力小，这对将钻孔纳入工序管理造成很大影响约有大影响约有17%的时间用于钻孔。推荐使用的时间用于钻孔。推荐使用MKD-5S煤科院西安分院产、煤科院西安分院产、ZYG-150B煤科院重庆分院产、煤科院重庆分院产、RDP-150C日本进口日本进口地质钻机地质钻机。超前深孔钻探根本上探到了所有的大型岩溶，超前深孔钻探根本上探到了所有的大型岩溶，5m5m浅孔风钻钻探根本上探到了所有的涌水。超前浅孔风钻钻探根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。钻探仍是超前地质预测预报的主体。TSPTSP预报率不高，应进一步研究，提高预报率。预报率不高，应进一步研究，提高预报率。去年上半年为去年上半年为35%35%，目前为，目前为52%52%。地质雷达对基底岩溶探测效果很好。对较大规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。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。红外探水结论模糊，难以起到应有的作用。4 4不认真进行预测预报的教训不认真进行预测预报的教训20042004年年9 9月月1111日，别岩槽隧道出口日，别岩槽隧道出口上半断面开挖到上半断面开挖到DK406+422DK406+422，掌子，掌子面炮眼孔射水，施工人员迅速撤面炮眼孔射水，施工人员迅速撤离。离。12:3012:30分，掌子面爆开，突发分，掌子面爆开，突发大规模涌水，突水洪峰流量大规模涌水，突水洪峰流量36000m3/h36000m3/h，洞口涌水高度，洞口涌水高度1.8m1.8m，涌水持续时间涌水持续时间40min40min后稳定为后稳定为500m3/h500m3/h。该次突水使洞内设备席。该次突水使洞内设备席卷而出，并冲垮洞口场地，使上、卷而出，并冲垮洞口场地，使上、下游居民用水受到严重影响，造下游居民用水受到严重影响，造成经济损失约成经济损失约100100万元，万元，1 1 超前预测预报专项化管理超前预测预报专项化管理1 1专项经费列入概算专项经费列入概算2 2纳入施工工序管理投标阶段纳入施工工序管理投标阶段3 3物探技术应走专业化承包之路物探技术应走专业化承包之路4 4钻探技术应配备快速钻孔机械钻探技术应配备快速钻孔机械5 5加强浅孔风钻钻探工作加强浅孔风钻钻探工作6 6制定标准、标准，实现标准化管理制定标准、标准，实现标准化管理第五章第五章 岩溶隧道平安管理岩溶隧道平安管理2 2 隧道岩溶治理程序化管理隧道岩溶治理程序化管理1 1会会商商程程序序：有有突突涌涌水水可可能能的的，必必须须由由建设单位组织四方会商。建设单位组织四方会商。2 2方方案案设设计计程程序序：设设计计负负责责、建建设设单单位位审批审批3 3施施工工程程序序：施施工工单单位位编编写写施施组组、监监理理审批、施工单位实施审批、施工单位实施4 4注注浆浆效效果果检检查查程程序序：施施工工单单位位实实施施、监监理理签签认认、建建设设单单位位对对达达不不到到设设计计要要求求的的应重新组织会商。应重新组织会商。3 3 隧道岩溶平安制度化管理隧道岩溶平安制度化管理1 1制定制定?岩溶隧道防范高风险专项机制岩溶隧道防范高风险专项机制?2 2制制定定?岩岩溶溶隧隧道道注注浆浆施施工工管管理理实实施施细细那那么么?3 3制定制定?岩溶处理的一般原那么岩溶处理的一般原那么?4 4 隧道岩溶治理费用管理隧道岩溶治理费用管理实实报报实实销销？承承包包？采采用用承承包包会会带带来来很很多多平平安安隐隐患。患。5 5 工期问题工期问题遇遇到到特特大大岩岩溶溶或或有有涌涌突突水水可可能能时时应应重重新新审审核核工工期期第六章第六章 岩溶隧道平安设计岩溶隧道平安设计1 1 反坡隧道洞内抽水系统设计反坡隧道洞内抽水系统设计2 2 洞口排水系统设计洞口排水系统设计3 3 注浆堵水设计注浆堵水设计4 4 注浆效果检查评定标准建立注浆效果检查评定标准建立5 5 岩溶管道放水降压回填处理设计岩溶管道放水降压回填处理设计6 6 支护体系设计支护体系设计7 7 二次衬砌设计二次衬砌设计8 8 暗河处理设计暗河处理设计9 9 辅助坑道设计方案辅助坑道设计方案10 10 逃生通道设计逃生通道设计11 11 同声光预警系统设计同声光预警系统设计12 12 应急照明设计应急照明设计13 13 逃生线路设计逃生线路设计注浆施工的七个重要参数注浆施工的七个重要参数浆液扩散半径浆液扩散半径RR根底根底注浆布设间距注浆布设间距abab注浆分段长度步距注浆分段长度步距h h浆液凝胶时间浆液凝胶时间TgTg核心心脏核心心脏注浆速度注浆速度v vQ Q能量血液能量血液注浆量注浆量Q QQQ注浆压力注浆压力PP关键眼睛关键眼睛注注浆浆效效果果检检查查评评定定标标准准建建立立五五类类十十四四种种【圆梁山隧道【圆梁山隧道1#1#溶洞】注浆中表现两种溶洞】注浆中表现两种P-Q-tP-Q-t曲线。曲线。型曲型曲线主要是内圈、外圈孔，特别是底部孔。其注浆压力较小，线主要是内圈、外圈孔，特别是底部孔。其注浆压力较小，一般为一般为1.51.52MPa2MPa，注浆速度为，注浆速度为404050L/min50L/min，随着注浆的进，随着注浆的进行，注浆压力稍有升高，注浆速度略有降低，当到达设计注行，注浆压力稍有升高，注浆速度略有降低，当到达设计注浆量时，注浆终压不能到达设计终压，而此时注浆速度仍较浆量时，注浆终压不能到达设计终压，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大。经分析，认为主要是溶洞区存在一定空隙(洞洞)，浆液流，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。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【圆梁山隧道1#1#溶洞】溶洞】型曲线主要是上部注浆孔和中部注浆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，到达了挤压密实的目的。注浆过程中，开始时注浆压力一致，到达了挤压密实的目的。注浆过程中，开始时注浆压力为为2 22.5MPa2.5MPa，注浆速度为，注浆速度为303050L/min50L/min，随着注浆进行，压力，随着注浆进行，压力上升，注浆速度明显下降，当到达设计注浆量时，注浆终压到上升，注浆速度明显下降，当到达设计注浆量时，注浆终压到达或超过设计终压值达或超过设计终压值3 34MPa4MPa，此时注浆速度降至，此时注浆速度降至101015L/min15L/min，这主要表现为挤压劈裂再挤压。，这主要表现为挤压劈裂再挤压。2 2 注浆量分布特征法注浆量分布特征法 注浆注浆量分量分布时布时间效间效应图应图【圆梁山隧道【圆梁山隧道2#2#溶洞】溶洞】总体可以将注浆量分布时总体可以将注浆量分布时间效应图分成两局部，即前期单序孔局部和后期双间效应图分成两局部，即前期单序孔局部和后期双序孔局部，明显单序孔注浆量要比双序孔注浆量大，序孔局部，明显单序孔注浆量要比双序孔注浆量大，这和预期的分序孔注浆原那么相一致。这和预期的分序孔注浆原那么相一致。前期单序前期单序孔阶段，注浆量离散性很大，这主要是由于岩溶分孔阶段，注浆量离散性很大，这主要是由于岩溶分布的不均一性特征所引起。布的不均一性特征所引起。上半断面注浆量分布空间效应图 由上半断面注浆量由上半断面注浆量分布空间效应图来分布空间效应图来看：看：轮廓线外三轮廓线外三圈孔注浆量总体是圈孔注浆量总体是均布的，拱顶处较均布的，拱顶处较大大 ，这主要是由于，这主要是由于上部存在较大的空上部存在较大的空腔所致。腔所致。由注浆由注浆量分布情况来看，量分布情况来看，两侧拱腰处明显存两侧拱腰处明显存在着薄弱区，对此，在着薄弱区，对此，这应在补孔注浆及这应在补孔注浆及检查孔施工时重点检查孔施工时重点强化处理。强化处理。下半断面注浆量分布空间效应图 由下半断面注浆量分布图来看：注浆量分布比较均匀,注浆量都比较小，可见水是由上部过来的，上半断面注浆后，根本上堵住了岩溶水。3 3涌水量比照法涌水量比照法 【圆梁山隧道【圆梁山隧道1#1#溶洞】超前地质探孔涌水量为溶洞】超前地质探孔涌水量为505070m3/h70m3/h，注浆施工中涌水量超过，注浆施工中涌水量超过10000m3/d10000m3/d。注浆。注浆后，该溶洞段涌水量只有后，该溶洞段涌水量只有5 510m3/h10m3/h，注浆堵水率，注浆堵水率到达到达90%90%以上，注浆堵水效果是很明显的。以上，注浆堵水效果是很明显的。【圆梁山隧道圆梁山隧道2#2#溶洞溶洞】随着注浆进行，钻孔随着注浆进行，钻孔涌水量总体呈减少趋势，由此来看，总体注涌水量总体呈减少趋势，由此来看，总体注浆效果明显，是随着注浆进行不断提高。浆效果明显，是随着注浆进行不断提高。钻孔中的涌水量表现出明显的离散性，这和钻孔中的涌水量表现出明显的离散性，这和2#2#溶洞地质复杂有关。溶洞地质复杂有关。4 4浆液填充率反算法浆液填充率反算法【深圳市向西路人行地道工程】注浆结束【深圳市向西路人行地道工程】注浆结束后，统计注浆总量后，统计注浆总量QQ，利用公式，利用公式Q=Vn(1+)Q=Vn(1+)反算出浆液填充反算出浆液填充率率=83.6%=83.6%，满足注浆加固堵水要求。，满足注浆加固堵水要求。在随后施工中，工程平安顺利。在随后施工中，工程平安顺利。5 5检查孔观察法检查孔观察法 【圆梁山隧道【圆梁山隧道2#2#溶洞】注溶洞】注浆结束后，根据注浆浆结束后，根据注浆P-P-Q-tQ-t曲线分析，结合注浆曲线分析，结合注浆量分布特征，在注浆薄量分布特征，在注浆薄弱环节钻设检查孔。由弱环节钻设检查孔。由图检查孔来看，检查孔图检查孔来看，检查孔无涌水、涌砂，且成孔无涌水、涌砂，且成孔好。检查孔放置好。检查孔放置1 1小时后，小时后，仍无坍孔、无涌水、无仍无坍孔、无涌水、无涌砂，因此，可以判定涌砂，因此，可以判定注浆效果是良好的，能注浆效果是良好的，能满足平安开挖要求。满足平安开挖要求。6 6检查孔取芯法检查孔取芯法 【广州地铁杨【广州地铁杨体区间隧体区间隧道道 】注浆结束后，针对】注浆结束后，针对注浆薄弱环节进行取芯试注浆薄弱环节进行取芯试验。取芯说明：岩芯呈柱验。取芯说明：岩芯呈柱状，完整性好，岩芯提取状，完整性好，岩芯提取率在率在60%60%以上，岩芯加固以上，岩芯加固优良率为优良率为71.571.596.6%96.6%。对岩芯进行抗压强度测试，对岩芯进行抗压强度测试，在灰色细砂中为在灰色细砂中为0.2950.2950.428MPa0.428MPa，在黄色中粗砂，在黄色中粗砂中为中为1.151.153.29MPa3.29MPa。7 7 检查孔检查孔P-Q-tP-Q-t曲线法曲线法 【圆梁山隧道【圆梁山隧道1#1#溶洞】对检查孔进行注浆，绘制溶洞】对检查孔进行注浆，绘制P-Q-tP-Q-t曲线。由曲线。由图来看，开始时，注浆初压为图来看，开始时，注浆初压为2MPa2MPa，注浆速度为，注浆速度为15L/min15L/min，随，随着注浆进行，注浆压力和注浆速度根本保持不变，这主要是着注浆进行，注浆压力和注浆速度根本保持不变，这主要是起到了补充注浆作用，并进一步劈裂强化注浆效果。维持起到了补充注浆作用，并进一步劈裂强化注浆效果。维持5min5min后，注浆压力突然上升，超过设计注浆终压后，注浆压力突然上升，超过设计注浆终压3MPa3MPa，同时，同时注浆速度急剧下降，当注浆压力到达注浆速度急剧下降，当注浆压力到达4MPa4MPa时，地层根本注不时，地层根本注不进浆，而此时注浆量远小于设计注浆量，可见检查孔区域已进浆，而此时注浆量远小于设计注浆量，可见检查孔区域已饱和密实，到达注浆设计要求。饱和密实，到达注浆设计要求。检查孔检查孔P-Q-tP-Q-t曲线曲线7 7 检查孔检查孔P-Q-tP-Q-t曲线法曲线法 8 8渗透系数测试法渗透系数测试法 【深圳地铁益田站】注【深圳地铁益田站】注浆截水帷幕施工结束浆截水帷幕施工结束后，测试地层渗透系后，测试地层渗透系数为数为1.810-51.810-52.510-6cm/s2.510-6cm/s，满，满足工程平安施工要求，足工程平安施工要求，到达了注浆截水帷幕到达了注浆截水帷幕的目的。在随后桩基的目的。在随后桩基开挖中，仅有少量渗开挖中，仅有少量渗水，工程得以平安施水，工程得以平安施工。工。9 9加固效果观察法加固效果观察法【圆梁山隧道圆梁山隧道1#1#溶洞溶洞】对掌子面注浆加固效果进行观察，注浆后，掌子面淤泥质粘土被有效加固，无水，开挖过程中，掌子面自稳性好，无任何坍塌。1010注浆机理分析法注浆机理分析法【圆梁山隧道【圆梁山隧道1#1#溶洞】在开挖过程溶洞】在开挖过程中，观察浆液对地层的加固状况。中，观察浆液对地层的加固状况。浆液加固溶洞地层，主要表现为浆液加固溶洞地层，主要表现为填充挤压和剪切劈裂两种方式。填充挤压和剪切劈裂两种方式。填充挤压方式主要是当地层孔隙填充挤压方式主要是当地层孔隙(洞洞)较大时，浆液直接填充空隙较大时，浆液直接填充空隙(洞洞)，该加固方式主要发生在，该加固方式主要发生在破碎围岩和粘土的交界面，以及破碎围岩和粘土的交界面，以及局部空隙率较大的部位。剪切劈局部空隙率较大的部位。剪切劈裂方式主要是在未扰动的粘土地裂方式主要是在未扰动的粘土地层，浆液在较高压力条件下形成层，浆液在较高压力条件下形成劈裂脉，以脉状扩散方式形成网劈裂脉，以脉状扩散方式形成网状加固结构，以到达固泥堵水的状加固结构，以到达固泥堵水的目的。目的。方式一 填充挤压方式方式二 剪切劈裂方式1111力学指标测试法力学指标测试法【圆梁山隧道1#溶洞】浆液强度较高，但由于浆液固结机理主要表现为挤压填充和剪切劈裂作用，因而浆液加固固结体测试抗压强度时，首先固结体内的粘土体被破坏，而此时浆液仍表现为固结强度，经屡次取样测试，其单轴抗压强度均在0.2MPa左右。注浆前地层为软塑状粘土，不能自稳，注浆后地层抗压强度得到了改善。注浆前地层含水量为120.3%，地层空隙率为82.8%，注浆后地层含水量降低到15.729.1%，地层空隙率降低到18.344.2%。抗压强度(MPa)抗折强度(MPa)含水量(%)比重密度(g/cm3)重度(kN/m3)干密度(g/cm3)孔隙率(%)饱和度(%)1d3d1d3d浆液0.52.10.00.5原状粘土地层软塑状不能成型120.34.001.5215.20.6982.8100挤压填充体0.20.215.71.351.2712.71.0918.394.42剪切劈裂体0.20.229.12.71.9419.41.5044.299.18强度与耐久性问题强度与耐久性问题1212水位推测法水位推测法【以太广场高级写字楼保护【以太广场高级写字楼保护】在截水帷幕施工前越秀】在截水帷幕施工前越秀公园站施工中，地下水位公园站施工中，地下水位变化异常，伴随着施工的变化异常，伴随着施工的进行与暂停，水位随之变进行与暂停，水位随之变化，因而无法保证以太广化，因而无法保证以太广场的平安稳定。通过实施场的平安稳定。通过实施截水帷幕，在之后截水帷幕，在之后20012001年年3 3月月1010日以后的越秀公园站日以后的越秀公园站施工中，以太广场内侧水施工中，以太广场内侧水位稳定，这充分证明了以位稳定，这充分证明了以太广场复合式截水帷幕施太广场复合式截水帷幕施工效果是好的。工效果是好的。1313变形推测法变形推测法【广州地铁越秀公园站广州地铁越秀公园站北基坑围护桩外注浆北基坑围护桩外注浆】前期挖桩阶段地表前期挖桩阶段地表急剧下沉，最大沉降急剧下沉，最大沉降速率速率6.9mm/d6.9mm/d，最大沉，最大沉降值降值32mm32mm。在挖桩至。在挖桩至成桩阶段，地表下沉成桩阶段，地表下沉速率最大值为速率最大值为1.3mm/d1.3mm/d，这一阶段累计下沉，这一阶段累计下沉最大值为最大值为7.2mm7.2mm，由此，由此可见围护桩外注浆截可见围护桩外注浆截水帷幕的施作是十分水帷幕的施作是十分成功的。成功的。1414物探法物探法【圆梁山隧道【圆梁山隧道2#2#溶洞】溶洞】注浆前后注浆前后TSPTSP比照比照岩溶注浆处理时注浆效果检查方法与标准建议岩溶注浆处理时注浆效果检查方法与标准建议1 1必测工程：必测工程：P-Q-tP-Q-t曲线法符合设计要求，到达设计注浆量和注浆曲线法符合设计要求，到达设计注浆量和注浆终压终压注浆量分布特征法不能有注浆盲区注浆量分布特征法不能有注浆盲区涌水量比照法堵水率到达涌水量比照法堵水率到达80%80%，总涌水量，总涌水量5m3/m/d5m3/m/d检查孔观察法检查孔无涌水、涌砂，放置一个小时仍检查孔观察法检查孔无涌水、涌砂，放置一个小时仍无涌水、涌砂。无涌水、涌砂。渗透系数测试法渗透系数测试法k10-5cm/sk10-5cm/s力学指标测试法力学指标测试法(固结体抗压强度固结体抗压强度0.3MPa0.3MPa，注浆后地，注浆后地层含水率层含水率35%35%2 2选测工程选测工程加固效果观察法、注浆机理分析法、检查孔加固效果观察法、注浆机理分析法、检查孔P-Q-tP-Q-t曲线曲线法法第七章第七章 岩溶隧道平安施工岩溶隧道平安施工1 1 平平安安生生产产制制度度及及培培训训:施施工工单单位位应应对对进进洞洞作作业业人人员员进进行行平平安安生生产产制制度度培培训训，特特别别是是应应对对掌掌子子面面风风险险标标识学会判别，对逃生线路明确。识学会判别，对逃生线路明确。2 2 辅助导坑与正洞的协调施工原那么辅助导坑与正洞的协调施工原那么:对对于于长长大大岩岩溶溶隧隧道道，应应注注意意以以下下几几个个辅辅助助导导坑坑与与正正洞洞协调施工的原那么。协调施工的原那么。1 1坚持坚持“平导超前、尽快贯穿的施工原那么。平导超前、尽快贯穿的施工原那么。2 2正正洞洞与与平平导导作作业业面面应应协协调调施施工工，做做到到“平平导导超超前前、正正洞洞紧紧跟跟，反反对对平平导导长长距距离离独独头头掘掘进进，原原那那么么上上，正洞与平导作业面的距离不要超过正洞与平导作业面的距离不要超过500m500m。3 3当平导遇到特大岩溶时，应优先考虑采取迂回导当平导遇到特大岩溶时，应优先考虑采取迂回导坑的措施。当确实没有迂回条件或迂回工作量特别坑的措施。当确实没有迂回条件或迂回工作量特别大时，才考虑处理措施。大时，才考虑处理措施。4 4当平导遇到特大岩溶时，在平导岩溶超前处理后当平导遇到特大岩溶时，在平导岩溶超前处理后开挖期间，由平导拐入正洞的独头作业面应停止施开挖期间，由平导拐入正洞的独头作业面应停止施工。工。5 5当正洞遇到特大岩溶时，应优先考虑迂回措施，当正洞遇到特大岩溶时，应优先考虑迂回措施，实现两端夹击加固，待平导贯穿后处理。实现两端夹击加固，待平导贯穿后处理。6 6当反坡隧道施工遇到特大岩溶，存在突水、突泥当反坡隧道施工遇到特大岩溶，存在突水、突泥可能时，应重新分析隧道工期，如工期能保证，原可能时，应重新分析隧道工期，如工期能保证，原那么上采取反坡加固，反坡开挖揭示。那么上采取反坡加固，反坡开挖揭示。3 3 施工方法的选择：以短台阶法为主，必要时施工方法的选择：以短台阶法为主，必要时可采用可采用CRDCRD工法开挖。工法开挖。4 4 初期支护：大型充填型溶洞一定要采取大管初期支护：大型充填型溶洞一定要采取大管棚支护。棚支护。5 5 信息化施工：岩溶处理中及处理后，应加强信息化施工：岩溶处理中及处理后，应加强监控量测，及时根据监测成果进行必要的二次衬监控量测，及时根据监测成果进行必要的二次衬砌。砌。6 6 二次衬砌施作原那么：长大岩溶隧道，二次二次衬砌施作原那么：长大岩溶隧道，二次衬砌应及时，原那么上掌子面与二次衬砌间距离衬砌应及时，原那么上掌子面与二次衬砌间距离不得大于不得大于200m200m。当遇到高压富水岩溶时，应采取。当遇到高压富水岩溶时，应采取二次衬砌紧跟。二次衬砌紧跟。7 7 洞内外抽排水系统：反坡岩溶隧道施工时，洞内外抽排水系统：反坡岩溶隧道施工时，施工单位必须设置不少于施工单位必须设置不少于20000m3/d20000m3/d的排水能力的的排水能力的洞内抽水系统。洞口排水系统必须确保通畅，对洞内抽水系统。洞口排水系统必须确保通畅，对于洞口及排水下游民房存在平安隐患时，必须予于洞口及排水下游民房存在平安隐患时，必须予以撤除。以撤除。8 8 专职平安员设立专职平安员设立:岩溶隧道施工中，施工单位岩溶隧道施工中，施工单位必须设立专职平安员，负责全隧道的平安风险识必须设立专职平安员，负责全隧道的平安风险识别，负责预警系统和应急照明系统的开启。别，负责预警系统和应急照明系统的开启。第八章第八章 岩溶隧道平安逃生岩溶隧道平安逃生1 1 不平安标识不平安标识岩溶突水的最可能位置为两种岩层的接触带，大型岩溶突水的最可能位置为两种岩层的接触带，大型富水溶腔是最不平安的风险源。富水溶腔是最不平安的风险源。在隧道穿越富水构造时，当掌子面有掉块声、硬塑在隧道穿越富水构造时，当掌子面有掉块声、硬塑状涌泥、渗漏水量逐渐变大时，为突水、突泥风状涌泥、渗漏水量逐渐变大时，为突水、突泥风险标识，应及时逃生，经观察确实不存在大量突险标识，应及时逃生，经观察确实不存在大量突水、突泥时，方可进入工作面。水、突泥时，方可进入工作面。2 2 风险时刻风险时刻 施工工序施工工序1 1#溶洞溶洞2 2#溶洞溶洞3 3#溶洞溶洞4 4#溶洞溶洞5 5#溶洞溶洞频数数比例比例超前探超前探测0 01 10 00 01 12 26%6%开开 挖挖2 210101 11 11 1151547%47%注注浆及后部及后部处理理5 50 00 00 00 05 516%16%初支完成后初支完成后0 02 20 04 44 4101031%31%合合 计7 713131 15 56 63232100%100%3 3 逃生组织逃生组织洞内逃生由专职平安员负责，平安员应在最为危险洞内逃生由专职平安员负责，平安员应在最为危险的掌子面。当遇到险情时，平安员应及时启动预的掌子面。当遇到险情时，平安员应及时启动预警系统和应急照明系统，由工班长组织逃生。逃警系统和应急照明系统，由工班长组织逃生。逃生时，必须按设定的逃生线路逃生。反坡隧道施生时，必须按设定的逃生线路逃生。反坡隧道施工时，除司机外，工班内至少有两名以上人员具工时，除司机外，工班内至少有两名以上人员具备有开车能力，以防止意外发生。备有开车能力，以防止意外发生。4 4 逃生通道逃生通道当隧道遇到大型岩溶进行处理时，应设计必要的逃生通道。当隧道遇到大型岩溶进行处理时，应设计必要的逃生通道。对于有平导的隧道，应在原设计的平导与正洞横通道间对于有平导的隧道，应在原设计的平导与正洞横通道间增设逃生通道，应满足掌子面后退增设逃生通道，应满足掌子面后退1000m1000m内通道之间间距内通道之间间距不大于不大于200m200m，以利于现场逃生。逃生通道断面为，以利于现场逃生。逃生通道断面为2m2m宽宽2.5m2.5m高，逃生通道内不得放置杂物和停放机械，高，逃生通道内不得放置杂物和停放机械，确保畅通。逃生通道处应标明标记，以使进洞人员明确确保畅通。逃生通道处应标明标记，以使进洞人员明确通道设计意图。通道设计意图。5 5 同声光预警系统同声光预警系统6 6 应急照明应急照明7 7 逃生线路设计逃生线路设计8 8 逃生工具逃生工具9 9 逃生演习逃生演习为确保遇到险情时顺利逃生，对于长大复杂岩溶隧为确保遇到险情时顺利逃生，对于长大复杂岩溶隧道，施工单位必须每季度组织一次逃生演习。道，施工单位必须每季度组织一次逃生演习。第十章第十章 中国古文化对岩溶平安的启示中国古文化对岩溶平安的启示突水、突水、突泥、涌砂沙、逃生突水、突水、突泥、涌砂沙、逃生世间没有比水更柔弱的，然而攻击坚强的东西，没有世间没有比水更柔弱的，然而攻击坚强的东西，没有能胜过水的，水性至柔，却无坚不摧。能胜过水的，水性至柔，却无坚不摧。老子老子