岩溶隧道及处理.ppt

隧道工程通过岩溶地质地段隧道工程通过岩溶地质地段安全风险控制技术安全风险控制技术1 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。2n 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。3 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“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，提高项目的经济效益与社会效益。本，提高项目的经济效益与社会效益。4n n 下面以岩溶地质隧道施工为案例，论述隧道下面以岩溶地质隧道施工为案例，论述隧道工程穿越高压富水岩溶地质地段，施工安全风险工程穿越高压富水岩溶地质地段，施工安全风险控制的关键技术问题。控制的关键技术问题。5一、岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题一、岩溶地质及岩溶地区的工程地质问题61、岩溶地质、岩溶地质n n（1 1）定义）定义n n岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。破坏作用而形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。n n地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为岩溶地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用称为岩溶作用；岩溶是指由岩溶作用及其所产生的地貌现象和水文作用；岩溶是指由岩溶作用及其所产生的地貌现象和水文地质现象的总和地质现象的总和喀斯特现象。喀斯特现象。n n注：可溶性岩石大致可分为如下三大类：注：可溶性岩石大致可分为如下三大类：n n碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩等；碳酸盐类岩石，如石灰岩、白云岩、硅质灰岩和泥灰岩等；n n硫酸盐类岩石，如石膏、硬石膏和芒硝等；硫酸盐类岩石，如石膏、硬石膏和芒硝等；n n卤盐类岩石，如岩盐和钾盐。卤盐类岩石，如岩盐和钾盐。7n n(2)(2)岩溶作用结果岩溶作用结果n n形成地下和地表的各种奇特的地貌现象；地表岩溶有：形成地下和地表的各种奇特的地貌现象；地表岩溶有：石牙、溶沟、石林、岩溶漏斗、峰林、峰丛、溶蚀洼地、石牙、溶沟、石林、岩溶漏斗、峰林、峰丛、溶蚀洼地、孤峰与岩溶平原、盲谷、断头河、落水洞等。地下岩溶主孤峰与岩溶平原、盲谷、断头河、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形成特殊的水文地质现象。形成特殊的水文地质现象。8n n(3)(3)作用机理作用机理n n岩溶形成过程中溶蚀作用的机理十分复杂。有地岩溶形成过程中溶蚀作用的机理十分复杂。有地下水和地表水的溶蚀和沉淀、地表水的侵蚀、剥下水和地表水的溶蚀和沉淀、地表水的侵蚀、剥蚀和堆积，地下洞穴高压空气的冲爆和低压空气蚀和堆积，地下洞穴高压空气的冲爆和低压空气的吸蚀。地下水的机械潜蚀，冲蚀与堆积。地下的吸蚀。地下水的机械潜蚀，冲蚀与堆积。地下洞穴的重力崩塌，坍塌与堆积等。其中主要为地洞穴的重力崩塌，坍塌与堆积等。其中主要为地表及地下水的溶蚀作用。从工程地质上讲以地下表及地下水的溶蚀作用。从工程地质上讲以地下水对碳酸岩溶蚀作用为主。水对碳酸岩溶蚀作用为主。9n 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可溶岩能提供水渗透和运移空间；可溶岩能提供水渗透和运移空间；n n具溶蚀能力的水；具溶蚀能力的水；n n具良好的水循环条件（补给、排泄）。具良好的水循环条件（补给、排泄）。n n注：运动的水流加速岩溶过程，并使碳酸盐岩岩注：运动的水流加速岩溶过程，并使碳酸盐岩岩体产生体产生“碳、水、钙碳、水、钙”物质循环。物质循环。10n 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蚀能力。控制着岩溶发它直接影响参与岩溶作用的水的溶蚀能力。控制着岩溶发育的类型、速度和规模。主要有：气温、降雨量、降水性育的类型、速度和规模。主要有：气温、降雨量、降水性质、降水季节分配及蒸发量大小的变化。质、降水季节分配及蒸发量大小的变化。n n大气降水和气温的演变过程，提供水源和水流运动的梯度大气降水和气温的演变过程，提供水源和水流运动的梯度场等；场等；11n 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环交替条件的重要因素。地貌条件是影响地下水循环交替条件的重要因素。区域控制地表水文网的发育特点区域控制地表水文网的发育特点控制岩溶发控制岩溶发育的总趋势。育的总趋势。n n岩溶发育具有明显的叠加性和由分水岭至河谷明岩溶发育具有明显的叠加性和由分水岭至河谷明显增强的特征。显增强的特征。n n岩溶发育受可溶岩分布、构造特征和构造线方向岩溶发育受可溶岩分布、构造特征和构造线方向控制。控制。12(7)地质构造的影响n n1）断裂；断裂构造破坏了岩层的完整性，断层带附近断裂构造破坏了岩层的完整性，断层带附近岩石破碎，节理裂隙特别发育，极利于岩溶水的岩石破碎，节理裂隙特别发育，极利于岩溶水的循环及溶蚀作用的进行，岩溶常沿各种断层带发循环及溶蚀作用的进行，岩溶常沿各种断层带发育。育。正断层带通常岩溶很发育、逆断层带岩溶一正断层带通常岩溶很发育、逆断层带岩溶一般不发育，通常上盘比下盘发育；在节理裂隙的般不发育，通常上盘比下盘发育；在节理裂隙的交叉处或密集带，岩溶易发育。交叉处或密集带，岩溶易发育。13n n2)褶皱；褶皱轴部岩溶一般较发育，单斜岩层岩溶一褶皱轴部岩溶一般较发育，单斜岩层岩溶一般顺层面发育。地层不对称的褶皱中，陡的一翼般顺层面发育。地层不对称的褶皱中，陡的一翼较缓的一翼发育。较缓的一翼发育。n n各种岩层产状条件下岩溶发育特点：各种岩层产状条件下岩溶发育特点：产状水平或缓倾的可溶岩，其上为非可溶产状水平或缓倾的可溶岩，其上为非可溶岩时，岩溶一般不发育；其下为非可溶岩时，接岩时，岩溶一般不发育；其下为非可溶岩时，接触面上部岩溶一般发育；陡倾的可溶岩，上覆与触面上部岩溶一般发育；陡倾的可溶岩，上覆与下伏为非可溶岩时，上下接触带处岩溶发育。下伏为非可溶岩时，上下接触带处岩溶发育。14n n3)岩层组合特征影响。n n 厚而纯的碳酸盐岩，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。15n n（8 8）构造运动的影响）构造运动的影响n n 稳定期：侵蚀基准面（地下水位置）稳定，岩稳定期：侵蚀基准面（地下水位置）稳定，岩溶发育形成水平岩溶系统。溶发育形成水平岩溶系统。n n 地壳上升：地下水下降，侵蚀基准面下降；侧地壳上升：地下水下降，侵蚀基准面下降；侧向岩溶弱，岩溶以垂直发育为主向岩溶弱，岩溶以垂直发育为主 。n n 地壳下降：地下水循环交替好，岩溶减弱。可地壳下降：地下水循环交替好，岩溶减弱。可能造成垂直、水平向发育岩溶叠加，比较复杂。能造成垂直、水平向发育岩溶叠加，比较复杂。16n n(9)(9)岩溶发育的三个阶段岩溶发育的三个阶段n n1)1)形成阶段：只要满足前述洞穴发育的四个基本条形成阶段：只要满足前述洞穴发育的四个基本条件，即可开始形成洞穴。在这个洞穴形成的初期阶件，即可开始形成洞穴。在这个洞穴形成的初期阶段，洞穴空间规模一般较小，多呈孔隙状，人们无段，洞穴空间规模一般较小，多呈孔隙状，人们无法进入，主要表现为溶蚀现象。法进入，主要表现为溶蚀现象。n n2)2)发展阶段：随着参与洞穴发育的水流流量、流速发展阶段：随着参与洞穴发育的水流流量、流速的增加，洞穴空间逐渐扩大，发展成为具有一定规的增加，洞穴空间逐渐扩大，发展成为具有一定规模的通道系统，主要表现为溶洞和地下暗河。模的通道系统，主要表现为溶洞和地下暗河。n n3)3)衰亡阶段：由于地壳抬升，洞穴逐渐脱离地下水衰亡阶段：由于地壳抬升，洞穴逐渐脱离地下水位进入包气带，失去了进一步发展的动力条件，主位进入包气带，失去了进一步发展的动力条件，主要表现为崩塌现象显著，钟乳石类次生化学沉积大要表现为崩塌现象显著，钟乳石类次生化学沉积大量发育，洞穴空间逐步壅塞减小。量发育，洞穴空间逐步壅塞减小。17n n(10)(10)岩溶区稳定程度评价岩溶区稳定程度评价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为评价稳定性依据。为评价稳定性依据。n n极稳定地段：极稳定地段：5050年内未发生塌陷或漏斗。年内未发生塌陷或漏斗。n n稳定地段：稳定地段：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中等稳定地段：中等稳定地段：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不稳定地段：每年不稳定地段：每年1 15 5个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM。n n极不稳定地段：一年内极不稳定地段：一年内5-105-10个坍塌或漏斗个坍塌或漏斗/KM/KM。182、岩溶地区的工程地质问题n n与岩溶有关的的工程地质问题有：与岩溶有关的的工程地质问题有：n n 可溶岩石强度的降低对地基稳定性影响。可溶岩石强度的降低对地基稳定性影响。n n 地表岩溶现象：溶沟、石芽、溶蚀漏斗等。地表岩溶现象：溶沟、石芽、溶蚀漏斗等。n n 地下水岩溶现象：溶洞、溶蚀裂隙、暗河等。地下水岩溶现象：溶洞、溶蚀裂隙、暗河等。n n 岩溶地区修建地下工程设施的安全稳定性。岩溶地区修建地下工程设施的安全稳定性。n n 岩溶地区地下水开采对环境的影响。岩溶地区地下水开采对环境的影响。n n 岩溶地区由于岩溶化作用堆积物上的不均匀沉岩溶地区由于岩溶化作用堆积物上的不均匀沉降问题降问题,引起建筑物地基变形破坏：如地基承载力引起建筑物地基变形破坏：如地基承载力不足、地基石不均匀沉降、地基滑动、地表塌陷不足、地基石不均匀沉降、地基滑动、地表塌陷等。等。193、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悬空，将极大地）洞穴的存在使隧道全部或部分悬空，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）岩溶水特别是当）岩溶水特别是当CO3-CO3-等可溶性物质含量增高等可溶性物质含量增高时，水的流通将给隧道结构带来的侵蚀作用，影时，水的流通将给隧道结构带来的侵蚀作用，影响隧道的使用寿命；响隧道的使用寿命；n n3 3）洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边）洞穴堆积物因松软易坍塌下沉，改变洞穴周边的应力分布形态，影响隧道的结构稳定；的应力分布形态，影响隧道的结构稳定；n n4 4）隧道中地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，）隧道中地下水流失，使隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质被破坏，也是造成隧道结构不稳定导致环境地质被破坏，也是造成隧道结构不稳定的原因。的原因。20二、超前地质预报技术二、超前地质预报技术211、超前地质预报技术的实践意义n n进人进人2121世纪，伴随着西部大开发战略的启动，随世纪，伴随着西部大开发战略的启动，随着交通运输、水利水电、城市地铁和地下空间开着交通运输、水利水电、城市地铁和地下空间开发利用，隧道施工技术也取得了长足的进步，隧发利用，隧道施工技术也取得了长足的进步，隧道工程的规模和数量都有了较大增长。目前，中道工程的规模和数量都有了较大增长。目前，中国是世界上隧道最多的国家，是地质最复杂的国国是世界上隧道最多的国家，是地质最复杂的国家，也是今后隧道发展最快的国家。家，也是今后隧道发展最快的国家。n n随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地随着隧道应用领域的不断拓展，也带来了新的地质难题。由于隧道长度、埋深等各方面因素的影质难题。由于隧道长度、埋深等各方面因素的影响，地质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题响，地质条件越趋复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、也会相应地增多，不可预料的地质灾害如突泥、突水、塌方等成为困绕工程施工的主要难题。突水、塌方等成为困绕工程施工的主要难题。22n 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。23n 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面的研究，并且在隧道施工中发挥了重要作用。242、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。25n 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，为这一目标的实现提供了一条途径。为这一目标的实现提供了一条途径。26n 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。273、预报方法与手段n n（1 1）管理原则及配套技术）管理原则及配套技术n n将地质预测预报纳入工序管理。按照将地质预测预报纳入工序管理。按照“物探先行，钻探验物探先行，钻探验证，有掘必探，先探后掘证，有掘必探，先探后掘”的原则，采用多源协同预报技的原则，采用多源协同预报技术，将地质调绘与洞内物探、钻探相结合，对开挖面前方术，将地质调绘与洞内物探、钻探相结合，对开挖面前方断层、节理裂隙、破碎带、接触带、地层含水性、地应力断层、节理裂隙、破碎带、接触带、地层含水性、地应力状况及岩性和围岩级别等进行预报。利用长短结合、上下状况及岩性和围岩级别等进行预报。利用长短结合、上下对照、定性与定量相结合的办法以保证预报的准确性。采对照、定性与定量相结合的办法以保证预报的准确性。采用配套技术进行地面及洞内工程地质及水文地质调查，结用配套技术进行地面及洞内工程地质及水文地质调查，结合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，划分出重点不良合勘察设计资料拟定预报分级管理标准，划分出重点不良地质区段；对重点预报区段采用宏观控制预报、准确预报、地质区段；对重点预报区段采用宏观控制预报、准确预报、验证预报三级预报方法，保证施工安全。验证预报三级预报方法，保证施工安全。28n n（2 2）预报方法与手段）预报方法与手段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工作面地质素描预报工作面地质素描预报n n地质素描在隧道施工中全段进行，根据开挖段围地质素描在隧道施工中全段进行，根据开挖段围岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验岩的工程地质、水文地质特征进行预报结果的验证，提出是否修改预报方法及参数的意见。提出证，提出是否修改预报方法及参数的意见。提出注浆止水方案的建议。注浆止水方案的建议。29n nTSP203TSP203、直流电法仪超前地质预报、直流电法仪超前地质预报n n每开挖每开挖100m100m通过通过TSP203TSP203和和YDZYDZ型直流电法仪对开型直流电法仪对开挖前进方向进行中长距离预报。挖前进方向进行中长距离预报。n nTSP203TSP203对平直状地质界面（断层、节理、裂隙）对平直状地质界面（断层、节理、裂隙）的空间位置探测效果较好，准确率通常在的空间位置探测效果较好，准确率通常在80%80%左左右，探测范围在隧道轴线方向可达百米，横向探右，探测范围在隧道轴线方向可达百米，横向探测范围通常在测范围通常在404050m50m。n n直流电法对地下水具有较好的探测效果，有效探直流电法对地下水具有较好的探测效果，有效探测距离一般不超过测距离一般不超过85m85m。30n n工作面超前地质钻孔探测预报工作面超前地质钻孔探测预报n n钻探法是迄今为止地质预报最为直接、最为可靠钻探法是迄今为止地质预报最为直接、最为可靠的方法。的方法。n n在隧道施工通过岩溶、断层破碎带时，每开挖一在隧道施工通过岩溶、断层破碎带时，每开挖一段（段（30m30m左右），利用左右），利用RPD-150CRPD-150C钻机采用钢丝绳钻机采用钢丝绳取芯工法超前钻孔对开挖前进方向进行取芯工法超前钻孔对开挖前进方向进行303050m50m的钻探。该钻机适用于各种不同地层的岩芯取样；的钻探。该钻机适用于各种不同地层的岩芯取样；使用一个取样器即可完成任何地层的取样作业；使用一个取样器即可完成任何地层的取样作业；钻孔取芯比一般钻机快钻孔取芯比一般钻机快5-65-6倍；不需要撤钻杆就可倍；不需要撤钻杆就可取芯，钻杆可起到防止孔壁坍塌的套管作用；可取芯，钻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钻孔取样。施工中结合超以垂直方向和水平方向钻孔取样。施工中结合超前探测结果的异常段，增设钻孔。利用前探测结果的异常段，增设钻孔。利用YT28YT28钻机钻机进行进行5m5m长的常规钻探，对洞身前方进行全方位空长的常规钻探，对洞身前方进行全方位空间探测，探孔成放射形布设。间探测，探孔成放射形布设。31、其它预报n na)、调查断层破碎带形态n nb)、对隧道两侧各1.5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。32（3）信息收集与整理n n地质预报由专门的地质专业工程师负责，设专地质预报由专门的地质专业工程师负责，设专职地质组，其它施工、质检人员予以配合，进行职地质组，其它施工、质检人员予以配合，进行资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，报资料收集、统计、分析和编制信息预报成果，报设计、监理单位。设计、监理单位。n n不断总结经验，对已揭示的实际地质情况与前不断总结经验，对已揭示的实际地质情况与前期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，为期地质预报内容相比较，评估预报的准确性，为以后的超前预报工作积累经验。以后的超前预报工作积累经验。33三、岩溶高风险隧道防坍、防突技术三、岩溶高风险隧道防坍、防突技术341、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势能、动能转化条件。具有势能、动能转化条件。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势能、动能转化条件。不具有势能、动能转化条件。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，小动能也不具有破坏能力。小动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。352、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”的原则组织施工。的原则组织施工。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岩等级进行预报。围岩等级进行预报。36n 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。373、制定针对性的施工方案n n（1 1）溶洞处理的难点分析）溶洞处理的难点分析n n溶洞处理一是方案难制定，二是难实施。溶洞处理一是方案难制定，二是难实施。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，甚至带来安全风险。路，甚至带来安全风险。38 溶洞处理方案实施难度大，主要体现在如下几个方面n n对溶洞的揭示需要一个很长的过程，严重影响对溶洞的揭示需要一个很长的过程，严重影响隧道的施工进度，涌出物多含有大量泥砂，清理、隧道的施工进度，涌出物多含有大量泥砂，清理、抽排困难。抽排困难。n n岩溶一般都有较强的连通性，注浆封堵难。首岩溶一般都有较强的连通性，注浆封堵难。首先是如何准确确定浆液的凝结时间。凝结时间过先是如何准确确定浆液的凝结时间。凝结时间过长，浆液来不及凝结就会被水流冲走。凝结时间长，浆液来不及凝结就会被水流冲走。凝结时间过短，又会因凝结过快而造成注浆管堵塞。针对过短，又会因凝结过快而造成注浆管堵塞。针对这一问题，现场往往要对注浆顺序和凝结时间的这一问题，现场往往要对注浆顺序和凝结时间的不断实践、数据收集，反复比选，才能找出理想不断实践、数据收集，反复比选，才能找出理想的浆液凝结时间。的浆液凝结时间。39n n溶洞揭示后再封堵十分困难，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。40(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。41方案制定流程图方案制定流程图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42四、施工方法四、施工方法431、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。44溶洞处置动态施工程序溶洞处置动态施工程序452、处置方法、处置方法n n(1)(1)、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶蚀地、洞口岩土交界面溶槽、溶坑、石牙状溶蚀地层段的处理层段的处理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空间关系。当地质条件复杂时，提出详与隧道的空间关系。当地质条件复杂时，提出详细的岩溶地质补充探测建议，对前方不良地质情细的岩溶地质补充探测建议，对前方不良地质情况进一步探明。在对地质条件有充分了解的基础况进一步探明。在对地质条件有充分了解的基础上，制定安全、切实可行、经济合理的施工方案。上，制定安全、切实可行、经济合理的施工方案。n n、在岩土交界面起伏多变段，加强隧道开挖轮、在岩土交界面起伏多变段，加强隧道开挖轮廓线周边岩体厚度的探测，探明隧道开挖轮廓线廓线周边岩体厚度的探测，探明隧道开挖轮廓线周边岩层厚度、自身强度、节理裂隙发育情况，周边岩层厚度、自身强度、节理裂隙发育情况，在保证围岩稳固的情况下方可采用石质围岩支护在保证围岩稳固的情况下方可采用石质围岩支护参数。参数。46n n、在岩土交界面起伏多变段，当难以保证开挖、在岩土交界面起伏多变段，当难以保证开挖后围岩自稳的情况下。采用大角度超前小导管预后围岩自稳的情况下。采用大角度超前小导管预注浆、洞内超前帷幕注浆等措施，在地形条件允注浆、洞内超前帷幕注浆等措施，在地形条件允许的情况下可采用地表注浆的方式加固围岩。许的情况下可采用地表注浆的方式加固围岩。n n、岩土交界面对隧道开挖后围岩自稳能力有影、岩土交界面对隧道开挖后围岩自稳能力有影响的地段遵循响的地段遵循“强支护、弱爆破强支护、弱爆破”的方式，尽量的方式，尽量减少开挖引起的围岩扰动。减少开挖引起的围岩扰动。n n、加强溶洞相对隧道处于不同方位的溶洞探测，、加强溶洞相对隧道处于不同方位的溶洞探测，对溶洞处于隧道边墙以下、仰拱一下位置而对隧对溶洞处于隧道边墙以下、仰拱一下位置而对隧道结构有影响时，可采用封闭仰拱、注浆回填、道结构有影响时，可采用封闭仰拱、注浆回填、换填等处理措施。换填等处理措施。47(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。48图1：小溶洞在拱腰部发育49图图2 2：溶洞在边墙发育：溶洞在边墙发育 图图3 3：溶洞在基础及路面下发育：溶洞在基础及路面下发育50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洞51图图6:6:大溶洞在基础及路面下发育大溶洞在基础及路面下发育（1 1）图图7:7:大溶洞在基础及路面下发育大溶洞在基础及路面下发育（2 2）52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。53(3)、岩溶高风险隧道施工管理、岩溶高风险隧道施工管理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。54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。55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，配足经验丰富的专职安全员，杜绝人员的不安全行为。配足经验丰富的专职安全员，杜绝人员的不安全行为。56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隧道，建议采用：TSP203+YDZ直流电法+钻探验证的组合手段。57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质预报手段，确保施工安全。合超前地质预报手段，确保施工安全。58制度是保证 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。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