岩溶隧道施工技术与风险管理

1、岩溶隧道施工技术与风险管理岩溶隧道施工技术与风险管理 交流提纲交流提纲 岩溶分类岩溶分类 岩溶隧道施工技术岩溶隧道施工技术 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 岩溶分类岩溶分类 隧道岩溶发育虽千奇隧道岩溶发育虽千奇 百怪、复杂多变，无规律百怪、复杂多变，无规律 性，但也有其内在的类型性，但也有其内在的类型 特征。特别是灰岩地区，特征。特别是灰岩地区， 岩溶强烈发育，构造十分岩溶强烈发育，构造十分 复杂，补给水源丰富。根复杂，补给水源丰富。根 据其不同的类型特征，采据其不同的类型特征，采 取取五种分类方式五种分类方式，从而，从而 “对症下药对症下药”，制定出，制定出 “规模对策规模对策”、“充填性

2、充填性 对策对策”、“充填物对策充填物对策” 和和“水对策水对策”，实现岩溶，实现岩溶 “标准化标准化”治理。治理。 岩溶分类岩溶分类 洞洞 穴穴 型型 岩溶分类岩溶分类 无无 充充 填填 大大 型型 干干 溶溶 洞洞 岩溶分类岩溶分类 半半 充充 填填 大大 型型 干干 溶溶 洞洞 20062006年年8 8月月5 5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长100m100m、 横向宽横向宽150m150m、向上高出拱顶以上、向上高出拱顶以上10m10m、向下深、向下深21m21m。 龙麟宫隧道龙麟宫隧道 dk231+796dk231+796半半充填大型溶洞充填大型溶洞 岩溶分

3、类岩溶分类 大大 型型 富富 水水 充充 填填 淤淤 泥、泥、 块块 石石 溶溶 洞洞 20092009年年1111月月5 5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长15-15- 25m25m、横向宽大于、横向宽大于400m400m、向上高出拱顶以上、向上高出拱顶以上30m30m、 向下深向下深10m10m。 马鹿箐马鹿箐隧道隧道 dkdk255255+ +978978富水富水充填大型溶洞充填大型溶洞 岩溶分类岩溶分类 充充 填填 块块 石石 土土 型型 岩溶分类岩溶分类 充充 填填 粉粉 细细 砂砂 型型 岩溶分类岩溶分类 充充 填填 泥泥 水水 型型 岩溶分类岩溶分类 充充

4、 填填 清清 水水 型型 岩溶分类岩溶分类 隧隧 道道 与与 暗暗 河河 正正 交交 型型 岩溶分类岩溶分类 高高 压压 富富 水水 型型 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 岩溶及岩溶水治理基本对策岩溶及岩溶水治理基本对策 根据岩溶分类，针对不同类型岩溶，制定基本处治根据岩溶分类，针对不同类型岩溶，制定基本处治 对策。对策。 洞穴型、管道型岩溶：洞穴型、管道型岩溶：回填方案回填方案 充填型岩溶：充填型岩溶：注浆加固注浆加固+ +大管棚方案大管棚方案 过水型岩溶：过水型岩溶：引排方案引排方案 大型干溶洞（主要针对基底处理）：大型干溶洞（主要针对基底处理）：托梁托梁+ +板跨板

5、跨 方案、型钢混凝土方案、型钢混凝土+ +板跨方案、钢管群桩方案、桩板跨方案、钢管群桩方案、桩 基基+ +承台方案、路基填筑方案、梁跨方案承台方案、路基填筑方案、梁跨方案 岩溶水治理：岩溶水治理：注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积 体加固堵水方案、绕避方案、释能降压方案体加固堵水方案、绕避方案、释能降压方案 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 工程实例：洞穴型、管道型岩溶对策：工程实例：洞穴型、管道型岩溶对策：回填方案回填方案 案例案例20042004年年1010月月 3 3日，日，某某隧道隧道 dk108+865dk108+865处揭示处揭示 岩溶

6、洞穴，直径约岩溶洞穴，直径约 3m3m。针对该岩溶。针对该岩溶洞洞 穴穴，采用，采用i18i18钢架钢架 c20c20砼护拱，外设砼护拱，外设 干砌片石缓冲层。干砌片石缓冲层。 溶洞内预埋竖向排溶洞内预埋竖向排 水盲管。水盲管。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 案例案例 2005 2005年年1010月月1515日，日，某隧道开挖揭示某隧道开挖揭示dk247+562dk247+562特大型充填特大型充填 块石土岩溶，岩溶纵向发育块石土岩溶，岩溶纵向发育线为线为dk247+563dk247+563+445(+445(长长

7、118m)118m)， 线为线为dk247+573dk247+573+435(+435(长长138m)138m)，溶腔向线左发育，宽约，溶腔向线左发育，宽约60m60m， 基底以下局部深度超过基底以下局部深度超过8080米。对该溶腔采取米。对该溶腔采取“超前注浆超前注浆+ +大管棚大管棚” 方案处理后通过。方案处理后通过。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 隧 道 中 线 内轨顶面 二次衬砌 初期支护 管棚导向墙 管棚 帷幕注浆孔 帷幕注浆、管棚布孔图 帷幕注浆施工 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 马鹿箐隧道注浆管棚法施工马鹿箐隧道注浆管棚法施工 马鹿

8、箐隧道三台阶法开挖马鹿箐隧道三台阶法开挖 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 过水型岩溶对策：过水型岩溶对策：引排方案引排方案 针对过水型岩溶，原则上引排维持既有通道方案处治，不得针对过水型岩溶，原则上引排维持既有通道方案处治，不得 随意对岩溶管道堵塞，以免形成水害。随意对岩溶管道堵塞，以免形成水害。 案例案例 2005 2005年年8 8月月1111日，某隧道日，某隧道 进口开挖揭示进口开挖揭示dk119+512dk119+512隧底发育隧底发育 过水型岩溶，右侧为岩溶大厅。过水型岩溶，右侧为岩溶大厅。 岩溶为两头窄的芒果状，最宽处岩溶为两头窄的芒果状，最宽处 约约18.3

9、m18.3m，岩溶水流自左向右流入，岩溶水流自左向右流入 大厅消水洞，旱季水流量为大厅消水洞，旱季水流量为 43m43m3 3/h/h。针对该岩溶：清除大厅。针对该岩溶：清除大厅 内堆积体，锚网喷防护，隧道基内堆积体，锚网喷防护，隧道基 底采用底采用“托梁托梁+ +钢筋砼板钢筋砼板”跨越，跨越， 隧道结构加强。隧道结构加强。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 案例案例 2005 2005年年3 3月月2929日，日， 某某隧道开挖到隧道开挖到dk61+473dk61+473， 超前探测表明前方为正交超前探测表明前方为正交 型过水岩溶管道，经放水型过水岩溶管道，经放水 试验，

10、最大流水量为试验，最大流水量为 540m540m3 3/h/h。后爆破开挖，发。后爆破开挖，发 现管道由左拱腰向右拱脚现管道由左拱腰向右拱脚 发育。入水口直径分别为发育。入水口直径分别为 1.5m1.5m和和0.7m0.7m，出水口直径，出水口直径 为为1.5m1.5m。针对该岩溶，采。针对该岩溶，采 用用600mm600mm波纹管引排、浆波纹管引排、浆 砌片石回填、隧道结构加砌片石回填、隧道结构加 强。强。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 大型干溶洞：大型干溶洞：托梁托梁+ +板跨方案、型钢混凝土板跨方案、型钢混凝土+ +板跨方案、钢板跨方案、钢 管群桩方案、桩基管群桩

11、方案、桩基+ +承台方案、填筑路基方案、梁跨方案承台方案、填筑路基方案、梁跨方案 案案例例 2005 2005年年6 6月月2020日，日， 某某隧道开挖到隧道开挖到dk240+890dk240+890处，处， 隧道左边墙发育一横向溶隧道左边墙发育一横向溶 槽，宽槽，宽6m6m，纵向长，纵向长20m20m，向，向 下深不见底。针对该岩溶，下深不见底。针对该岩溶， 基底采取基底采取“型钢混凝土型钢混凝土+ +板板 跨跨”方案、隧道结构加强。方案、隧道结构加强。 型钢混凝土型钢混凝土+ +板跨板跨 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 实例实例 某某隧道开挖到隧道开挖到 dk139

12、+598dk139+598时，揭示时，揭示 出一条斜穿隧道的干出一条斜穿隧道的干 溶洞。溶洞自左上向溶洞。溶洞自左上向 右下发育，横向宽右下发育，横向宽 30m30m，纵向长，纵向长9m9m，向，向 上高上高20m20m，向下深，向下深 6.5m6.5m。针对该岩溶，。针对该岩溶， 基底采基底采“钢管群桩注钢管群桩注 浆加固浆加固”方案、隧道方案、隧道 结构加强。结构加强。 钢管群桩注浆加固钢管群桩注浆加固 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 案案例例 200 2009 9年年9 9月月2323日，日，马鹿箐马鹿箐隧道开挖到隧道开挖到dkdk255255+ +978978处处

13、 揭示大型半充填型溶洞，溶洞纵向长揭示大型半充填型溶洞，溶洞纵向长1 15-5-15m15m，轨面以上，轨面以上 4545m m，轨面以下左墙脚下，轨面以下左墙脚下0 010m10m。针对该岩溶，基础采取针对该岩溶，基础采取 “桩基桩基+ +承台承台”方案。方案。 桩基桩基+ +承台承台 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 +978+978溶腔溶腔i i线溶段段隧底处理剖面图线溶段段隧底处理剖面图 i i线溶腔段桩基施工线溶腔段桩基施工 内 轨 顶 面 桩 基 （ 示 意 ） dk255+925 dk255+976 万 州宜 昌 推 测 溶 洞 边 界 注 浆 加 固 区 注

14、 浆 加 固 区 dk255+946 dk255+964 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 案例案例 2005 2005年年6 6月月4 4日，日，某某隧道出口施工到隧道出口施工到dk232+467dk232+467时，揭示时，揭示 dk232+467dk232+467+397+397特大型溶洞。溶洞纵向长约特大型溶洞。溶洞纵向长约70m70m，横向宽约，横向宽约50m50m， 深约深约80m80m，基底为堆积体。受施工爆破影响，基底为堆积体。受施工爆破影响，6 6月月1919日日18:4818:48顶部顶部 覆层坍塌。该岩溶基底采取覆层坍塌。该岩溶基底采取“路基填筑、注浆

15、加固路基填筑、注浆加固”方案。方案。 路基填筑路基填筑+ +注浆加固注浆加固 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 案案例例 2006 2006年年1 1月月2 2日，日，某某隧道施工隧道施工 至至dk237+091dk237+091处，揭示一溶腔，该溶处，揭示一溶腔，该溶 腔沿线路纵向发育腔沿线路纵向发育30m30m，拱顶以上发，拱顶以上发 育育202030m30m，隧底以下发育，隧底以下发育101020m20m。 溶腔横穿隧道，发育至隧道左侧边溶腔横穿隧道，发育至隧道左侧边 墙外墙外28m28m，隧道右侧边墙外约，隧道右侧边墙外约22m22m斜斜 向下发育一落水洞，落水洞深

16、度未向下发育一落水洞，落水洞深度未 知。针对该隧道基底，采取知。针对该隧道基底，采取“拱跨拱跨” 方案。采用方案。采用1-22.5m1-22.5m实腹式拱跨结构，实腹式拱跨结构， 拱圈为半径拱圈为半径18.75m18.75m的钢筋混凝土圆的钢筋混凝土圆 弧板拱，矢高弧板拱，矢高3.75m3.75m，矢跨比，矢跨比1:61:6。 拱桥拱圈及拱座上回填拱桥拱圈及拱座上回填c15c15混凝土形混凝土形 成桥面。对局部溶腔，采用成桥面。对局部溶腔，采用c40c40混凝混凝 土回填。土回填。 拱跨方案拱跨方案 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 变形缝 0=1000kpa 内轨顶面 拱

17、跨 弃碴回填 变形缝 0=1000kpa 轮胎缓冲层 万州 溶洞边界 c25钢筋砼护拱 宜昌 弃碴回填 0=1000kpa 过水通道 拱跨 线 中 线 线 中 线 线 中 道 隧 缓冲层 拱跨 拱罩 溶洞发育轮廓线 溶洞处理纵断面 溶洞处理典型横断面 清危石喷锚网防护拱罩下拱跨拱罩结构隧底拱跨隧道结构 施工顺序： 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 对岩溶地下水的对策：对岩溶地下水的对策： 注浆堵水方案注浆堵水方案 泄水洞方案泄水洞方案 堆积体加固方案堆积体加固方案 绕行方案绕行方案 释能降压方案释能降压方案 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 序号序号治理

18、方案治理方案优点优点缺点缺点适用范围适用范围 1 1 注浆堵水方注浆堵水方 案案 加固围岩、控制加固围岩、控制 排放、对环境影排放、对环境影 响小响小 高压、动水条件高压、动水条件 下注浆不易控制下注浆不易控制 充填型贫水溶洞、富水裂隙带、充填型贫水溶洞、富水裂隙带、 低压富水充填型溶洞、断层等低压富水充填型溶洞、断层等 2 2泄水洞方案泄水洞方案 降低水压、隧道降低水压、隧道 结构安全性好结构安全性好 对环境可能造成对环境可能造成 一定影响一定影响 大型高压富水溶洞、高压富水溶大型高压富水溶洞、高压富水溶 槽等槽等 3 3 堆积体加固堆积体加固 堵水方案堵水方案 改善围岩条件、改善围岩条件、

19、 提高围岩抗渗性提高围岩抗渗性 动水条件下注浆动水条件下注浆 不易控制不易控制 大型堆积体、暗河大厅堆积物大型堆积体、暗河大厅堆积物 4 4释能降压释能降压 风险可控、安全风险可控、安全 性好、经济效益性好、经济效益 好好 对溶洞具体边界对溶洞具体边界 及补给条件的确及补给条件的确 定存在困难定存在困难 大型高压富水溶洞大型高压富水溶洞 5 5绕避方案绕避方案 降低处理难度、降低处理难度、 对环境影响几乎对环境影响几乎 没有影响没有影响 大型溶洞不易绕大型溶洞不易绕 避；绕避过程中避；绕避过程中 可能会揭示新的可能会揭示新的 不良地质不良地质 边界明确的溶洞及溶槽边界明确的溶洞及溶槽 岩溶隧道

20、施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 泄水洞方案泄水洞方案 横向过水通道设计横向过水通道设计 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 泄水洞方案泄水洞方案 型排水支洞、钻孔泄水示意图型排水支洞、钻孔泄水示意图 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 堆积体加固堵水方案堆积体加固堵水方案 实例实例 五爪观隧道五爪观隧道dk49+274dk49+274dk49+345dk49+345段与五爪观暗河正交段与五爪观暗河正交, , 暗河最大流暗河最大流量量3600036000万方万方/ /小时。暗河岩小时。暗河岩溶大厅横向宽约溶大厅横向宽约120m120m， 为巨块状

21、崩塌块石充填。该段路肩设计标高约为巨块状崩塌块石充填。该段路肩设计标高约542m542m，堆积体，堆积体 顶部标高约顶部标高约582m582m，岩溶大厅顶板最高处标高约，岩溶大厅顶板最高处标高约600m600m。暗河岩。暗河岩 溶大厅堆积体上部为巨块状崩塌块石，下部为卵石土、块石溶大厅堆积体上部为巨块状崩塌块石，下部为卵石土、块石 土及粉质黏土夹砾砂等组成，饱和、透水性好。卵石磨圆度土及粉质黏土夹砾砂等组成，饱和、透水性好。卵石磨圆度 好，直径好，直径2 29cm,9cm,个别达个别达11cm11cm以上；顶板及周壁为坚硬完整灰以上；顶板及周壁为坚硬完整灰 岩。根据该岩溶暗河特点，采取岩。根据

22、该岩溶暗河特点，采取“堆积体加固堵水，抬升暗堆积体加固堵水，抬升暗 河河”方案，总体处理顺序为：清除堆积物方案，总体处理顺序为：清除堆积物施做大里程端底施做大里程端底 板板分段施做截流区注浆、挡水坝分段施做截流区注浆、挡水坝排水渠区注浆、修建排排水渠区注浆、修建排 水渠、导流水渠、导流大里程区钻孔注浆、小里程区底板大里程区钻孔注浆、小里程区底板小里程区小里程区 钻孔注浆。钻孔注浆。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 绕行方案绕行方案 案例案例 某某隧道进口平导施工至隧道进口平导施工至 pdk364+005pdk364+0

23、05时，超前探测表明：时，超前探测表明： 前方发育高压动水充填粉细砂层前方发育高压动水充填粉细砂层 溶洞，溶洞由左向右发育，左侧溶洞，溶洞由左向右发育，左侧 规模大，右侧规模小，探测表明规模大，右侧规模小，探测表明 右侧纵向长度右侧纵向长度4 45m5m，但左侧经，但左侧经 多次注浆后，由于高压动水粉细多次注浆后，由于高压动水粉细 砂层注浆难度大，仍无法探到对砂层注浆难度大，仍无法探到对 方基岩。针对隧道进口反坡施工方基岩。针对隧道进口反坡施工 特点，以及平导的功能特点，对特点，以及平导的功能特点，对 该岩溶不再处理，采取该岩溶不再处理，采取“绕行绕行” 方案。绕行后顺利通过规模较小方案。绕行

24、后顺利通过规模较小 的充填粉细砂层溶洞。的充填粉细砂层溶洞。 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 释能降压方案释能降压方案 释能降压法是针释能降压法是针 对高压富水充填对高压富水充填 溶腔采取有计划溶腔采取有计划 、有目的精确爆、有目的精确爆 破，释放溶腔所破，释放溶腔所 存储能量，降低存储能量，降低 溶腔施工及运营溶腔施工及运营 过程水土压力。过程水土压力。 之后，通过配套之后，通过配套 处治措施完成溶处治措施完成溶 腔治理。腔治理。 “释能降压法释能降压法”施作程序施作程序 岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 泄 水 洞 泄 水 孔 施 工 岩溶隧道施工

25、技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例 泄 水 洞 泄 水 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 超前地质预测预报专项机制超前地质预测预报专项机制 突发性事件防范应急预案专项机制突发性事件防范应急预案专项机制 应对复杂地质、工程难题的施工预案专项应对复杂地质、工程难题的施工预案专项 机制机制 重难点工程监控专项机制重难点工程监控专项机制 量测监控专项机制量测监控专项机制 施工工艺监控专项机制施工工艺监控专项机制 严格考核奖罚专项机制严格考核奖罚专项机制 信息收集、反馈和快速反应专项机制信息收集、反馈和快速反应专项机制 八项机制八项机制 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 超前地质预测预报超前地质预

26、测预报 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 突发性事件防范应急预案专项机制突发性事件防范应急预案专项机制 （1）重点针对： 不良地质灾害隧道突水突泥、坍塌冒顶、高地应力引起 的硬岩岩爆、软岩大变形、有害气体突出（瓦斯、天然气）等 ； 自然灾害山洪、泥石流、山体滑坡、崩塌落石等； 水上及高空作业突发安全事件； 项目所在地环境破坏和对居民安全的影响； 既有线铁路行车和公路交通安全突发事件等。 （2）预案应有较强的针对性、合理性和可操作性，包括 组织机构及内部责任制，预警预报机制，防范措施，救援方案 和技术、设备物资、医疗后勤保障等。

27、 （3）对易发生突发性事件的重点部位经常进行检查，定 期演练预案，定期检查储备的救援物资、机具设备，保证能够 随时启动，防范有效。 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 应对复杂地质、工程难题的施工预案专项机制应对复杂地质、工程难题的施工预案专项机制 应对可能出现的隧道突泥、突水、瓦斯（天然应对可能出现的隧道突泥、突水、瓦斯（天然 气）突出、坍塌冒顶、高地应力（硬岩岩爆、气）突出、坍塌冒顶、高地应力（硬岩岩爆、 软岩大变形）等，以及隧道反坡排水、帷幕软岩大变形）等，以及隧道反坡排水、帷幕 （径向）注浆、陡坡顺层路基、堆积体、滑坡、（径向）注浆、陡坡顺层路基、堆积体、滑坡、 软土路基、特殊结构桥梁施

28、工等复杂地质、工软土路基、特殊结构桥梁施工等复杂地质、工 程难题，分别制订详细的设计、施工预案，并程难题，分别制订详细的设计、施工预案，并 根据施工进展和所揭示的地质情况适时进行优根据施工进展和所揭示的地质情况适时进行优 化调整，实施动态管理。化调整，实施动态管理。 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 重难点工程监控专项机制重难点工程监控专项机制 监控的主要内容： （1）安全、质量、工期、环保保证体系的建立和运行，责任制和管理制度的落实情 况等。 （2）施工安全符合国家安全生产法、建设工程安全生产管理条例和铁路 工程施工安全技术规程要求，无等级责任事故。重点是：隧道突水突泥、坍塌冒顶、 高地应力

29、（硬岩岩爆、软岩大变形）、有害气体（瓦斯、天然气）突出等；陡坡、斜井 施工；爆炸品储运、使用管理；既有线施工；高空作业；水上作业；突发性事件防范预 案等。 （3）工程质量符合规范和验标规定，无等级质量事故。重点是：施工方案 、工艺的制订和审批；贯通测量；工艺标准示范段工程；隧道光面爆破，初期支护、二 次衬砌的监控量测；桥梁桩基；路基基底及过渡段；原材料、构配件的的检查验收和施 工过程的试验、平行检验；重点部位和关键工序的旁站和隐蔽工程检查等。 （4）工期满足总工期要求。重点是：单位工程总体进度计划；阶段性工期计划及关 键节点工期；月、季、年基建投资计划；计划保证措施等。 （5）环境保护和水土保持工作按照“三同时”原则实施，达到国家和地方政府有关 标准。重点是位环保、水保实施方案和保证措施的制订，包括穿越居民区、水库区隧道 的项目所在地可能引发的环境影响，取弃土、碴场对环境的影响，文明施工等。 岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理 量测监控专项机制量测监控专项机制 包括水文监测、复杂岩溶隧道施工防灾报警系统、结构 安全性监测三个方面。 （1）水文监测内容包括降雨