岩溶隧道安全施工技术与管理

1、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 安全施工技术与管理 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 岩溶隧道安全的生产要素、程序和组织岩溶隧道安全的生产要素、程序和组织 第四章第四章 岩溶隧道安全预测预报岩溶隧道安全预测预报 第五章第五章 岩溶隧道安全管理岩溶隧道安全管理 第六章第六章 岩溶隧道安全设计岩溶隧道安全设计 第七章第七章 岩溶隧道安全施工岩溶隧道安全施工 第八章第八章 岩溶隧道安全逃生岩溶隧道安全逃生 第九章第九章 岩溶隧

2、道安全抢险岩溶隧道安全抢险 第十章第十章 中国古文化对岩溶安全的启示中国古文化对岩溶安全的启示 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 毛坝向斜 冷水河 桐麻岭背斜 S(志留系) P1m(二叠系茅口组) T1d(三叠系大冶组) 1#溶洞 圆梁山隧道 D3s(泥盆系水车坪组) P2w(二叠系吴家坪组) T1j(三叠系嘉陵江组) P1L+q(二叠系梁山组、栖霞组) P2c(二叠系长兴组) 2#溶洞3#溶洞 O2+3(奥陶系中、上统) O1d(奥陶系大湾组) O1n+f+h(奥陶系红花圆、分乡、南津关

3、组) 3m(寒武系毛田组) 3g(寒武系耿家店组) 2P(寒武系平井组) 2g(寒武系高台组) 4#溶洞5#溶洞 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，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和寒武系等多种地层。设计阶段预测水压力为4.424.42 4.6MPa4.6MPa，全隧正常涌水量，全隧正常涌水量98000m98000m3 3/d/d，最大涌

4、水量，最大涌水量 145000m145000m3 3/d/d。 （1 1）910910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 线和超前探孔线和超前探孔三种方式。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，预报表明前方无明显反射信号，预报表明前方无明显反射信号，岩体较

5、为完整、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，采用红外红外 线探水线探水超前预测预报，预报表明前方发育含水构造，超前预测预报，预报表明前方发育含水构造， 但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超前浅孔钻探超前浅孔钻探，探孔中无涌水、涌泥探孔中无涌水、涌泥。 （2 2）910910事故发生过程事故发生

6、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 生轻微移动并出现生轻微移动并出现少量涌泥少量涌泥，于是，现场立即停，于是，现场立即停 止出碴，止出碴，退出所有人员与设备退出所有人员与设备。 12:0012:00设计、施工和科研单位召开紧

7、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

8、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4200m4200m3 3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

9、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处基本处基本 稳定。稳定。 10:4010:40 14:3014:30 13:3013:30 灾害全过程灾害全过程 （3 3）910910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？、

10、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？ 安全逃生理念？是逃还安全逃生理念？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、

11、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 1）121121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

12、方进行超个超前深孔钻探对前方进行超 前地质预测预报，预测预报表明：前地质预测预报，预测预报表明：前方前方30m30m左右存在左右存在 异常，存在溶隙带，溶隙内富水，超前探孔水量为异常，存在溶隙带，溶隙内富水，超前探孔水量为 303035m35m3 3/h/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，预报表明：前方地质进行预测预报，预报表明：前方存在一沿线前方存在一沿线 路方向长路方向长2 28m8m溶腔，溶腔内少量充填黄泥、河砂、溶腔，溶

13、腔内少量充填黄泥、河砂、 砾块石及木屑等，大部分被水充填，水压力为砾块石及木屑等，大部分被水充填，水压力为0.80.8 1.2MPa1.2MPa。初步测算钻孔出水量为。初步测算钻孔出水量为4000m4000m3 3/d/d，动水量为，动水量为 2000m2000m3 3/d/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 表明左、右侧均发育溶腔，表明左、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

14、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 3）121121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

15、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安全员对掌子面进行排险。安全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，

16、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。人被困。（反坡施工）（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

17、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 部分冲毁，突水持续约部分冲毁，突水持续约4040分钟后涌水量减弱至分钟后涌水量减弱至 300m300m3 3/h/h。经事后推算，高峰期最大涌水量。经事后推算，高峰期最大涌水量7272万万m m3 3/h/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个随突水由正洞个随突水由正洞 冲出获救，其余冲出获救，其余1111人

18、遇难。人遇难。 10:5010:5011:0511:05 （4 4）121121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

19、、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，从而引起各方充分重视（意识形态的提高、费（意识形态的提高、费 用的增加、工期的合理安排）用的增加、工期的合理安排），继而制定出合理，继而制定出合理 有效的超前预测预报方法、处理方案、应急处理有效的超前预测预报方法、处理方案、应急处理 对策，以达到规避施工风险，避免或最

20、大程度地对策，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减少地质灾害所引起人员伤亡和财产损失。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 风险等级风险等级评价标准评价标准 级风险隧级风险隧 道道 长大隧道、隧道穿越可溶岩、地表岩溶长大隧道、隧道穿越可溶岩、地表岩溶 强烈发育、隧道处于水平岩溶循环带、强烈发育、隧道处于水平岩溶循环带、 隧道周围存在暗河系统、隧道穿越背斜隧道周围存在暗河系统、隧道穿越背斜 或向斜构造、隧道穿越规模宏大的断层或向斜构造、隧道穿越规模宏大的断层 、隧道反坡施工、隧道反坡施工 级风险隧级风险隧 道道 长大隧道、隧道穿越碳酸

21、盐岩地层、地长大隧道、隧道穿越碳酸盐岩地层、地 表岩溶强烈发育、隧道处于水平岩溶循表岩溶强烈发育、隧道处于水平岩溶循 环带附近、隧道穿越规模较大的断层环带附近、隧道穿越规模较大的断层 一般岩溶隧一般岩溶隧 道道 中短隧道、隧道穿越碳酸盐岩地层、地中短隧道、隧道穿越碳酸盐岩地层、地 表岩溶发育、隧道穿越规模较小的断层表岩溶发育、隧道穿越规模较小的断层 、隧道穿越垂直岩溶循环带、隧道穿越垂直岩溶循环带 第三章第三章 岩溶隧道安全生产要素、程序和组织岩溶隧道安全生产要素、程序和组织 1 1 安全生产六要素安全生产六要素 岩溶隧道安全生产是岩溶隧道安全生产是建设单位、设计单位、施工单建设单位、设计单位

22、、施工单 位、监理单位位、监理单位四方共同的责任，其中任何一个环节出四方共同的责任，其中任何一个环节出 现差错，对于岩溶隧道，特别是现差错，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，岩溶隧道安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：全生产有六个要素：安全预报、安全管理、安全设计、安全预报、安全管理、安全设计、 安全施工、安全逃生、安全抢险安全施工、安全逃生、安全抢险。 2 2 安全生产程序安全

23、生产程序 第四章第四章 岩溶隧道安全预测预报岩溶隧道安全预测预报 （宜万线实施情况）（宜万线实施情况） （1 1）预测预报方法：）预测预报方法：地质素描、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浅孔钻探浅孔钻探为为 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和成像为选测项目，在必要时进行。和成像为选测项目，在必要时进行。 等级等级工程地质特征工程地质特征预测预报项目预测预报项目 A A 级级 A+A+ (1)(1)极有极有可能存在重大地质灾害的地

24、可能存在重大地质灾害的地 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， 发育重大软弱、富水、导水性良好的发育重大软弱、富水、导水性良好的 断层。断层。(2)(2)存在重大物探异常，极有存在重大物探异常，极有 可能发生大于可能发生大于10000m10000m3 3/h/h以上的特大以上的特大 型突水突泥，并极有可能诱发重大环型突水突泥，并极有可能诱发重大环 境地质灾害的地段。境地质灾害的地段。(3)(3)高地应力、高地应力、 瓦斯等灾害极其严重地段。瓦斯等灾害极其严重地段。 地质素描、地质素描、TSP203(100m)TSP203(100m)、地、地 质雷达质雷达(15(15

25、30m)30m)、红外线探、红外线探 水水(20m)(20m)、超前水平探孔、超前水平探孔(30(30 60m)160m)13 3孔、孔、超前水平探孔超前水平探孔 (30m)6(30m)6孔孔、超前浅孔钻探超前浅孔钻探 (5m)5(5m)5孔孔、HSPHSP或负视速度法或负视速度法 (50m)(50m)、孔中、孔中CTCT成像成像 A A (1)(1)可能可能存在重大地质灾害的地段，存在重大地质灾害的地段， 如可能遭遇大的暗河体系，发育重大如可能遭遇大的暗河体系，发育重大 软弱、富水、导水性良好的断层。软弱、富水、导水性良好的断层。 (2)(2)存在重大物探异常，极有可能发存在重大物探异常，极

26、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 ，并可能诱发重大环境地质灾害的地，并可能诱发重大环境地质灾害的地 段。段。(3)(3)高地应力、瓦斯等灾害严重高地应力、瓦斯等灾害严重 地段。地段。 地质素描、地质素描、TSP203(100m)TSP203(100m)、地、地 质雷达质雷达(15(1530m)30m)、红外线探、红外线探 水水(20m)(20m)、超前水平探孔超前水平探孔 (30m)1(30m)13 3孔孔、超前浅孔钻探、超前浅孔钻探 (5m) 3(5m) 35 5孔孔 等级等级工程地质特征工程地质特征预测预报项目预测预报项目 B B

27、级级 可能发生可能发生1001001000m1000m3 3/h/h的中小型的中小型 突水突泥地段，存在较大物探异常突水突泥地段，存在较大物探异常 、断裂带等地段。、断裂带等地段。 地质素描、地质素描、TSP203(150m)TSP203(150m)、 地质雷达地质雷达(15(1530m)30m)、红外线、红外线 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、超前浅孔钻探超前浅孔钻探 (5m) 3(5m) 3孔孔 C C级级 岩溶水文地质条件较好的碳酸盐岩岩溶水文地质条件较好的碳酸盐岩 和碎屑岩地段，发生突水涌泥的可和碎屑岩地段，发生突水涌泥的

28、可 能性不大或规模不会大于能性不大或规模不会大于100m100m3 3/h/h的的 突水突泥。突水突泥。 地质素描、地质素描、TSP203(150m)TSP203(150m)、 超前浅孔钻探超前浅孔钻探(5m) 3(5m) 3孔孔，必，必 要时地质雷达要时地质雷达(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宜万线施工地质 勘察与超前预测预报专项机制勘察与超前预测预报专项机制，编写了，编写了 宜万线复杂隧道施工地质实施细则宜万线复杂隧道施工地质实施细则。 职能化管理：设计单

29、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：）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。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

30、 、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），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）。的时间用于钻孔）。推荐使用推荐使用 MKD-5SMKD-5S（煤科院西安分院产）、（煤科院西安分院产）、 ZYG-150BZYG-150B（煤（煤 科院重庆分院产）、科院重庆分院产）、 RDP-150CRDP-150C（日本进口）地（日本进口）地 质钻机质钻机 。 超前深孔钻探超前深孔钻探基本上探到了所有的大型岩溶

31、，基本上探到了所有的大型岩溶， 5m5m浅孔风钻钻探基本上探到了所有的涌水。超前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钻探仍是超前地质预测预报的主体主体。 TSPTSP预报率不高，预报率不高，应进一步研究应进一步研究，提高预报率，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地质雷达对基底岩溶探测效果很好。对较大规。对较大规 模的岩溶反映十分敏感。模的岩溶反映十分敏感。 红外探水结论模糊红外探水结论模糊，难以起到应有的作用。，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

32、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，掌 子面炮眼孔射水，施工人员迅速子面炮眼孔射水，施工人员迅速 撤离。撤离。12:3012:30分，掌子面爆开，突分，掌子面爆开，突 发大规模涌水，突水洪峰流量发大规模涌水，突水洪峰流量 36000m36000m3 3/h/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 500m500m3 3/h/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

33、出，并冲垮洞口场地，使上 、下游居民用水受到严重影响，、下游居民用水受到严重影响， 造成经济损失约造成经济损失约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）制定规范、标准，实现规范化管理）制定规范、标准，实现规范化管理 第五章第五章 岩溶隧道安全管理岩溶

34、隧道安全管理 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）会商程序会商程序：有突涌水可能的，必须由：有突涌水可能的，必须由 建设单位组织四方会商。建设单位组织四方会商。 （2 2）方案设计程序方案设计程序：设计负责、建设单位：设计负责、建设单位 审批审批 （3 3）施工程序施工程序：施工单位编写施组、监理：施工单位编写施组、监理 审批、施工单位实施审批、施工单位实施 （4 4）注浆效果检查程序注浆效果检查程序：施工单位实施、：施工单位实施、 监理签认、建设单位对达不到设计要求的监理签认、建设单位对达不到设计要求的 应重新组织会商。应重新组织会商。 3 3 隧道岩溶安全制度化

35、管理隧道岩溶安全制度化管理 （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）制定）制定岩溶隧道注浆施工管理实施细则岩溶隧道注浆施工管理实施细则 （3 3）制定）制定岩溶处理的一般原则岩溶处理的一般原则 4 4 隧道岩溶治理费用管理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实报实销？承包？采用承包会带来很多安全隐 患。患。 5 5 工期问题工期问题 遇到特大岩溶或有涌突水可能时应重新审核工遇到特大岩溶或有涌突水可能时应重新审核工 期期 第六章第六章 岩溶隧道安全设计岩溶隧道安全设计 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

36、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基础基础 注浆布设

37、间距注浆布设间距a ab b 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 v（Q Q）能量（血液）能量（血液） 注浆量注浆量Q Q（QQ） 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#溶洞溶洞】注浆中表现两种注浆中表现两种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

38、.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，当达到设计注行，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#

39、1#溶洞溶洞】型曲线主要是上部注浆孔和中部注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 浆压力为浆压力为2 22.5MPa2.5MPa，注浆速度为，注浆速度为303050L/min50L/min，随着注浆进，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，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注浆终压达到或超过设计终压值3 34MPa4M

40、Pa，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 间效应图分成两部分，即前期单序孔部分和后期双间效应图分成两部分，即前期单序孔部分和后期双 序孔部分，明显单序孔注浆量要比双序孔注浆量大序孔部分，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则相一致。，这和预期的分序孔注浆原则相一致。前期单序前期单序 孔阶段，注浆量

41、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 132.7 20.558.7 75.6 24.320.8103.532.6 118.8 211.8 11.2 327.673.4 17.968.9 123.3 18.1 13.727.394.7 12.825.017.711.0 53.5 86.2 28.6 60.4 59.2 13.4 52.976.096.0 15.5 144.312.446.816.764.033.65.5 27.3 139.5 19.435.134.96.2 1

42、37.9 11.641.831.2 43.0 26.1 36.69.234.948.628.716.7 56.2 28.3 37.325.132.6 29.8 99.7 38.3 14.7 70.754.2 30.5 21.8 12.0 10.851.214.383.821.2 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

43、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，这应在补孔注浆 及检查孔施工时重及检查孔施工时重 点强化处理。点强化处理。 下半断面注浆量分布 空间效应图 3.8 0.42.1 1.0 22.5 2.84.3 6.43.0 0.51.92.0 1.02.7 13.0 4.0 10.38.5 4.2 11.4 11.2 0.8 4.31.6 14.41.66.1 13.2 8.0 2.5 2.32.7 5.3 16.5 4.1 1.51.1 13.7 7.74.3 11.2 8.09.04.8 12.0 2.78.04.07.56.07.67.28.0 0.2 1.95.00.

44、20.8 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，基本上堵住 了岩溶水。 （3 3）涌水量对比法）涌水量对比法 【圆梁山隧道圆梁山隧道1#1#溶洞溶洞】超前地质探孔涌水量为超前地质探孔涌水量为5050 70m70m3 3/h/h，注浆施工中涌水量超过，注浆施工中涌水量超过10000m10000m3 3/d/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 510m10m3 3/h/h，注浆堵水率，注浆堵水率 达到达到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

45、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深圳市向西路人行地道工程】注浆结注浆结 束后，统计注浆总量束后，统计注浆总量QQ，利用公式，利用公式 Q=Vn(1+)Q=Vn(1+)反算出浆液填反算出浆液填 充率充率=83.6%=83.

46、6%，满足注浆加固堵水要，满足注浆加固堵水要 求。在随后施工中，工程安全顺利。求。在随后施工中，工程安全顺利。 （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#溶洞溶洞】注 浆结束后，根据注浆P- Q-t曲线分析，结合注浆 量分布特征，在注浆薄 弱环节钻设检查孔。由 图检查孔来看，检查孔 无涌水、涌砂，且成孔 好。检查孔放置1小时后， 仍无坍孔、无涌水、无 涌砂，因此，可以判定 注浆效果是良好的，能 满足安全开挖要求。 （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，针对注注浆结束后，针对注 浆薄弱环节进行取芯试验。浆薄弱

47、环节进行取芯试验。 取芯表明：岩芯呈柱状，取芯表明：岩芯呈柱状， 完整性好，岩芯提取率在完整性好，岩芯提取率在 60%60%以上，岩芯加固优良以上，岩芯加固优良 率为率为71.571.596.6%96.6%。对岩。对岩 芯进行抗压强度测试，在芯进行抗压强度测试，在 灰色细砂中为灰色细砂中为0.2950.295 0.428MPa0.428MPa，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#溶洞溶洞】对检查孔进行注浆，绘制P-Q-t曲线。由 图来看，开始时，注浆初压为2MPa

48、，注浆速度为15L/min，随 着注浆进行，注浆压力和注浆速度基本保持不变，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 5min后，注浆压力突然上升，超过设计注浆终压3MPa，同时 注浆速度急剧下降，当注浆压力达到4MPa时，地层基本注不 进浆，而此时注浆量远小于设计注浆量，可见检查孔区域已 饱和密实，达到注浆设计要求。 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 【深圳地铁益田站深圳地铁益田站】 注浆截水帷幕施工结 束后，测试地层渗透 系数为1.810-5 2.510-6cm/s

49、，满 足工程安全施工要求， 达到了注浆截水帷幕 的目的。在随后桩基 开挖中，仅有少量渗 水，工程得以安全施 工。 （9 9）加固效果观察法 【圆梁山隧道圆梁山隧道1#1#溶溶 洞洞】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#溶洞溶洞】在开挖过程 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 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 (洞)较大时，浆液直接填充空隙 (洞) ，该加固方式主要发生在 破碎围岩和

50、粘土的交界面，以及 部分空隙率较大的部位。剪切劈 裂方式主要是在未扰动的粘土地 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 状加固结构，以达到固泥堵水的 目的。 粘土浆液填充浆液劈裂粘土 粘土浆液填充浆液劈裂粘土 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，经多次取样 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

51、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

52、.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公在截水帷幕施工前越秀公 园站施工中，地下水位变园站施工中，地下水位变 化异常，伴随着施工的进化异常，伴随着施工的进 行与暂停，水位随之变化，行与暂停，水位随之变化， 因而无法保证以太广场的因而无法保证以太广场的 安全稳定。通过实施截水安全稳定。通过实施截水 帷幕，在之后帷幕，在之后20012001年年3 3月月 1010日以后的越秀公园站施日以后的越秀公园站施 工中，以太广场内侧水位工中，以太广场内侧水位 稳定，这充分证明

53、了以太稳定，这充分证明了以太 广场复合式截水帷幕施工广场复合式截水帷幕施工 效果是好的。效果是好的。 0 2 4 6 8 10 12 14 00-6-300-8-12 00-10-21 00-12-30 01-3-10日期 水位值/ m m G5 G8 G11 （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】 前期挖桩阶段地表急前期挖桩阶段地表急 剧下沉，最大沉降速剧下沉，最大沉降速 率率6.9mm/d6.9mm/d，最大沉降，最大沉降 值值32mm32mm。在挖桩至成。在挖桩至成 桩阶段，地表下沉速桩阶段，地表下沉速 率最大值

54、为率最大值为1.3mm/d1.3mm/d， 这一阶段累计下沉最这一阶段累计下沉最 大值为大值为7.2mm7.2mm，由此可，由此可 见围护桩外注浆截水见围护桩外注浆截水 帷幕的施作是十分成帷幕的施作是十分成 功的。功的。 -50 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 5-27 6-6 6-16 6-26 7-6 7-16 7-26 8-58-15 8-25 9-4 日期 变形值（mm） 挖桩 阶段 回灌 阶段 注浆 阶段 挖桩至 成桩阶段 基坑注浆 基坑开挖阶段 JT15 JT14 JT2 JT3 JT1 JT13 JT4 JT5 JT10 JT11 J

55、T12 JT6 JT9 JT7 JT8 （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对比对比 岩溶注浆处理时注浆效果检查方法与标准岩溶注浆处理时注浆效果检查方法与标准（建议）（建议） （1 1）必测项目：）必测项目： P-Q-tP-Q-t曲线法曲线法（符合设计要求，达到设计注浆量和注浆终压）（符合设计要求，达到设计注浆量和注浆终压） 注浆量分布特征法注浆量分布特征法（不能有注浆盲区）（不能有注浆盲区） 涌水量对比法涌水量对比法（堵水率达到（堵水率达到80%80%，总涌水量，总涌水量5m5m3 3/m/d/m/d） 检查孔观察法检查孔观察法（

56、检查孔无涌水、涌砂，放置一个小时仍无涌水、（检查孔无涌水、涌砂，放置一个小时仍无涌水、 涌砂。）涌砂。） 渗透系数测试法渗透系数测试法（k10k10-5 -5cm/s cm/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，注浆后地层含水率，注浆后地层含水率 35%35%） （2 2）选测项目）选测项目 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曲线法曲线法 第七章第七章 岩溶隧道安全施工岩溶隧道安全施工 1 1 安全生产制度及培训安全生产制度及培训: :施工单位应对进洞作业人员施工单位应对进洞作

57、业人员 进行安全生产制度培训，特别是应对掌子面风险标进行安全生产制度培训，特别是应对掌子面风险标 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则辅助导坑与正洞的协调施工原则: : 对于长大岩溶隧道，应注意以下几个辅助导坑与正洞对于长大岩溶隧道，应注意以下几个辅助导坑与正洞 协调施工的原则。协调施工的原则。 （1 1）坚持）坚持“平导超前、尽快贯通平导超前、尽快贯通”的施工原则。的施工原则。 （2 2）正洞与平导作业面应协调施工，做到）正洞与平导作业面应协调施工，做到“平导超前、平导超前、 正洞紧跟正洞紧跟”，反对平导长距离独头掘进，原则上，反对平

58、导长距离独头掘进，原则上， 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

59、遇到特大岩溶时，应优先考虑迂回措施， 实现两端夹击加固，待平导贯通后处理。实现两端夹击加固，待平导贯通后处理。 （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 则上采取反坡加固，反坡开挖揭示。则上采取反坡加固，反坡开挖揭示。 3 3 施工方法的选择：施工方法的选择：以短台阶法为主，必要时 可采用CRD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：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