岩溶隧道施工技术及隧道注浆防排水技术讲义415页（PPT）_ppt

1、第一篇 岩溶隧道施工技术探讨主要内容一、概述二、岩溶发育的主要形式三、岩溶发育的主要特征四、岩溶隧道施工中面临的主要难题五、岩溶隧道的预测预报六、岩溶隧道安全施工技术措施七、岩溶处理工程实例八、岩溶隧道施工容易出现的问题及对策九、认识和体会十、练习题一 概述 岩溶（karst)是地表水和地下水对可溶性岩层（碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等）进行化学侵蚀、崩解作用和机械破坏、搬运、沉积作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。 喀斯特（Krast）一词源自前南斯拉夫西北部伊斯特拉半岛碳酸盐岩高原的名称，当地称为，意为岩石裸露的地方，“喀斯特地貌”因近代喀斯特研究发源于该地而得名。 在铁路、公路、水电

2、、市政等工程中遇到最多是碳酸岩类的岩溶。 岩溶隧道就是在岩溶区修建、可能受到岩溶影响的隧道。 我国可溶岩分布面积广大，裸露于地表的碳酸盐岩面积有91万平方公里，加上覆盖与埋藏于地下的碳酸盐岩，可溶岩分布面积达340万平方公里， 约占国土陆地面积的三分之一。南方黔、滇、桂、川、湘、鄂、粤诸省区为最重要的岩溶区，碳酸盐岩沉积总厚度在一万米以上，几乎分布于各个地质时代，分布面积广大的碳酸盐岩，加上适宜的多种多样的气候条件形成了岩溶洞穴。56岩溶形成的原因1、可溶性岩石(1)可溶性岩石种类 可溶性岩石是岩溶形成的基本条件，可溶性岩石主要有：碳酸盐类岩石(石灰岩、白云岩、泥质灰岩)，硫酸盐类岩石(石膏、

3、芒硝)，卤盐类岩石(石盐和钾盐)。(2)溶蚀作用 溶蚀作用取决于溶解度与溶解速度。溶解度：在一定温度和压力下，某固态物质在100g溶剂中达到饱和状态时所溶解的质量。溶解速度：在一定温度和压力下，在某种溶剂中单位时间溶解某一物质的量。 8通常把在室温(20度)下，溶解度在10g/100g水以上的物质叫易溶物质，溶解度在110g/100g水叫可溶物质，溶解度在0.01g 1g/100g水的物质叫微溶物质，溶解度小于0.01g/100g水的物质叫难溶物质.可见溶解是绝对的，不溶解是相对。举例：如20时，食盐的溶解度是36克，氯化钾的溶解度是34克。这些数据可以说明20时，食盐和氯化钾在100克水里最

4、大的溶解量分别为36克和34克；也说明在此温度下，食盐在水中比氯化钾的溶解能力强。 9溶解度大小依次为：卤盐硫酸盐碳酸盐。卤化盐类及硫酸盐类岩石在地表分布有限，碳酸盐类岩石分布很广，且岩体规模大，所以发育在碳酸盐类岩石中岩溶最为常见。 从溶解度上看，卤化盐岩硫酸盐岩 碳酸盐岩。 碳酸盐类岩石溶解度，从大一小依次为 ，石灰岩 白云岩 泥灰岩。 大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下，在地表和地下形成了各种奇特的溶蚀现象。 10 (3)岩石结构对溶解速度的影响 结晶岩石的晶粒 结晶质岩石晶粒愈细溶解度愈大；隐晶结构一般具有较高的溶蚀率。 岩石的结构类型 不等粒结构石灰岩比等粒结构

5、石灰岩的相对溶解度要大 岩石的原生孔隙度 孔隙度越高，愈有利于岩溶的发育 11(4)温度对溶解速度的影响 一般情况下，温度越高，溶解速度越快，白云岩溶解速度最大值一般出现在4060 ，而灰岩石和大理岩溶解速度最大值一般为。 4060 是碳酸岩类岩溶发育最有利的温度。 1213(5)矿物成分对比溶解度的影响碳酸岩类岩石的比溶解度随着岩石中方解石含量的增加而增加，随着白云石含量的增加而减少。14aMg的比值越大，岩石越容易溶解。2、岩石透水性 岩石具有一定的孔隙和裂隙，它们是流动水下渗的主要渠道 。岩石裂隙越大，岩石的透水性越强，岩溶作用越显著。在断层、褶皱、节理裂隙发育的岩体中，岩溶作用强烈，地

6、下溶洞和岩溶管道越多，岩溶发育越复杂，连通性越强；在复杂岩溶区容易形成一个串珠状的岩溶网络。 3、水流的溶蚀作用 水的溶蚀能力来源于二氧化碳（CO2）与水结合形成的碳酸（H2CO3）,二氧化碳是喀斯特地貌形成的主要原因，水中的二氧化碳主要来自大气、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。下面几个化学方程式反映了岩溶作用的进行： CaCO3在CO2的水溶液中溶解的反应式如下： CaCO3+CO2+H2OCa22+2HCO3 CaCO3在不含CO2的纯水中的溶解度水温8.716202575100CaCO3溶解度mgL1013.11414.31818.1618 理论研究表明：当PH6.36时，水对碳酸岩具有强

7、烈的侵蚀性， PH=8.33时，水对碳酸岩的侵蚀性明显变弱，当PH10时，水逐渐失去对碳酸岩的侵蚀能力。 4、流水的流动作用 流动的水溶蚀性更强烈一些，这是因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充，水的溶蚀作用才能顺利进行，水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时，流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀，这样更有利于岩溶作用的深入。 5、气候的影响如我国西南地区气候湿润，降水量大，地表径流相对稳定，流水下渗作用连续，并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以持续进行。 岩溶形成的主要影响因素 第一，可溶性岩石是岩溶产生的物质基础。 第二，地质构造与地层结构的千差万别确定了岩溶类型的多样性。 第三，

8、地表水和地下水补给、径流、渗透和循环是岩溶形成和发育的必要条件。 第四，环境、气候、生产、生活对岩溶形成都有一定的影响。 第五： 考虑岩溶一般发育规律时，应注重CO2，而研究岩溶发育的局部规律时，还应注意H+离子来源。二、岩溶发育的主要形式 1、 地表岩溶表现的主要形式（1）溶蚀性岩石（2）岩溶洼地和谷地（3）溶泉（4）落水洞（5）溶沟和石芽 溶沟是指地表水沿岩石表面和裂隙流动过程中不断对岩石溶蚀和侵蚀，从而形成的石质沟槽；石芽指突出于溶沟之间的石脊，其实它是溶沟形成过程中的残余物。云南地区的石林就是发育比较好的形态高大的石芽群，它的形成条件是厚层、质纯、产状平缓、垂直节理稀疏和湿热的气候环境

9、。（5）峰林、峰丛、孤峰、天生桥等 2、隧道和地下工程岩溶主要表现形式：（1）溶隙：直径一般应小于5cm （2）溶孔：直径一般小于20cm （3）溶管：直径一般小于2.0m （4）溶洞:直径一般应大于2.0m（5）暗河 （6）其他形式如： 二、岩溶发育的主要特征 1、岩溶水动力分带：（1）垂直渗流带或包气带（2）季节变动带（3）水平渗流带（4）深部缓流带 垂直渗流带或包气带、季节变动带、水平渗流带中岩溶比较发育。、岩溶水的运动规律（邹成杰认为：） （1）溶隙型： 各种构造裂隙经过溶蚀形成，宽度一般在5cm以下，平面延续性较好，在溶隙中，地下水为渗流，达西定律可以近似应用。 （2）脉管型： 溶隙

10、经过溶蚀进一步扩大、延长、呈脉管状，其宽度520cm，平面连续性好，地下水运动已经不符合大西定律。 （3）管道型 脉管经溶蚀进一步扩大，管道宽度大于20cm，连同性好，地下水的运动呈管道汇流，而不是渗流，不符合达西定律。、岩溶水基本特征 (1)空间分布的不均匀性 这主要归因于含水介质的结构、构造在三维空间上的非均质性和渗透的各向异性，也就是岩溶水循环系统特征的空间差异性。由于可溶岩岩体内构造断裂、节理裂隙密度不均匀及强度差异，再加之岩性可溶性差异及水动力条件的不同，从而产生差异溶蚀作用。不均匀性还表现为岩层富水程度的差异。 岩溶空间分布的不均匀性往往造成预测预报困难和处理的难度。容易引发次生灾

11、害。（）流态多变性岩溶水渗流可能是层流、紊流、混合流。在岩溶区，循环系统特征空间不均一，水流通道和过水断面变化大，过水通道粗糙程度不同，水力坡度变化大，不同季节、不同时段的流量和流态经常变化，导致流态是多变的，呈稳定流或非稳定流。发生管道流时，流动物动能大，容易产生较高的水头压力，较大的流量，破坏作用强。29地下水运动的基本定律渗流运动状态运动定律表达式符合意义层流Q=KIV=KIQ:流量K：层流渗透系数I：水力坡度：过水断面面积m:介于12之间的流态指数。紊流Q=KI1/2V=KI1/2混合流Q=KI1/mV=KI1/m（）地下水和地表水相互转化的敏捷性 季节转化型。洪水期时，地下岩溶通道过

12、水断面不能满足调洪量的负载而溢流，以地表河形式排向临近更低地表河；枯水期时，地下水一般从某一个或几个排泄面排出； 伏流转化型(渗漏型)。地表水进入溶蚀岩体内成为暗流，在岩体另一端又重现为明流，也可能由于下伏管道发育而发生渗漏，使地表河流量的一部分转为地下水。 阻隔转化型。在岩溶地下水流动过程中，遇到隔水岩层时，被顶托溢流成为地表河。容易疏干地表水，暴雨季节隧道水量增大，甚至发生涌水突泥。、岩溶发育的主要规律(1)岩溶发育受岩性影响在可溶岩与非可溶岩接触带部位附近，特别当非可溶岩为相对隔水层时，由于地下水的汇聚、运移，溶腐易沿接触带部位发育岩溶。 (2)岩溶发育受地形、地貌影响在沟、谷、洼地、河

13、床下岩溶一般比较发育。向斜轴部岩溶比较发育。背斜两翼岩溶比较发育。 (3) 岩溶发育受岩体结构、构造影响灰质的沉积岩中容易发育岩溶（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）。岩溶沿断层破碎带发育，断层与裂隙对岩溶发育起控制作用。可溶岩层的断层破碎带，特别是张性断层破碎带，利于地下水的运移，地下岩溶特别发育，常发育有地下暗河等大型岩溶，在两条或多条断层交叉部位常形成大型溶洞、地下暗河及地下湖、池等。 岩溶在褶皱轴部发育比较强烈。在褶曲构造轴部，纵张裂隙(断层)较多，有利于地下水活动，地下水易沿着张裂隙溶蚀扩展，形成溶蚀裂隙和溶洞，进一步发展成为大型岩溶或暗河。岩溶容易沿着层面构造裂隙发育。在原状水平岩层褶皱过

14、程中，岩层往往发生层间错动或滑动，在层间可产生层面张裂隙或层面扭裂隙，为地下水活动提供运移通道，易发育顺层岩溶。在含有容易腐蚀矿物和腐蚀性气体的地层中，岩溶可能比较发育。由于、 、等气体溶于水可产生酸性侵蚀。 343435四、岩溶隧道施工中面临的主要难题、突水、涌泥、隧道大变形、坍塌、地面塌陷、地表水疏干或河流断流、植被及农作物破坏、隧道支护结构开裂破坏3737岩溶隧道涌水突泥38383939 隧道注浆加固后4040（1）2001年7月14日某隧道出口正洞DK361+764处发生涌水、突泥，最大涌水量为63 m3/s，涌水高度达到3.0m，1416日内突泥、涌砂量达到15000m3，洪水冲出洞

15、口，导致施工机械梭矿、喷浆机、钢轨等机械设备和材料被冲进洞口的河水中。4242（2）2002年9月10日某隧道进口正洞下导坑DK354+879处发生巨响，产生爆裂和冲击波，并突出硬塑状粘土，瞬间突泥量达4200m3，并伴随有地下水流出，掩没下导坑道244m，造成挖掘机、电瓶车和梭矿等机械设备被淹埋。（3）岩溶突水、涌泥造成隧道变形、侵限、开裂 某隧道平导PDK354+430470溶洞段，全断面超前注浆后上半断面开挖至PDK354+461，中台阶开挖至PDK354+457，但在下半断面施工工程中，由于暴雨影响，水压和水量增大，发生涌管突水、涌砂，最大涌水量达到10000 m3/h，大量的涌水、突

16、泥导造成上半断面初期支护钢拱架变形侵限，被迫用混凝土将上半断面回填，重新进行下半断面超前注浆加固和开挖。4545 （4）岩溶突水、涌泥容易造成地下水大量流失、水位下降、地面沉陷、房屋倒塌。衡广浮现大瑶山隧道全长14.295km，F9断层以灰岩和砂岩为主，施工过程中，平导和正洞遇到了十多处充填饱和砂粘土的溶孔、溶洞，并发生了多次岩溶水引起的涌水、突泥事故，而且地表出现了多处陷坑，给环境带了了不利影响。 （5）衡广复线南岭隧道全长6.1km，灰岩占总长的92%，是典型的岩溶隧道，1984年6月11日，平导施工至DK1935+745.4时，在线路右侧的炮眼中突水、涌泥，喷射距离为15m，涌水量为36

17、00 m3/d，当继续放炮掘进时，突然涌泥2500m3,平导淹没170m，其中靠近掌子面70m被泥砂充满。6 月14日下午，地表DK1935+640+676出现了多处较大的陷坑，给施工和环境都带来了较大的影响。 南岭隧道生潮垅洼地下连系洼地地表陷穴位置示意图4849地表塌陷（6）岩溶造成地表塌陷、植被破坏、房屋倒塌房屋倒塌1、预测预报内容：（1）岩溶发育的规模、形态、位置、充填物、水量、水压大小。（2）岩溶发育与岩性、层理、结构、构造之间的关系。（3）岩溶可能带来的危害。（4）建议采取的工程措施。五、岩溶隧道的预测预报 2、总体原则 以地质分析为基础，进行初步判断，采用合理的物探手段，进行宏观

18、判断，依靠钻探进行验证和精细判断。 3、预测预报距离 短距离、中距离和长距离相结合。 4、预测预报系统 应建立自动化程度较高的预测预报处理、分析、处理、反馈系统。施工。 5、围岩级别划分 如进行围岩级别划分，应进行必要的现场测试和室内试验。 6、指导施工 预测预报结果应尽量具体化、定量化，便于指导设计和施工。岩溶预测预报的主要方法：1、地面地质调查2、地勘资料分析3、洞内地质调查和分析4、施工资料分析5、物探资料6、钻探资料7、超前导坑法8、综合分析和判断。地面地质调查（1）地形地貌（2）岩性、地层在隧道地表的出露及接触关系，岩层产状及其变化；（3)地质构造：断层、褶皱、裂隙等的分布、性质、规

19、模及其产状变化；背斜还是向斜。（4）地表洼地岩溶发育位置、规模及分布规律；（5）特殊地层（煤层、石膏层）在地表的出露位置、规模及其产状变化； （6).矿坑（巷）和采空区及其在三维空间上与隧道的关系； 55正断层和逆断层 正断层：上盘相对下移，下盘相对上移，受引张力或重力作用使上盘向下滑动而形成。正断层的倾角一般较陡，多在5060以上。 逆断层：上盘相对上移，下盘相对下移，受挤压力沿剪切破坏面形成，常与褶皱同时伴生。地勘资料分析（1）区域地质资料（2）地面钻孔描述和岩芯资料（3）压水试验资料（4）物理和力学参数资料（5）围岩稳定性分析（6）围岩分级资料洞内地质调查 （1）岩性、岩层产状、接触关系

20、、完整性，掌子面稳定性观察：移动、响声、涌水、掉块、坍塌等。 （2)地层分界面产状及其位置； （3)结构（整体、块状、层状、碎裂、散体）和构造（断层、褶皱、裂隙等） （4)节理裂隙统计，包括发育分布位置、产状、组数、节理面闭合张开状态、节理面形态、节理面充填情况； （5)岩溶充填物、出水位置、水量、水压测定； （6)特殊地质和环境描述。 （7)掌子面地质素描应采用图示、文字、照片等形式。5858施工资料分析1、钻孔情况：钻孔速度，岩粉、孔内涌出物。2、掌子面稳定情况3、变形监测情况4、涌水量、水压力5、超欠挖情况。物探资料分析1、地震波反射法2、电磁波法3、直流电法4、声波法5、其他方法616

21、1 项目名称 设备仪器名称 型 号 性 能 地质素描地质罗盘、数码相机、激光三维扫描仪美国天宝三维激光扫描仪简介GX-3Dscanner 能测岩层、构造面产状地震波地震波预报仪TSP200 、 203能探测100m以上声波探测智能工程探测声波仪或普通地震仪ZGS-1型或普通地震仪能探测50m以上 地质雷达 劳雷地质雷达系列等SIR20探地雷达或其它能探测2030m 直流电法多电极高密度直流电法仪美国劳雷公司系列能探测100m左右 超前钻探 水平钻机 大型履带液压钻机，钻孔深度30100m 小型液压钻机 钻孔深度30m左右地质预测预报仪器钻探资料分析 1、探孔分短、中、长距离探孔，短距离探孔一般

22、应超过为5m，中距离探孔一般为3050m，长距离探孔一般超过超过50m。 2、一般情况下，中距离应在掌子面上钻35个，终孔位置应超过开挖轮廓线外35m。复杂条件下，应增加钻孔。 3、主要分析钻孔速度，响声、岩粉、卡钻、出水量、水压力等。 4、钻孔出水量、水压的综合对比分析。 5、多钻孔的区域分析。6363综合预测预报方法、地勘资料和地面调查、隧道内掌子面地质描述是基础。、物探资料是宏观和参考、钻探是验证和根本综合分析、综合判断，现场验证，不断优化和修整预测预报方法和手段，提高地质预测预报精度。六、岩溶隧道施工安全技术措施（一）岩溶隧道施工的主要方法一般情况下应选择矿山法，应慎重选用盾构和TBM

23、法，对于浅埋隧道，如选用盾构和TBM法，应提前对可能影响隧道掘进的岩溶管道和溶洞等进行处理。（二）对于复杂岩溶区段岩溶隧道施工，应缩小开挖断面，可选择台阶法、CD法、CRD法或双侧墙导坑法。6666（三）多种技术措施相结合原则 为了保护隧道周边环境及隧道结构和运营安全，岩溶处理应遵循以采取疏，堵、防、排相结合，因地制宜、综合治理的原则。在环境条件要求严格的地区：以堵为主、堵混排清、堵大排小、综合治理。68681、对于浅埋岩溶隧道应优先考虑地面处理；2、对于深埋岩溶隧道应考虑洞内处理；3、应尽量避开大雨或暴雨天气处理；4、应将加固和堵水相结合（四）洞内外处理相结合69降雨量大小的分类降雨量：从天

24、空降落到地面上的液态或固态（经融化后）水，未经蒸发、渗透、流失，而在水平面上积聚的深度。降水量以mm为单位，气象观测中取一位小数。小雨、中雨、大雨、暴雨等，一般以日降雨量衡量。其中小雨指日降雨量在10毫米以下；中雨日降雨量为1024.9毫米；大雨降雨量为2549.9毫米；暴雨降雨量为5099.9毫米；大暴雨降雨量为100199.9毫米；特大暴雨降雨量在200毫米以上 （四）隧道岩溶处理技术 1、地面注浆处理 （1）一般适用于浅埋隧道，地表具备施工场地，岩溶为充填型溶洞和岩溶管道。拱顶覆土厚度一般小于50m。 （2）注浆方法：一般采用袖阀管注浆或钢管注浆。加固范围一般隧道开挖轮廓线外为（0.5.

25、0)，如隧道基底岩溶发育较深，应适当加大。 （3）如岩溶孔洞较大，可填充混凝土或水泥砂浆。 7171 1、隧道超前预注浆方法 （1）一般适用于深埋隧道，岩溶为充填型溶洞和岩溶管道。水压力一般大于0.5MPa。 （2）注浆方法：一般采用前进式或全孔一次性注浆。加固范围一般隧道开挖轮廓线外为（0.5.0)，注浆材料一般采用双液浆和单液浆。 （3）根据地层情况，可进行全断面、上半断面或周边超前预注浆等。7373747475752、隧道径向注浆技术 （1）适用条件：对于大面积渗漏水、局部滴漏水或小股状岩溶水，水压力不大于0.5MPa，可考虑采用径向注浆方法进行封堵。 （2）注浆方法一般为全孔一次性注浆

26、或分段后退式注浆，注浆加固范围一般为隧道开挖轮廓线外35m,钻孔一般为梅花型布置，注浆的材料应以强度和耐久性较好的单液水泥浆为主。注浆压力一般为：水压力MPa。 3、局部注浆方法 （1）适应条件：岩层的溶隙、溶孔、小型岩溶管道有股状涌水现象，出水比较清澈，受大气降雨影响不大，水压力一般情况下小于0.2MPa。 （2）一般采用直接封堵法或间接封堵法，局部注浆的材料也应单液水泥浆为主，注浆压力一般为12MPa。 a 直接封堵法 b 间接封堵法 局部注浆堵水示意图堵水应做到：堵浑排清，堵大排小， 堵高排低， 顶堵墙排。4、基底注浆加固 隧道底部岩溶充填物为松散或软塑状的泥沙时，如地基承载能力不足，为

27、了防止列车运行过程中结构产生固结沉降，如基底溶洞充填物的厚度为隧道仰拱以下一定深度，可考虑采用注浆加固法，钻孔深度宜深入基岩2.0m左右，孔间距为1.02.0 m，注浆管宜选用无缝钢管，注浆材料应以单液水泥浆为主，注浆管上端应和仰拱相连，以提高支护结构的强度和刚度。 5、换填方法 如隧道拱部、边墙或底部存在小型干溶洞或空腔，内部几乎无充填物、无水，可采用砂石料、浆砌片石、干砌片石、水泥砂浆、混凝土等粗细骨料全部充填，必要时设置排水系统，使填充物不阻断地下水的过水通道。换填深度一般不超过3.0m。 6、 疏导方法 为了不改变地下水的流动规律，溶管水的处理应首先选择连通方案。通过多种地质手段，探明

28、隧道周围溶管的发育方向，对于流动路径比较明确的溶管水，如确系隧道将溶管截断，可以通过在拱顶、边墙或底部适当部位增加辅助通道将溶管连通，不改变地下水总的流动趋势。 a 拱部溶管处理 b 边墙溶管处理 溶管连通示意图7、跨越方法 （1）涵、管跨越 如果隧道底部存在小体积的溶洞空腔或暗河，且流量都较小且比较稳定，宜在隧道底部设置暗涵、管跨越。 （2）桥梁跨越 如隧道底部存在岩溶流量和流速都很大的暗河，宜采用桥梁跨越。但施做桥墩时，一定要探明河底的地质情况，合计选取桩和承台的施工方法，确保基础具有足够的承载能力。8、放水减压方法 如岩溶水是从比较坚硬、完整的岩层中流出，泥砂含量很小，且水量、水压均不大

29、，且能够确定溶洞水排放对周围环境和隧道结构安全不会造成太大的影响，可采用平行导坑、排水洞、横洞、迂回导坑排水等方法进行放水减压。 9、直接排放法 如果探水孔流出清水，水压力P0.1MPa时，且能够确认隧道排水不会影响施工安全和周围环境、相邻建筑物的安全时，可采用直接排放方案。 10 溶洞直接揭开法 （1）适用水量、水压、规模不大的小规模溶洞或岩溶管道，且揭开后对环境不会造成破坏。 （2）作好应急预案和安全防范，尽量一次爆破成功。868611 采用联合支护体系 （1）采用周边注浆，超前小导管和大管棚等超前加固围岩，采用刚拱架、锚喷网等联合支护体系。 （2）做好锁脚锚杆（管）防止拱架下沉。 （3）

30、采用径向注浆，限制初期支护变形。（）采用抗水压衬砌。878788891 加强观测和监测、降雨量和涌水量、水压力观测，分析相互关系、地表沉降和建筑物变形、水井水位监测等、隧道变形监测、隧道支护结构受力监测1、南岭隧道地表注浆处理 南岭隧道生潮垅洼岩溶注浆处理 七、岩溶处理工程实例2 长地隧道基底溶洞换填处理 3 铝厂隧道溶洞回填浆砌片石和注浆处理4 新桥隧道基底岩溶涵管跨越5 高寨一号隧道基低溶洞换填处理6 普洱渡隧道溶洞泄水洞处理1、超前钻探和标准化施工问题问题：不进行超前钻探或施工不规范导致隧道涌水突泥。隧道爆破后留下的隔水层太小或直接揭穿溶洞。对策：严格按设计进行施工，必要时增加探孔。每循

31、环爆破后一定要留下足够的隔水层。八、岩溶隧道施工容易出现的问题及对策9797 隔水层的抗潜蚀厚度 若隔水层两侧含水层中水位不同，则在高水位一侧，产生向低水位一侧的地下运动，并形成一定的渗透压力。如果隔水层厚度能够足以承受这种渗透压力，则可以认为能起到隔水作用，否则，隔水层可能被潜蚀破坏。当隔水层两侧具有一定水位差时，隔水层的临界有效厚度可用h0表示，即 9898式中，H 为隔水层两侧的水位差，m； 为取决与含水层透水性的水头折减系数，一般在0.650.95范围内选用； 0为根据隔水层透水性决定的允许水力比降，数值见下表1:隔水层单位吸水量（L/m.m.min)隔水层渗透系数K（cm/s）允许水

32、力比降00.010.110-4200.03（0.10.6）10-4150.05（0.60.1）10-4109999 h为隔水层的实际厚度，判断标准如下： (1)h3h0为可靠隔水层； (2)h=（13）h0为基本可靠隔水层； (3)hh0隔水层可能被潜蚀破坏。100 溶洞岩体破碎，节理裂隙发育，完整性差，岩体强度低，水量大、水压高。处理方法为：引排水、施作止浆墙、全断面超前预注浆封堵。101 岩溶管道周围岩体条件好（厚度大，完整性好，强度高），采用气囊止浆塞直接塞入固定后注浆封堵，局部检查和补充注浆。 2、孔口管和止水装置安装问题 问题：孔口管固定不牢固，被高压涌水冲出，造成探 孔涌水突泥。在

33、高压富水区未孔口安装止水装置。 对策：孔口管固定牢固， 孔口安装高压球阀等止水装置。103103 3、多个爆破孔出水出泥的爆破问题 问题：已经发现多个钻孔出水出泥或向外喷水，炸药难以装入，仍进行爆破开挖，导致涌突水或淹没掌子面。 对策：进行掌子面封堵，探测，并确定处理方案。4、溶洞泥砂排放问题 问题：大量涌水突泥，导致地表塌陷、地表水疏干 对策：采用注浆封堵的办法，限制泥砂排放，减小水压力和涌水量 ，达到堵大排小，堵混排清。 本人观点： 为了环境保护和隧道运营安全，减少维修费用，建议排水的水压力小于0.1MPa，隧道排水量小于0.20.5m3/m.d，排水的泥沙含量小于1/10000。 5、雨

34、季施工 问题：大雨或暴雨季节施工导致溶洞被水击穿，引起涌水突泥。对策：缩小开挖断面，减小循环进尺，避开大雨和暴雨季节施工。成立应急机构，准备应急物资，制定应急预案，6、处理时机不合适存在问题：由于预测预报不准确，直接揭穿溶洞，正在涌突高峰时进行处理。对策：提高预测预报精度，加强超前钻探，在距离溶洞边缘12倍D以上,且不小于5.0m，应停止开挖，研究处理方案。存在问题：涌水突泥还不稳定进行处理，造成淹没洞室和人员伤亡。对策：加强远程观察，溶洞涌水突泥峰值过后，涌水量稳定后，才能进行处理。 7、施工工艺问题存在问题：施工工艺不合理，开挖断面太大，进尺太长，未及时封闭成环，二次衬砌距离掌子面太长。对

35、策：采用分步开挖，减小开挖断面，缩短循环进尺，及时封闭成环，二次衬砌保持合适距离。 严格执行十八字方针：预加固，短进尺，弱爆破、强支护、快封闭，勤量测。 1081088、掌子面失稳破坏存在问题：掌子面失稳导致隧道坍塌。对策：软弱破碎地段，应采预留核心土开挖，开挖后应采用初喷、局部加固、反压砂袋等措施及时封闭掌子面，防止掌子面失去稳定坍塌。 9、支护结构稳定性问题：围岩松动后，水土压力太大，支护结构强度、刚度、稳定性不足，变形大。对策：在溶洞核心区，适当增加预留变形量，根据水土压力大小，提高支护结构强度、刚度、稳定性，考虑水土压力变化时，二次衬砌的承载能力。11011010、对监控量测重视不够问

36、题：未监测或监测不规范，未及时发现安全隐患，导致初期支护突然失稳破坏。对策：严格监测，发现隐患及时处理，防止支护结构突然破坏。11111111、抽水能力不足，导致隧道淹没问题：停电或抽水系统能力不足，突发涌水，淹没隧道。对策：合理预测隧道最大涌水量，合理设置排水系统。采用备用电源。112112九 结论与体会（1）岩溶处理是一项复杂的技术，必须因地制宜，综合治理。（2）地质调查、分析和超前钻探测等手段对于制订岩溶处理方案非常重要。 （3）岩溶处理应尽量避开大雨和暴雨天气。 （4）对溶洞进行封堵时，一定应认真测定溶洞的水量、水压，正确判定水流方向，并对涌出物进行分析，以便合理选择注浆方式、材料、参

37、数、工艺、设备。 （5）堵排结合，堵大排小，堵混排清。 （6）溶洞区隧道结构一般需要加强，同时为了运营以后的维修和补强方便，隧道的开挖轮廓线和净空都应适当放大，预留补强空间。（7）在设计抗水压衬砌时，应考虑水土压力的变化。（8）岩溶处理一定要严格管理、科学施工，持之以恒，不能半途而费。 115115（9）为防止次生灾害发生和人员伤亡，避免在涌突能量高峰进行处理，因此正确决策和指非常重要。 （10）针对不同的岩溶类型，实行动态设计和施工，根据岩溶情况，要灵活应变和处理，尤其要防止灾害扩大。 116十 练习题、可溶性岩石包括（） （A）石灰岩、大理岩、砂岩； （B）硫酸类岩石、卤素类岩石、碳酸类岩

38、石； （C）除火成岩以外的所有岩石； （D）所有的变质岩； 答案：B 1172、岩溶形成的条件应具有（） （A）地形低洼、破碎的可溶性岩体； （B）可溶性的岩石和地下水； （C）可溶性的岩石、具有一定溶蚀能力和足够流量的水、地表水及地下水有流动的通道； （D）可溶性的岩石、有冲刷能力的地表水；答案： 1183、按埋藏条件，岩溶分为（） （A）裸露型、覆盖型、埋藏型； （B）地上型、地下型； （C）基岩型、覆盖型； （D）固定型、流动型、深藏型； 答案：A 119、岩溶的形态分为（） （A）完整形态和破碎形态； （B）地表形态（石芽、溶沟、溶蚀洼地等）、地下形态（溶泉、天窗、暗河等）； （C）自

39、然形态和后期人为破坏形态； （D）火成岩形态、沉积岩形态、变质岩形态； 答案：B 1205、岩土工程中，土洞是指（） （A）土中的动物洞穴； （B）古代人类生产、生活的土中洞穴； （C）土中的所有洞穴； （D）可溶性岩层上覆土层中、与岩溶拌生的空洞； 答案：D 1216、有关土洞的正确说法是（） （A）有适宜被冲蚀的土体、有水的流动、有排泄、储存冲蚀物质的通道和空间； （B）强大的水流和松散的土体； （C）只有黄土地区才有土洞； （D）岩溶地区的土层中都有土洞； 答案：A 1227、岩溶和土洞的关系为（） （A）有岩溶必然有土洞； （B）土洞发育区必然是岩溶发育区； （C）岩溶和土洞之间没有关

40、系； （D）有土洞不一定有岩溶； 答案：B 1238、同等条件下，硫酸岩的溶蚀速度（）碳酸岩的溶蚀速度 （A）大于； （B）小于； （C）等于； （D）没有可比性； 答案：A 1249、岩溶的勘察方法宜采用（） （A）以工程地质调查为主； （B）以物探为主； （C）以水文地质调查为主； （D）研究岩溶发育规律、进行地质测绘、钻探、物探相结合的综合勘察方法； 答案：D 1259、高压富水岩溶深埋特长隧道常用的施工方法为（）（）盾构法或法（）矿山法（）明挖暗埋法（）浅埋暗挖法答案1261、岩溶和土洞的处理措施应考虑（） （A）避开； （B）采取结构和地基处理措施； （C）当地基中有石膏、岩盐时，应

41、考虑进一步溶蚀的可能性； （D）A、B、C均应考虑； 答案：D 1271、做为建筑地基时，定量评价岩溶地基的稳定性可采用（） （A）洞体顶板塌落度自行堵塞估算法； （B）顶板按梁板受力情况，计算弯矩； （C）成拱分析（破裂拱高加上部荷载所需岩体厚度）法； （D）上述任何一种均可； 答案：D 12813、岩溶和土洞的地基处理措施有（） （A）挖填、跨盖、灌注、排导； （B）跨盖、挖填； （C）排水、灌注； （D）截水、防渗、排水； 答案：A 12914、岩溶发育的必要条件是（） （A）岩层有褶皱和断层； （B）存在厚层、质纯、粒粗的石灰岩； （C）岩体中各类结构面发育； （D）具有可溶性的岩石，

42、有一定地下水，水流动； 答案：D 13015、关于岩溶发育，下面那种说法是正确的 （A）岩溶发育程度和规模与岩体结构特征无关； （B）岩溶发育程度和规模向深处增强、增大 （C）岩溶发育程度和规模向深处减弱、减小； （D）岩溶发育程度和规模与气候类型和大气降水无关； 答案：C 13116、下面那种说法是正确的 （A）土洞的形成与岩溶无关； （B）土洞的发育只与地下水的运动有关； （C）土洞是人类工程活动的产物； （D）地下水的频繁升降有利于土洞的形成； 答案：D 13217、对于非重大或安全等级属二、三类的建筑物，下列那种情况可不考虑岩溶对地基稳定性的影响 （A）基底以下的土层厚度小于3或6；

43、（B）洞体被密实沉积物填实，且无被水冲蚀的可能； （C）岩溶水通道堵塞； （D）微风化硬质岩石中，洞顶板厚度小于洞跨； 答案：B 13318、下列说法哪个是正确的 （A）岩溶发育区不应做建筑场地； （B）岩溶发育区一定会形成土洞； （C）岩溶区控制性勘探孔的深度应穿过表层岩溶发育带，但一般不宜超过5米； （D）岩溶是由具有溶解能力的流动水的溶（侵）蚀作用形成的； 答案：D 13419、对于岩溶地基处理，下面那种说法是错误的 （A）当条件允许时，尽量采用浅基； （B）对水的处理应以堵为主； （C）岩溶塌陷区不宜把土层作为基础持力层； （D）对已外露的浅埋洞隙，可采用挖填置换、清理洞隙后以碎石或混

44、凝土回填； 答案：B 13520、当基础底面以下土层厚度小于地基压缩层计算厚度时，对有可能存在影响地基稳定性的溶洞，勘探孔应进入完整基岩深度为（） （A）10m20m； （B）3m 5m； （C）50m 80m； （D）5m 10m； 答案：B 13621 地下水位引起的水位下降137138第二篇 隧道注浆施工与防排水技术139内容提要一、概述二、注浆和防排水技术的现状及发展趋势三、隧道防排水存在的主要问题四、隧道和地下工程防排水的有关标准和规定五、隧道降水技术六、隧道注浆技术七、隧道结构防排水技术八、基底翻浆冒泥的处理九、工程实例十、认识和体会140 中国于18871889年在台湾省台北至基

45、隆窄轨铁路上修建的狮球岭隧道，是中国的第一座铁路隧道，长261米。此后，又在京汉、中东、正太等铁路修建了一些隧道。京张铁路关沟段最早修建的4座隧道(五桂头,石佛寺,居庸关,八达岭)，是用中国自己技术力量修建的第一批铁路隧道,这其中最长的八达岭铁路隧道长为1091米，于1908年建成。中国在1950年以前，仅建成标准轨距铁路隧道238座，总延长89公里。1、铁路方面一 概述141 2010年前，我国新建铁路客运专线7000公里，2020年前，建成铁路客运专线12000公里，实现主干线的客货分离。在“四纵”客运专线中，京沪高速铁路（北京上海）已于2011年6月30日全线建成通车，线路全长1318公

46、里，设计时速350公里，总投资约2209亿元，是目前世界上一次建成线路里程最长的高速铁路，北京到上海可实现5小时以内到达。142143 2010年底，铁路营业里程达到9万公里，根据2007年10月国务院常务会议原则通过的综合交通网中长期发展规划，到2020年，我国铁路运营里程将达到12万km。因此未来十年，将要建设3万公里的铁路，任务依然十分艰巨。 144 随着我国铁路建设事业的迅速发展，修建和运营隧道的数量也越来越多，有关资料显示，截至2005年底，我国已成功修建了7500座、总延长4300多公里，隧道数量和总长度均居世界前列，“十一五”期间，我国将修建超过3000公里的铁路隧道，其中客运专

47、线隧道超过1000公里。目前我国已经投入运营的最长的铁路隧道是石太客运专线上的太行山隧道,正在修建的最长隧道是西格二线关角隧道。145 太行山隧道是目前我国最长的山岭隧道，为双洞单线，穿过太行山山脉主峰越霄山，左线全长27.839公里，右线全长27.848公里。146 青藏铁路西格（西宁格尔木）二线重点控制性工程关角隧道为两条平行的单线隧道,全长32.605km，是目前国内在建的海拔最高、最长的高原隧道，施工难度极大。关角隧道总投资约25亿元，预计2012年4月竣工。147148 2010年15日位于瑞士中部阿尔卑斯山区的戈特哈德铁路隧道全线贯通，这条全长57km的隧道是目前全世界最长的铁路隧

48、道。隧道工程1999年正式动工,戈特哈德隧道造价近98亿瑞士法郎(1美元约合0.95瑞士法郎)，是目前在建的连接德国、瑞士与意大利的高速铁路的一个重要工程。2017年该铁路通车后，从瑞士苏黎世到意大利米兰将仅需2小时40分钟，较目前缩短1小时，每天将有至少300次列车通过戈特哈德隧道，客运列车平均时速将达250公里，货运列车时速可达160公里。149大批工人见证隧道贯通的重要时刻 150151152153154 2、公路方面 1949年以前，全国(港、澳、台地区除外)公路通车里程仅为8万公里。 1996年,全国公路通车里程达118.6万公里,其中高速公路3422公里,。 2010年底，全国公路

49、网总里程达到398.4万公里，其中高速公路通车里程达到7.6万公里。 到2015年，我国公路网规模进一步扩大，技术质量明显提升。公路总里程达到450万公里，国家高速公路网基本建成，高速公路总里程达到10.8万公里，覆盖90以上的20万以上城镇人口城市，二级及以上公路里程达到65万公里，国省道总体技术状况达到良等水平，农村公路总里程达到390万公里。 155 中国最长的公路隧道秦岭终南山公路隧道（全长1802公里） 设计等级为高速公路，采用双洞单向四车道，设计时速80公里，全长1802公里，双洞总长3604公里。工程2002年3月开工建设，2007年1月通车，总投资31.93亿元。 156 3、

50、水利方面 2011年1月29日发布的中共中央 国务院关于加快水利改革发展的决定，是新世纪以来中央关注“三农”的第八个“一号文件”:力争今后10年全社会水利年平均投入比2010年高出一倍。 2010年我国水利投资是2000亿元，高出一倍就是4000亿元，未来10年的水利投资将达到4万亿元。 目前长大引水隧洞正在大力建设。157 南水北调-穿黄工程 总长4.25km,隧道内直径7.0m,采用泥水盾构施工,盾构刀盘直径9.0m，管片外直径8.7m,内径7.9m,管片内预应力混凝土整体结构厚0.45m。2005年9月开工,预计2011年12月完工。158 2010年6月22日由中国中铁隧道集团、中国葛

51、洲坝集团联合体承建的南水北调中线穿黄工程上游线隧洞盾构掘进胜利贯通， 2007年6月份盾构机在北岸竖井内组装，采用分体始发，始发中克服了0.4Pa高水压条件的始发难题，端头采用旋喷加固加冷冻的组合加固方案，从而一次始发成功。“穿越号”盾构在掘进中一次穿越了3450m的黄河水底隧洞，历经近500舱次的高压换刀作业，安全顺利掘进了800米黄河主河床。从而攻克了南水北调中线穿越黄河的重大施工节点，盾构机于2009年12月22日完成了过河段掘进，安全到达南岸竖井。 159160 4、城市轨道交通建设 2009年底，中国内地10个城市拥有轨道交通，运营总里程达962公里；2010年底，这两个数字将分别增

52、至12个和1400公里左右。 目前有27个城市正在筹备轨道交通的建设。预计到2015年底，中国轨道交通运营线路将达到87条，运营总里程将超过2500公里。161 5、我国铁路隧道防排水经历的主要阶段1、七十年代以前，隧道设计和施工水平不高，主要以排水为主，以宝成线新会龙场隧道和成昆线沙马拉达隧道、关村坝隧道为代表。2、七十年代和八十年代，新奥法原理和大型机械开始应用，主要采用复合式衬砌形式，实现截堵防排相结合。以衡广复线大瑶山隧道、南岭隧道和大秦线军都山隧道为代表。3、九十年代以来，随着对地质和环境认识的不断深化，设计理念的更新，盾构和TBM的应用和机械化水平的不断提高，在更加重视堵水的基础之

53、上，采用了多种防排水形式。1626、隧道防排水的主要内容 隧道防排水主要分为施工防排水和结构防排水。施工防排水主要包括施工过程中的降水、注浆、冷冻、抽排水、初期支护径向注浆、旋喷桩、搅拌等，结构防排水主要包括防水板、排水盲管、二次衬砌（管片、管节）防水混凝土及施工缝、变形缝处理、排水沟(管）、防寒泄水洞、二次衬砌背后回填灌浆等。1637、隧道防排水的主要方法 （1） 排水 :主要通过自然或人工的方式，形成过水通道，将地表和地下水疏导、引出、汇集、排放，以减小对隧道施工和运营的影响。主要包括地表排水和洞内排水。 （2）人工降水：为提高地层的强度和稳定性，采用流体力学原理，通过压力差，促使地下水向

54、预定方向和位置流动，从而减小地层中的含水量，降低地下水位。常用的方法有点井降水、管井降水、大口井（坑）降水等。164 （3）注浆 :通过一定的压力，使浆液充填地层中空隙或裂隙，并形成胶结体，堵塞水流、提高岩（土）体强度和稳定性。可分为工作面预注浆和后注浆等 （4）冷冻法：通过人工降低地层温度，使地层中水结成冰，从而提高地层强度和稳定性，并隔断地下水渗流通道。主要方法有盐水冻结和液氮冻结等。 地基处理方法常用的还有换填法、旋喷法、搅拌法、预压法、震冲法、挤密法、强夯法等。165 (5) 结构内外防排水系统：各种盲管、排水板、排水管、无纺布、防水板、止水条、止水带、混凝土自防水、防水涂料、保温材料

55、、加热材料、渗透结晶材料等。166 考虑的工程安全、质量、工期、造价、环境等因素，隧道防排水应注意以下点： （1）水量小、水压低和清水（泥砂含量小）应首先考虑排放，但应考虑对施工和环境的影响。 （2）水量大、水压高和混水（泥砂含量大）应首先考虑注浆封堵，但应选择合理的方法和工艺。尤其是岩溶水。 （3）埋深小于50m左右的隧道 ，可以考虑地面注浆和降水、冷冻。 （4）富水的粉细砂层应优先考虑降水和冷冻。8、隧道防排水的总体思路防、堵、截、排结合，因地制宜，综合治理 167建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）规定： 砾砂：粒径大于2mm颗粒的质量占总质量的255%。 粗砂：粒径大于0.

56、5mm颗粒的质量超过总质量的50%。 中砂：粒径大于0.25mm颗粒的质量超过总质量的50%。 细砂：粒径大于0.075mm颗粒的质量超过总质量的85%。 粉砂：粒径大于0.075mm的颗粒含量超过总质量50%。 定名时应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。 168二 隧道注浆和防排水技术的现状及发展趋势（1）新技术、新方法、新材料、新工艺不断涌现出。（2）多种措施综合治理的防排水方法和理念逐渐被人们接受。（3）人们对于“堵水”的认识程度逐渐提高。（4）防排水和环境保护的联系越来越密切。（5）检验方法和标准越来越科学和严格。1691、隧道注浆现状及发展趋势注浆技术的历史大致可分为四个阶段：原

57、始粘土浆液阶段（年）、初级水泥浆液注浆阶段（年），中级化学浆液注浆阶段（年），现代注浆阶段（年以后）。注浆技术应用于建筑工程已经有200多年的历史，最早在1802年由法国的查理士-柏利尼用木制冲击泵注入黏土和石灰浆液加固迪普港的砖石衬砌开始的。170 1826年英国研制发明硅酸盐水泥后，灌浆材料发展以水泥浆液为主，1864年注浆法首次应用于阿里因普贝瑞硬煤矿的一个井筒里，此后在比利时、法国、西德也使用水泥注浆法，1884年化学浆液在印度问世，并用于建桥固砂工程。18871909 年，德国和比利时先后获得水玻璃灌浆材料和双液单系统灌浆法专利。171 1920 年乔斯顿发明水玻璃、氯化钙灌浆的“乔

58、斯顿灌浆法。20 世纪 40 年代，灌浆技术的研究和应用进入一个鼎盛时期，各种水泥浆材和化学浆材相继问世，尤其是60 年代以来，无机、有机高分子化学浆材及工艺、设备得到迅速的发展，已经成为一种重要的地基加固技术。172 我国铁道、煤炭、冶金、水电等部门早在20世纪50年代就采用注浆方法克服地下水，并取得良好的效果。1959年我国开始进行高分子化学注浆材料的研究，化学注浆材料从实验室的研制到投入生产和实际应用取得了很大的成绩，解决了过去用水泥、黏土、沥青等传统注浆材料无法解决的工程难题，但化学浆液对环境有一定污染，应慎重采用。目前常用的是水玻璃和聚氨脂、环氧树脂浆液。173由于水玻璃来源丰富、价

59、格低廉，各种新的固化剂不断出现，所以水玻璃类浆液在我国应用非常广泛。20世纪70年代以来，CS浆液广泛应用于山岭隧道堵水加固，对山岭隧道断层破碎带堵水加固取得了良好效果。注浆工艺和注浆设备有了新的发展,我国已形成一套比较完整适合于各类地下工程和隧道防水的注浆工艺，如地面帷幕注浆、工作面预注浆、径向注浆、回填注浆等。注浆设备从钻机、注浆泵、注浆孔口装置及相应的注浆管路等都能立足于国内，基本满足了注浆施工的需要。1742、隧道防排水现状及发展趋势目前，复合式衬砌中间防水层主要采用喷涂防水法和薄板（膜）防水法。喷涂防水法是将可自然固结的液态防水材料喷涂在一次衬砌的基面上，形成一层连续的防水层，以达到

60、防水的目的。有的在喷层间放入纤维织物层，增加防水层强度。175 20世纪80年代我国也进行了喷涂防水技术的研究，京广线大瑶山隧道进行的喷涂防水层试验和在整治既有隧道渗漏水方面取得了一定效果。喷涂法的优点是对一次衬砌的基面凹凸不平适应性强，防水膜之间没有接缝，重量轻，施工操作较灵活。缺点是基面有渗漏水或灰尘时，与基面粘结效果不好，不易形成防水膜，每次喷涂厚度薄，要分多次喷射，间隔时间长，回弹损耗较多，对施工环境有污染等。176 中间防水隔离层是在初期支护与衬砌结构之间敷设的永久防水措施，成为国内外隧道结构防水的重要手段。如瑞士、奥地利等使用薄板防水法较早，但目前日本使用的最多，从六十年代日本的兴