某铁路复杂岩溶隧道地质施工工作方法

2009年8月1日宜万铁路复复杂岩溶隧隧道施工地质工工作方法内容提要宜万铁路隧隧道概况隧道岩溶发发育情况岩溶隧道施施工地质工工作内容岩溶隧道施施工地质分分级和超前前预报分级级常用岩溶隧隧道地质预预报方法地质预报技技术管理及及成果应用用结语宜万铁路隧隧道概况宜昌至万州州铁路全长长377公里，共有有159座隧道（含含Ⅰ线和Ⅱ线），总长长338km，其中Ⅰ线有226km隧道,隧线比达60%。其地形、、地质条件件之复杂集集西南山区区铁路之大大成，建设设条件之艰艰、难、险险居我国铁铁路历史之之最，特别别是长大隧隧道穿越地地区岩溶发发育规模、、多样性、、突水突泥泥的风险程程度及工程程处理难度度为国内外外罕见，工工程之艰巨巨、施工风风险之大、、环境压力力之突出均均属于世界界级难题。。全线70%隧道位于岩岩溶发育区区，共有8座Ⅰ级风险隧道道，26座Ⅱ级风险隧道道。隧道岩溶发发育情况--五爪观隧道道五爪观暗河河大厅段处处理工程照照片岩溶大厅宽宽120m，纵向长71m，洞内岩堆堆高耸，发发育有石笋笋、钟乳石石等，水流流湍急，隧隧道洞身位位于暗河堆堆积层中。。隧道岩溶发发育情况--五爪观隧道道野三关隧道道I线全长13833m，II线全长13796m，为全线最最长隧道，，最大埋深深684m，纵坡为人人字坡；在在DK125+100左侧设置长长1844.5m的无轨运输输斜井，出出口Ⅰ线左侧设置置长5250m的排水洞。。最大的问问题是通过过6条暗河，中中部发育一一大溶腔，，与3#暗河连通。。隧道岩溶发发育情况—野三关隧道道隧道岩溶发发育情况—野三关隧道道DK124+602溶腔段平面面示意图溶腔涌出物物隧道岩溶发发育情况—大支坪隧道道大支坪隧道道全长8775米，最大埋埋深495米，纵坡为为人字坡。。进口段Ⅱ线右侧设置置长5900m的排水洞。。最复杂岩岩溶地质地地段为DK132+990处大型充水水（泥）溶溶腔。隧道岩溶溶发育情情况—大支坪隧隧道DK132+990溶腔段平面示示意图隧道岩溶发育育情况—大支坪隧道DK132＋990溶腔充填砂夹夹卵砾石隧道岩溶发育育情况—大支坪隧道2008年4月30日，该隧道进进口工区ⅡDK132＋914发生突水突泥泥，持续约10分钟，突水7000m3，突泥至掌子子面后方约200m处，掌子面涌涌泥砂高度3m，涌泥砂量约约3000m3。马鹿箐隧道全全长7879m，最大埋深660m，15.3‰单面上坡。在在进口Ⅱ线左侧20m处设长4695m的泄水洞。隧道岩溶发育育情况—马鹿箐隧道马鹿箐隧道1.21突水事故隧道岩溶发育育情况—马鹿箐隧道溶腔纵向长17～47m（Ⅰ线47m、Ⅱ线25m、泄水洞17m），横向宽大大于55m，向下发育至至隧底以下约约50m，向上发育至至拱顶以上25m，溶腔充填淤淤泥质黏土夹夹块石，碎石石。链接进口涌水水录像(03-1)马鹿箐隧道进进口泄水洞5-10突水录像.MPGPDK255+978大型富水充填填溶腔隧道岩溶发育育情况—马鹿箐隧道马鹿箐隧道曾曾发生“4.11”、“4.19”、“5.10”、“5.23”、“5.26”、“6.12”、“6.18”、“6.20”、“6.21”、“7.03”、“7.04”等多次突水突突泥，携带溶溶腔突出物主主要为块石、、碎石及淤泥泥混合物，经经初步估算，，突出物淤积积Ⅰ线正洞约450m，Ⅱ线正洞约1070m。马鹿箐隧道978溶腔照片隧道岩溶发育育情况—齐岳山隧道齐岳山隧道全全长10528m，为单面下坡坡。在隧道左左侧30m设置贯通的平平行导坑，右右侧设斜井，，长752m，隧道区共发发育15条断层，进口口工区为岩溶溶极发育区，，其中F11断层规模大、、水头高、水水压大、岩体体破碎，是全全线施工最困困难的地段之之一。隧道岩溶发育育情况—齐岳山隧道断层充填的砾砾石从钻孔涌涌出隧道岩溶发育育情况—齐岳山隧道齐岳山隧道涌涌水录像齐岳山进口平导PDK363+537突水排水资料料（幻灯片用用.mpg(05)齐岳山隧道出出口F11断层(PDK365+335)超前探孔涌水水录像.MPG岩溶隧道施工工地质工作内内容宜万铁路自2003年～2009年建设期间，，通过认真开开展施工地质工作，及时预预测预报掌子子面前方的地地质情况，采采取针对性的的防灾措施，，避免了多次次大规模的突突泥突水地质质灾害，为深深埋复杂岩溶溶隧道的施工工探索出一条条行之有效的的技术管理方方法。岩溶隧道施工工地质工作内内容主要包括括：超前地质预报报、施工围岩岩分级及稳定定性评价、隧隧底及周边岩岩溶探查、灾灾害评估及防防治工程措施施建议、竣工工图及报告等等内容。岩溶隧道施工工地质工作内内容施工地质内容容纲要岩溶隧道施工工地质分级和和超前预报分分级为方便岩溶隧隧道的建设管管理，突出重重点，把握关关键，需要对对岩溶隧道进进行施工地质质分级和超前前预报分级。。A级：可能发生生重大地质灾灾害的地段，，如可能遭遇遇大型暗河系系统，发育重重大软弱、富富水、导水性性良好的断层层；存在重大大物探异常；；可能发生大大～特大型突突水突泥；并并可能诱发重重大环境地质质灾害的地段段。B级：主要针对对可能发生中中～小型突水水突泥地段，，存在较大物物探异常、断断裂带等地段段。C级：主要针对对岩溶水文地地质条件较好好的碳酸盐岩岩及碎屑岩地地段，发生突突水突泥的可可能性较小。。小型涌突水：：＜100m3/h中型涌突水：：100～1000m3/h大型涌突水：：1000～10000m3/h特大型涌突水水：＞10000m3/h岩溶隧道施工工地质分级和和超前预报分分级常用岩溶隧道道地质预报方方法国内外隧道地地质超前预报报的方法，主主要有：地质质法、超前导导坑法、超前前水平钻孔法法、声波测井井法、波反射射法、层析成成像法等。根据宜万铁路路超前地质预预报技术在岩岩溶隧道施工工中的应用情情况，认为在在不同地质情情况下（如岩岩溶溶洞、暗暗河、断层、、裂隙等）的的最优超前预报报组合方法是是物探方法（（TSP203、TGP12等长距离弹性性波反射法、、掌子面地质质雷达法、红红外探水法等等）与工程地质质法（掌子面超前水水平钻探法、、工程地质类类比法、地质质素描等）有机合理结合合，取长补短短，长短结合合。常用岩溶隧道道地质预报方方法超前水平钻探探法超前水平钻探探是隧道掌子子面前方及周周围的富水地地层位置、富富水程度以及及岩溶洞穴的的形态、规模模及其充填和和富水情况预预测的直接方方法，是深埋埋复杂岩溶隧隧道地质灾害害预测与防治治的最有效手手段。一般分分为超前水平平钻孔长距离离预报和超前前长炮眼短距距离预报。超前水平钻孔孔长距离预报报超前水平钻孔孔长距离预报报一般在掌子子面布置3～5孔，钻孔长度度一般在50～100m。为兼顾对周周边围岩探查查，通常在掌掌子面以一定定的外插角向向前钻探。超前长炮眼短短距离预报利用风钻在复复杂岩溶隧道道每个施工循循环（施工循循环2～2.5米）掌子面布布置一些长炮炮眼（不小于于5米）进行超前前探测，它是是对超前水平平钻探的一种种补充，因其其数量比水平平钻数量多，，揭示岩溶的的可能性较大大，起到了保保证施工安全全的作用。超前水平钻法法预报的特点点同物探预报方方法相比，具具有直观性，，不存在物探探预报方法的的多解性。但但同时也具有有费用高、速速度慢、占用用隧道施工的的掌子面时间间长，且钻孔孔资料只是一一孔之见，对对溶洞有漏报报的可能。常用岩溶隧道道地质预报方方法物探预报方法法物探预报主要要利用声波、、超声波、地地震波及电磁磁破在地层中中传播、反射射，通过信号号采集系统接接收反射信号号，判释隧道道掌子面前方方反射界面（（断层、软弱弱夹层、孔洞洞等）距隧道道掌子面的距距离来进行隧隧道施工期地地质预报的方方法。常用的的有TSP—203、TGP12、地震负视速速度法、掌子子面弹性波单单点反射法、、掌子面地质质雷达法、红红外探水法、、HSP、单孔或跨孔孔CT等方法。要准确预报掌掌子面前方地地质情况，往往往要根据各各种预报方法法的功能特点点选择一种或或多种方法的的组合，相互互验证。但不不管怎样，还还没有哪一种种方法能准确确预测岩溶隧隧道前方及周周边全方位的的地质情况。。在宜万铁路隧隧道地质预报报工作中，物物探方法应用用最广泛的是是TSP－203、TGP12、地质雷达和和红外探水。。TSP－203、TGP12均属于地震反反射法，是一一种长距离的的预报方法，，有效探测距距离100～150m，根据炸药在在岩石上爆炸炸的主频推算算，有效分辨辨率约2m，因此直径大大于2m的溶腔或含水水体可以被发发现，如别岩岩槽隧道DK244+422、马鹿箐隧道道DK255+978、云雾山隧道道DK242+850等溶腔的预报报。常用岩溶隧道道地质预报方方法物探预报方法法宜万线施工揭揭示的位于掌掌子面前方、、有一定规模模的溶腔或断断层，物探方方法均有反映映，配合水平平钻探和其它它方法，Ⅰ级风险隧道施施工揭示的82处溶洞及涌水水突泥有80处得到了准确确预报，但由由于其对干扰扰信号不能分分辨和消除，，有大量的假假异常存在。。在王家岭隧隧道进行了TSP203与TGP12两种超前预报报方法的对比比试验，两种种超前预报方方法的预报结结果基本一致致，TGP12效果有时还更更好些；TGP12方法检波器使使用黄油耦合合，经济实用用，分析软件件为中文，易易于操作，预预报准确率高高，但配套器器材有待改进进。地质雷达达是一种短距距离探测方法法，有效探测测距离约10～15m，有效分辨率率约10cm，对大支坪隧隧道DK132+990突泥、野三关关的4#暗河都做出了了准确预报。。由于地质雷雷达探测距离离过短，主要要配合地震单单点反射用于于隧底及周边边隐伏岩溶探探查，通过地地质雷达探测测，在已建成成隧道的隧底底及周边发现现了8处可能威胁运运营安全的隐隐伏溶洞。宜宜万线的岩溶溶水都是浅部部循环水，所所形成的温度度差异不能从从施工形成的的温度异常中中区分，因此此不适用于浅浅循环地下水水隧道的超前前预报。常用岩溶隧道道地质预报方方法工程地质类比比法工程地质类比比法是根据以以往岩溶隧道道施工总结出出判断隧道岩岩溶发育的可可能部位的一一种经验方法法。岩溶发育育可能的主要要位置如下：：（1）可溶岩与非非可溶岩接触触界面可能岩岩溶发育；（2）隧道通过断断层、向斜、、背斜核部的的可溶岩可能能岩溶发育；；（3）可溶岩中裂裂隙、溶隙发发育位置可能能岩溶发育；；（4）可溶岩中围围岩整体突然然变好或突然然变差的位置置可能岩溶发发育；（5）不同年代可可溶岩接触界界面、岩性分分界面位置附附近可能岩溶溶发育；（6）掌子面附近近出现泥质充充填裂隙的可可溶岩，前方方可能岩溶发发育。地质预报技术术管理及成果果应用施工地质工作作技术管理针对宜万线地地质特别复杂杂的13座隧道分别成成立由建设、、设计、施工工、监理等单单位组成的施施工地质组，，现场组织实实施复杂隧道道的施工地质质工作，并组组建以设计单单位的技术管管理和地质、、物探及隧道道设计专家为为主体，建设设、施工、监监理等单位专专家为技术顾顾问的施工地地质部，协调调和强化复杂杂隧道的施工工地质技术工工作，并现场场快速分析判判断，决策处处理复杂地质质问题。重大大地质问题由由设计院专家家组决策处理理，必要时报报请铁道部专专家组研讨后后再决策处理理。为做好宜万线线隧道的施工工地质工作和和岩溶隧道的的预测预报工工作，建设单单位组织编写写了《宜万铁路地质质勘察与超前前地质预报专专项机制》、《宜万铁路复杂杂隧道地质超超前探测实施施细则》，设计单位制制定了《宜万线施工地地质实施细则则》，对宜万铁路路的岩溶地质质施工起到了了很好的指导导作用。超前地质预测测预报设计、、实施、判释释实行分级管管理，责任到到人，做到““物探先行、、钻探验证、、有疑必钻、、不明不掘””及坚持“三三定三探”原原则（即：定定人定孔定检检查、重探密密探加深探））。地质预报技术术管理及成果果应用宜万铁路岩溶溶隧道施工地地质工作程序序地质预报技术术管理及成果果应用施工地质工作作成果突水突泥预报报宜万线铁路隧隧道在施工过过程中发生了了9次大型的突水水突泥，除了了个别因为各各种复杂原因因未能预报出出之外，其它它的都做出了了准确的预报报。宜万线铁路隧隧道施工超前前预报了28次高压突水，，如成功预报报马鹿箐隧道道进口泄水洞洞XDK255+701出水、平导PDK255+655～+696出水，预报野野三关隧道IIDK124+680～+650段岩溶裂隙涌涌水，涌水量量为6000m3/d左右，水压0.75MPa。齐岳山隧道道长距离超前前预报探测中中，物探资料料显示PDK364+007～+015段围岩软弱异异常，有溶洞洞富含水，超超前钻探验证证在PDK364＋008后确实存在富富水溶腔，由由于预报准确确、措施得当当没