岩溶隧道施工技术

湘桂铁路扩能改造工程第二部分：岩溶溶溶隧道施施工技技术岩溶隧道施工技技技术的主主要内内容：1、岩溶的形态态态及其发育育条条件2、隧道施工中中中遇到的岩岩溶溶问题3、岩溶隧道施施施工地质预预报报技术4、隧道施工中中中岩溶的处处治治技术5、岩溶隧道的的的监控量测测与与信息化化施工工技术6、岩溶隧道施施施工的简要要评评述1.岩溶的形形形态及其其发育育条件1.1基本概概概念岩溶(国际通用用用术语Kaarrst，译译名名喀斯特特)是由地表表水水或地下下水对对可溶性性岩石石的化学学溶解解作用和和机械械破坏作作用的的以及由由于这这些作用用所引引起的各各种地地质现象象和形形态的总总称。是是在以碳碳酸盐盐类为主主的可可溶性岩岩石分分布区，由由于于水特别别是地地下水，对对岩岩石以溶溶蚀为为主的作作用所所形成的的诸现现象的综综合。喀斯特一词，原原原是南斯斯拉夫夫西北部部伊斯斯的利亚亚半岛岛上石灰灰岩高高原的地地区名名称。喀喀斯特特高原，荒荒芜芜缺水，地地面面坑洼不不平，这这种景观观反映映了石灰灰岩被被溶后面面貌，因因此，便便采用用“喀斯特”一词作为为专专指石灰灰岩的的溶蚀作作用和和溶蚀现现象的的学术名名词，我我国于199666年将¡°喀斯特¡±改为岩溶溶，最最近有人人建议议恢复这这一术术语。可溶岩包括碳酸酸酸盐类岩岩石以以及石膏膏、岩岩盐、芒芒硝等等其他可可溶性性岩石。过去一直用Ca(HHCCO)3的溶解度度大大大高于于CaaCO3来解释，即即有的研究者（中中中山，1969；Pickknnet，1978）认为，上上上述反应应式与与实际情情况不不符。其其原因因是从来来未发发现过Ca(HCO3)2分子，且CaCO3与CO2参加反应应的的比例也也并非非1：1。说明这这一一反应的的复杂杂性。1.2岩溶溶溶的形态态及岩岩溶地貌貌的发发育过程程由于溶蚀作用和和和由此引引起的的机械冲冲刷坍坍陷等共共同作作用的结结果，在在地表与与地下下形成的的奇特特地形形形态有有十几种种1）溶溶溶沟和石石芽2）溶蚀裂裂隙3）漏斗4）溶蚀洼洼地地5）落落落水洞66）坡立谷7）峰林8）干谷9）溶溶溶洞10）暗河岩溶的形态：溶溶溶沟岩溶的形态：石石石芽岩溶的形态：漏斗岩溶的形态：漏斗岩溶的形态：溶溶溶蚀洼地地岩溶的形态岩溶的形态落水洞岩溶的形态：坡坡坡立谷岩溶的形态：岩溶的形态：干谷峰林峰林江西仙境三清山雨雾中的张家界天子山广西英西峰林连绵20公里云南石林岩溶的形态：溶洞岩溶的形态：溶洞岩溶的形态：暗河1、发育初期，大大大多是石石芽、溶溶沟，逐逐渐发发育成溶溶斗和和落水洞洞，为为岩溶发发育的的幼年期期。2、岩溶地貌进进进一步发育育，地地下洞穴穴大量量发育，并并且且互相贯贯通成成为一个个统一一的地下下水系系统，地地下水水面以上上，溶溶洞干涸涸，地地下水面面以下下的洞穴穴充水水，形成成地下下河。为为岩溶溶发育的的青年年期。3、进一步发育育育，地面逐逐渐渐被蚀低低，离离地面较较浅的的溶洞的的顶板板开始崩崩塌，地地下河的的某些些段塌顶顶成为为地面河河。岩岩溶地貌貌进入入中年期期。4、最后，地下下下河和溶洞洞大大量崩塌塌，成成为地面面岩溶溶盆地和和平原原地貌。此此时时石灰岩岩已大大量蚀去去，石石灰岩的的残积积堆积物物发育育。除了了溶蚀蚀平原上上残留留少量的的残丘丘及孤峰峰，地地面起伏伏很小小，形成成一个个准平原原。为为岩溶地地貌的的老年期期1.3.岩溶溶溶的发育育条件件及其影影响因因素岩溶的发育条件件件1)具有有可可溶性岩岩层；；2)具有有溶溶解能力力（含含）和足足够流流量的水;3)地表水水有有下渗，地地下下水有流流动的的途径。三三者者缺一不不可！！！即岩溶的发育必必必须具备备：11具有可可溶溶性岩石;2岩石是是透透水的;3水必须须具具有侵蚀蚀性;4水在岩岩石石中应处处于不不断的运运动状状态中.水在岩石中应处处处于不断断的运运动状态态中（几几种典型型的水水循环交交替条条件）裸露灰岩谷地排水型裸露灰岩谷地排水型间接补给河谷排水型河谷集中补给邻谷排水型区域性循环远谷排水型1.3.1、气气气候的影响响气候是岩溶发育育育的一个个重要要因素，它它直直接影响响着参参与岩溶溶作用用的水的的溶蚀蚀能力，控控制制岩溶发发育的的类型、规规模模和速度度。主主要表现现在气气温、降降雨量量、降水水性质质、降水水的季季节分布布及蒸蒸发量的的大小小和变化化。其其中降水水量和和气温对对岩溶溶发育影影响最最大。降水量和气温越越越高，越越有利利于溶蚀蚀作用用．岩溶溶也愈愈发育．．1.3.2、地地地形地貌貌的影影响1、分水岭地区区区：分水岭岭地地区地下下水由由降水补补给，并并作为其其它地地区地下下水的的补给，因因此此，越靠靠近分分水岭，岩岩溶溶作用就就越弱弱。2、丘陵地区：：：地表水大大部部潜入地地下，形形成了无无水干干谷，谷谷底排排列一系系列的的漏斗、落落水水洞，与与暗河河相连，岩岩溶溶作用较较强；；山顶也也分布布有溶洞洞、竖竖井等，但但无无岩溶水水活动动，因此此岩溶溶作用基基本趋趋于停止止。3、河谷斜坡：：：为地表水水及及地下水水向河河谷汇集集的途途径，是是径流流最活跃跃及岩岩溶最发发育的的地带。1.3.3地地地质构造造的影影响1、岩层产状状状的影响响(1)、缓倾岩岩岩层可溶岩位置非可溶岩（不透透透水）位位置岩溶发育程度下上不发育上下可溶岩下部发育育育(2)、陡倾岩岩岩层可溶岩与非可溶溶溶岩的接接触面面附近溶溶蚀作作用强烈烈，常常有一系系列漏漏斗、落落水洞洞及岩溶溶泉出出露。2、褶曲的影影影响（1）、核部背斜核部------张节理发发育育，雨水水和地地表水由由此下下渗并补补给给给其它地地区，形形成垂直直岩溶溶地形；；向斜斜核部------是岩溶水水汇汇聚区，岩岩溶溶水聚集集后沿沿轴向流流动排排泄，形形成水水平岩溶溶地形形。（2）、翼部水循环强烈的流流流通部位位，岩岩溶一般般较发发育。3、断层（1）张性断裂裂带带（正断层层层）破碎带宽度较小小小，但张张开程程度较大大，结结构松散散，缺缺乏胶结结，有有利于地地下水水渗透溶溶蚀，是是岩溶强强烈发发育地带带。（2）压性断裂裂带带（逆断层层层）断裂面上压力较较较大，压压碎岩岩、糜棱棱岩和和断层泥泥多呈呈致密状状态，胶胶结紧密密，岩岩溶发育育较差差；但其其上升升盘影响响规模模大，牵牵引现现象造成成岩层层剧烈上上拱，产产生大量量张节节理，有有利于于岩溶发发育。（3）扭性断裂裂带带（平移断断断层）岩溶发育情况介介介于前两两者之之间，岩岩溶作作用的深深度一一般较大大。1.3.4.地壳运动动的的影响1、岩溶的侵蚀蚀蚀基准面：：岩岩溶水对对可溶溶性岩石石的溶溶蚀作用用在深深度上是是有一一个极限限的，这这个极限限称为为侵蚀基基准面面。岩溶侵蚀基准面面面→控制岩溶溶水水排泄的的相邻邻河谷低低地表表河流的的高程程→控制地表表岩岩溶和浅浅层岩岩溶。岩溶溶蚀基准面面面→区域性可可溶溶岩层的的底板板→岩溶可能能的的最大深深度。2、地壳的升降降降控制侵蚀蚀基基准面的的升降降：(1)、地壳上上上升→侵蚀基准准面面下降→岩溶以下下蚀蚀为主，形形成成垂直岩岩溶形形态；(2)、地壳稳稳稳定→侵蚀基准准面面稳定→地下水以以水水平运动动为主主，形成成水平平岩溶形形态。3、若水平溶洞洞洞成层发育育，每每层溶洞洞的水水平高程程与当当地河流流降低低高程相相对应应1.4中国岩岩岩溶的分分布我国碳酸盐岩分分分布广，面面积积约达130××1104kkm22，主要集集中中于华南南和西西南．这这两个个地区分分别发发育了或或保留留着大面面积的的热带岩岩溶；；其次是是长江江中下游游的我我国中部部地区区，岩溶溶化程程度较弱弱：再再次为华华北地地区，由由于气气候的影影响，岩岩溶化程程度远远不及南南方；；青藏高高原海海拔4000米以上的的残残存古热热带岩岩溶岩，已已受受寒凉作作用的的改造，为为一一特殊类类型的的岩溶。2.隧道施工工工中遇到到的岩岩溶问题题由于岩溶发育的的的控制因因素错错综复杂杂，发发育的形形态千千姿百态态，以以及岩溶溶发育育的不均均衡性性和不规规则性性，给岩岩溶隧隧道的设设计施施工带来来一系系列困难难：富富水高水水压地地段的隧隧道衬衬砌设计计很难难把握；；施工工阶段的的突水水、突泥泥也对对施工安安全和和进度造造成很很大威胁胁特长隧道岩溶问问问题是国国内外外隧道施施工中中的重大大难题题。多年年来，我我国在铁铁路、公公路、水水工隧隧道施工工中均均遇到了了岩溶溶突水、突突泥泥、顶板板溶洞洞充填物物陷落落冒顶、底底板板塌陷等等问题题。国外外在欧欧洲阿尔尔卑斯斯山隧道道及其其它一些些越岭岭隧道也也发生生过类似似问题题我国20世纪6660一70年代，在在西南修修建的的贵昆、成成昆昆、襄渝渝铁路路等均遇遇到大大量岩溶溶问题题。贵昆昆铁路路梅花山山隧道道施工中中遇到到地下河河及大大型溶洞洞，最最后只有有在隧隧洞中修修隔水水墙，阻阻截暗暗河。襄渝铁路大巴山山山隧道在在通过过寒武统统石龙龙洞灰岩岩含水水层时，突突然然揭露一一溶洞洞引起突突泥、突突水事故故，最最大涌水水量为为15000000m33/dd，中断施施工工3个月。京广铁路大瑶山山山隧道的的岩溶溶突水形形成泥泥石流，给给营营运造成成长期期的危害害。京珠高速公路石石石门坳隧隧道右右线在施施工过过程中，因因对对前方地地质资资料掌握握不足足，开挖挖遇到到溶洞灾灾害，引引发大涌涌水造造成停工工等一一系列损损失。近年来在西南修修修建的水水工隧隧道、铁铁路隧隧道、公公路隧隧道也都都不同同程度地地遇到到岩溶灾灾害，甚甚至造成成重大大事故，如如广广安一重重庆高高速公路路华鉴鉴山隧道道施工工中多处处发生生岩溶突突水突突泥，引引起两两条地下下河的的灌入。渝渝怀怀铁路圆圆梁山山隧道发发生特特大岩溶溶涌水水，对施施工造造成极大大的影影响从上面分析可以以以看出，隧隧道道施工岩岩溶问问题主要要可分分为三大大类第一类：隧道施施施工中的的突水水、突泥泥问题题；第二类：隧道施施施工中顶顶板溶溶洞充填填物陷陷落冒顶顶；第三类：隧道道道施工中底底板板塌陷。3.岩溶隧道道道施工地地质预预报技术术3.1岩溶隧隧隧道施工工地质质预报的的原因因1、地质条件的的的不确定性性与与复杂性性2、地质勘察现现现有的技术术水水平（人人类的的认知水水平）3、岩溶隧道危危危害性大3.2.岩溶隧隧隧道施工工地质质预报的的常用用方法3.2.1.地面(洞外)岩溶地质质灾灾害探测测方法法3.2.1.111.地面地质质调调查法刘志刚、刘秀峰峰峰等将地地面地地质调查查的工工作方法法分为为地质测测绘法法、地面面地质质界面和和地质质体投射射技术术。其中中前者者采用的的主要要技术手手段有有穿越、追追索索和全面面踏勘勘三种;后者主要要是是利用调调查的的结果运运用投投射公式式进行行计算，利利用用这种方方法可可进行如如下工工作。(l)、弄清楚楚楚隧道线线路经经过地区区可溶溶岩(灰岩、盐盐岩)，特别是是强强溶岩(纯灰岩、白白白云岩、盐盐岩岩)的地层层层位位、展布布范围围及所处处的岩岩溶水动动力分分带。(2)、查明隧隧隧道线路路经过过地区及及其邻邻近地区区，在在可溶岩岩特别别是强溶溶岩中中分布规规模较较大断层层的产产状及其其与地地表隧道道轴线线的相互互关系系;特别注意意那那些两条条或两两条以上上断层层交汇的的位置置(它们是侵侵蚀蚀性地下下水的的有利通通道)。(3)、查明可可可溶岩与与非可可溶岩接接触界界面的位位置及及其与地地表隧隧道轴线线的相相互关系系。(4)、结合上上上述有利利于岩岩溶发育育的岩岩层层位位和构构造位置置，在在大小封封闭的的洼地内内，寻寻找大型型溶洞洞或暗河河的入入口。(5)、根据断断断层产状状或可可溶岩与与非可可溶岩界界面的的产状，用用地地面地质质界面面法和投投射公公式，求求得可可能出现现的大大型溶洞洞、暗暗河与隧隧道的的相互关关系。(6)、查明暗暗暗河入口口和出出口的位位置及及标高，并并结结合可能能成为为暗河通通道的的较大断断层或或较紧闭闭背斜斜褶皱核核部的的位置、产产状状，推断断暗河河的大致致通道道，确定定能否否与隧道道相遇遇或与隧隧道的的大概位位置关关系。(7)、依据岩岩岩溶发育育的分分带性和和隧道道相对标标高和和季节变变化，判判断那些些可能能与隧道道相遇遇溶洞、暗暗河河的含水水量;或推断那那些些不与隧隧道相相遇的有有水溶溶洞或暗暗河对对隧道施施工的的影响程程度。(8)、搞清隧隧隧道所在在位置置所属的的构造造体系和和地表表具体的的构造造行迹。通过以以以上方法法定性性确定岩岩溶的的空间分分布，但但此方法法预报报岩溶的的精度度远远满满足不不了隧道道施工工的具体体要求求，仅对对具体体预报的的解释释有指导导意义义。3.2.1.222.地面(洞外)浅层地震震法法针对岩溶地区的的的地质条条件，为为了取得得理想想的野外外资料料提高预预报精精度，以以下从从野外数数据采采集、资资料处处理、野野外实实例分析析岩溶溶的地震震响应应特征及及方法法特点。该该方方法是地地面探探测岩溶溶的常常用方法法。浅浅层地震震探测测岩溶及及陷落落柱通常常采用用反射波波法。这方面的的探探测实例例很多多，但该该方法法受到测测线布布置、解解译方方法水平平等的的限制，且且其其探测精精度受受局部地地质条条件的影影响与与波速参参数差差异有关关。在在测点线线布置置不当、异异常常叠加、覆覆盖盖层较厚厚的情情况下，易易漏漏掉有用用异常常。依据据溶洞洞的强反反射特特征，利利用三三维浅震震探测测岩溶效效果将将更好。浅层地震探测岩岩岩溶及陷陷落柱柱通常采采用反反射波法法，岩岩溶裂隙隙发育育带的存存在使使地震波波发生生绕射、散散射射，吸收收系数数增大，并并影影响水平平叠加加效果，反反射射波能量量减弱弱。在时时间剖剖面上可可以根根据反射射波振振幅及波波形特特征来识识别致致密灰岩岩区和和岩溶裂裂隙发发育带，可可将将灰岩反反射时时间间隔隔分为为四种有有一定定动力学学特征征的反射射波。①、地震反射波波波具有稳定定能能量反射射度、相相干性和和连续续性;②、反射波能量量量较弱，连连续续性较好;③、反射波具有有有不连续的的特特性，出出现垂垂直位移移、不不同倾斜斜反射射段、波波形拉拉宽、压压窄和和极性反反转等等现象;④、反射波呈扭扭扭曲状断续续杂杂乱分布布或完完全缺失失反射射同相轴轴。第一、二类反射射射波特征征对应应致密或或较致致密灰岩岩区，第第三、四四类反反射波特特征对对应岩溶溶裂隙隙发育或或较发发育区。根根据据地震波波场理理论分析析及实实验资料料说明明，封闭闭型岩岩溶溶洞洞的地地震波场场曲线线特征为为双曲曲线型，曲曲线线的时间间坐标标极小点点与溶溶洞的顶顶部对对应，该该双曲曲线的同同相轴轴实际是是洞顶顶引起的的绕射射波，绕绕射波波的分布布范围围是溶洞洞直径径的三倍倍左右右。溶洞洞对下下部界面面所形形成的屏屏蔽范范围是溶溶洞的的直径，并并且且当溶洞洞的埋埋深(h)与地震波波长(入)满足h<5入时，溶溶洞洞为一个个地震震波长的的溶洞洞在时间间剖面面上才会会有明明显反映映。因因此不能能脱离离地质体体的埋埋深而谈谈所能能探测地地质体体的最小小宽度度问题，这这是是溶洞解解释的的依据。灰灰岩岩内部的的溶蚀蚀带(或称开口口型型溶洞)，其波场场特特征表现现为基基岩反射射同相相轴缺失失，有有振动延延续变变长的长长周期期反射波波形。3.2.1.333.地面(洞外)电阻率法探测岩溶的常用用用电阻率率方法法包括:电测深法法、高高密度电电阻率率法、偶偶极法法、充电电电位位法、自自然电电位法、激激电电中梯、地地质质雷达法法、瞬瞬变电磁磁法、CSAEEM、高频大大地地电磁法(EH一4)氰法等3.2.1.444.地面重力力勘勘探国外应用重力法法法探测岩岩溶始始于本世世纪六六十年代代初期期，到七七十年年代未八八十年年代初，DresseenL.等人应用用重重力垂直直梯度度技术探探测浅浅埋溶洞洞获得得成功。在在我我国以探探测岩岩溶为目目的的的重力工工作起起步于七七十年年代末，由由原原地质部部物探探研究所所应用用地面重重力方方法寻找找山东东泰安火火车站站铁路塌塌陷的的浅部岩岩溶，取取得了一一定的的地质效效果，但但当时受受重力力仪观测测精度度等因素素的限限制，影影响了了重力异异常的的解释精精度，之之后的十十多年年中，国国内此此项工作作基本本处于停停滞状状态。“七五”期间，地地矿矿部岩溶溶地质质研究所所在“隐伏岩溶溶探探测方法法的研研究”项目中，在在在国内首首次系系统成功功地应应用重力力垂直直梯度测测量技技术探测测浅埋埋溶(土)洞等隐伏伏岩岩溶地质质体，从从而开辟辟了我我国隐伏伏岩溶溶探测的的新途途径。当当地下下浅部存存在局局部密度度不均均匀体时时，地地球重力力位将将发生畸畸变，重重力及其其梯度度也随之之畸变变。重力力等位位面的畸畸变为为利用重重力垂垂直梯度度测量量技术探探测隐隐伏岩溶溶或其其它局部部密度度不均匀匀体提提供了有有利的的物理条条件.由于溶(土)洞的重力力异异常较微微弱，提提高仪器器观测测精度及及降低低野外观观测误误差，是是重力力垂直梯梯度测测量技术术探测测溶(土)洞成败的的关关键。实实测重重力垂直直梯度度值观测测质量量的好坏坏，除除受重力力仪观观测精度度影响响外，还还与仪仪器高差差选择择合理与与否有有关。3.2.1.555遥感信息息技技术地质现象在彩红红红外图象象上往往往呈现现出环环形或线线性构构造等影影像特特征。由由于岩岩溶作为为一种种地质现现象与与地质活活动有有关，因因此，线线性或环环形构构造等与与岩溶溶虽然不不是一一一对应应关系系，但对对岩溶溶的存在在有一一定的控控制作作用。对对于分分析岩溶溶分布布规律来来说，解解译线性性和环环形构造造是十十分必要要的。热红外图图象象记录的的是地地物辐射射能量量，确切切地说说是辐射射温度度。在图图象上上，温度度高的的地物表表现为为白、亮亮色调调;温度低的的地地物表现现为黑黑、暗色色调。因因此，在在夜航航热红外外图象象上岩溶溶、陷陷落柱体体表现现的色调调往往往与周边边地物物不同。在在解解译时根根据这这一特征征逐个个用目视视法判判释出热热异常常区(同时，应应排排除温度度高的的人造或或自然然地物影影响)。然后利利用用明显的的物点点作控制制，将将这些异异常区区转绘至至比例例尺为1:2550000的上、下下对对照图上上。1991年遥感技技术术首次在在南昆昆铁路施施工阶阶段得到到应用用，并取取得较较好效果果。随随着遥感感图像像分辨率率的不不断提高(从最初的80m到目前的lm)，使遥感感技技术用于于隧道道施工洞洞外预预测预报报和监监测更趋趋成熟熟。特别别是铁铁道专业业设计计院提出出的“隧道遥感感富富水程度度估算算经验公公式，使使遥感技技术从从定性判判释转转化为定定量数数据，为为遥感感技术应应用开开辟了一一条新新的途径径，是是一种很很有应应用前途途的方方法。3.2.1.666.放射性测测量(测氡Rn、Hg、CO2、S02等)董兆祥、刘洪福福福及P.Thheeodoorssson，Tadeeuusz、Andrrzzej、Przyyllibsskii等在采用用放放射性法法探测测岩溶、采采空空区、陷陷落柱柱方面取取得了了好的效效果。因因此，根根据氡氡气异常常的峰峰值状态态可确确定岩溶溶及陷陷落柱的的位置置与范围围。测测氛方法法以其其经济、简简捷捷、快速速、易易于操作作等优优势在确确定地地下岩溶溶陷落落柱的位位置与与范围方方面具具有广阔阔的应应用前景景。这里仅列测氡法法法以示说说明，用用测氡法法探测测岩溶的的机理理见下图图，从从岩溶塌塌陷形形成机理理中可可知，尽尽管有有多种因因素可可在岩溶溶塌陷陷的孕育育过程程中起作作用，但但在它的的发生生、发展展整个个过程中中，甚甚至使它它萌发发和生长长的温温床-岩溶的各各种种地质形形态始始终离不不开水水的参与与及其其所产生生的作作用。正正是因因为岩溶溶地质质体在较较长的的地质时时期中中是水和和可溶溶岩相互互作用用的产物物，而而水又是是氡及及其子体体的载载体，使使岩溶溶形成过过程中中将氡及及其子子体集聚聚在各各种形态态的岩岩溶空间间及其其周围的的裂隙隙和其它它结构构面中。氡氡及及其子体体具有有沿空间间垂直直向上运运动的的特点。它它门门可以沿沿着岩岩石的裂裂隙或或微裂隙隙，沿沿着松散散介质质的孔隙隙不断断地垂直直向上上运动，直直至至地表缓缓慢地地向空中中逸散散。它们们在地地层中运运动轨轨迹透过过岩石石中互相相连通通的微隙隙空间间，以最最短的的距离，总总体体上与水水平面面是垂直直的。犹犹如无风风的天天气，烟烟囱所所冒的烟烟与水水平面垂垂直，故故被称为为“烟筒效应应”。3.2.1.777测井法钻孔电磁波法可可可分为双双孔法法和单孔孔法。双双孔法是是将电电磁波幅幅射源源和接收收装置置分别放放置在在两个钻钻孔中中，用于于寻找找钻孔间间与围围岩有明明显电电性差异异的异异常体;而单孔法法则则是将辐辐射源源和接收收装置置放置在在同一一钻孔中中，用用于寻找找钻孔孔周围的的异常常体。CT(ComppputeeriiyeddToomoggr即妙)技术又叫叫层层析成像像技术术，cT技术通过过人人为设置置的某某种射线(弹性波、电电电磁波等)穿过工程程探探测对象(工程地质质体)，从而达达到到探测其其内部部异常(物理异常)的一种地地球球物理反反演技技术。根根据不不同的射射线可可分为弹弹性波波CT、电磁波CT及电阻率CT等单孔电磁波测井井井右图是郭生浦等等等在广州州某场场区用单单孔电电磁波测测井探探测岩溶溶的钻钻孔电磁磁波测测井解释释成果果图。工工作频频率为32MHHz，接发距距为1.Om。曲线上上完完整灰岩岩的测测井值约约为一一45dB，溶洞的的测测井值约约为一一65dB，溶洞与与完完整灰岩岩之间间存在明明显的的高频电电性差差异。图图中我我们可以以看到到，测井井解释释(曲线上的1、2位置对应应溶溶洞位置)与地质钻钻探探结果十十分吻吻合。测测井曲曲线上，10cm左右的溶溶洞洞即有十十分明明显的反反映。3.2.1.888综合方法法国内外在探测岩岩岩溶方面面，己己有许多多学者者提出要要通过过组合(综合)的方法进进行行岩溶探探测以以提高预预报精精度和解解释的的唯一性.地面(洞外)岩岩溶地质灾害害害探测方法法评评价3.2.2洞洞洞内掌子子面岩岩溶探测测方法法隧道掌子面的岩岩岩溶探测测方法法和地面(洞外)探测方法法相相比具有有如下下特点:(l)、可看到到到出露的的岩体体，与地地面相相比具有有更多多的己知知条件件;(2)、由于掌掌掌子面空空间小小，且要要探测测前方的的地质质情况，因因而而，许多多物探探方法现现场布布置受到到限制制;如电极难难以以布置，地地面面的各种种装置置不能排排布;线框大小小受受限，许许多依依靠线性性的连连续测量量方法法不能使使用;(3)、掌子面面面通常的的干扰扰因素包包括:各种电缆缆引引起电性性的干干扰噪音音、各各种风钻钻、隧隧道施工工机械械的震动动噪音音等;(4)、预报的的的目的是是了解解掌子面面前方方一定范范围的的岩溶地地质情情况，地地面物物探的许许多方方法是测测试地地下半无无限空空间场的的分量量，当需需测试试掌子面面前方方地质情情况时时失效。因因此此，能用用于掌掌子面预预报的的方法较较少。由于掌子面超前前前地质预预报相相对地面面超前前预报有有许多多的优点点，己己知条件件较多多，精度度相对对较高。因因此此它是目目前隧隧道施工工超前前地质预预报的的主要方方法。1）、长距离超超超前地质预预报报：长距距离超超前地质质预报报包括:隧道地震震预预报(TSP、VSP、TRT)、隧道电电性性预报、水水平平超前钻钻探等等；2）、短距离超超超前地质预预报报：地质质雷达达法、BEAM法、水平平声声波剖面面法、陆陆地声纳纳法、红红外探水水法、超超前平行行导坑坑(隧道)法、水平平钻钻速法、充充电电法、自自然电电位法、隧隧道道及井巷巷电磁磁导弹超超前预预报技术术、掌掌子面地地质编编录预测测法。3.2.3岩岩岩溶隧道道超前前地质预预报方方法评价价纵览以上隧道超超超前地质质预报报的各种种方法法，虽然然分为为地面(洞外)与掌子面(洞内)的预报方方法法，但根根据地地球物理理勘探探技术及及参数数特点，各各种种方法各各有其其特点及及局限限性，且且各地地的岩溶溶地质质条件不不同，以以物性参参数差差异为前前提的的探测使使优选选预报方方法的的基础。据据以以上特点点，隧隧道超前前地质质预报所所采用用的方法法及参参数多样样性是是隧道预预报永永恒的特特点，多多参数组组合形形式是预预报的的高级阶阶段，参参数优化化组合合是预报报的必必然趋势势。多多种方法法与参参数的综综合集集成是预预报的的必然趋趋势。3.3工程实实实例：齐齐岳山山隧道岩岩溶超超前预报报综合合集成齐岳山隧道全长长长I052288m，其中进进口口段约4000米的工程程地地质和水水文地地质极其其复杂杂，地质质构造造为齐岳岳山背背斜，隧隧道穿穿越二、三三叠叠系灰岩岩地层层，全部部位于于可溶岩岩地段段。该区区域发发育有大大、小小鱼泉及及得胜胜场三条条暗河河，穿越9条较大断断层层。预测测隧道道正常涌涌水量量约为17.6万m3/d，最大涌涌水水量约为74.3万m3/d。主要地地质质灾害问问题为为岩溶、突突泥泥、涌水水、瓦瓦斯及天天然气气。围岩岩级别别变化频频繁，断断面形式式较多多，施工工难度度极大，不不可可预见因因素较较多.采用了TSP22003、地质雷雷达达、红外外探水水、超前前钻探探多种手手段对对岩溶进进行了了预报。超前预报效果对对对比分析析3.3.1.溶腔位置置预预测从2005年111月1日至2006年1月1日一年间间，齐齐岳山隧隧道平平导与正正洞共共穿越宽度大于0...5米溶腔12处，其中TSPZZOO3超前地质质预预报系统统准确确预报出2次，准确确率率为16.77%%;而多功能能超超前水平平钻机机准确的的预报报出8次，其准准确确率为66.77%。3.3.2.含水构造造位位置预测测从2005年111月1日至2006年1月1日一年间间，齐齐岳山隧隧道平平导与正正洞遇遇到涌水水量大大于100mm33/d的地方38处，其中TSPPZZO3超前地质质预预报系统统准确确的预报报出26次，准确确率率为68.44%%;而多功能能超超前水平平钻机机只准确确预报报出28次，准确确率率为73.77%。3.3.3其其其它不良良地质质情况预预测齐岳山隧道靠近近近建南气气田，有有运移储储气的的可能;石洞子煤煤矿矿，施工工中可可能会遇遇到瓦瓦斯，而而且废废气含量量高、放放散初速速度快快、压力力较大大。TSPZZOO3地质预报报系系统无法法有效效的探测测出这这些不良良地质质情况，而而采采用多功功能钻钻机在进进行地地质钻探探的时时候，与与空口口采用瓦瓦斯探探测仪可可以准准确的测测量出出前方有有害气气体的含含量，提提前做出出预案案，例如如平导导进行钻钻探过过程中，探探测测出PDK33662+99800位置瓦斯斯气气体含量量达到到0.8%，在施工工到到本段时时实测测瓦斯含含量为为0.6%。PDK363＋＋＋995～PDK33664＋025段综合地地质质超前预预报采采用地质质分析析法、TSP超前预报报、超超前水平平钻探探综合预预报齐齐岳山隧隧道岩岩溶灾害害高发发区占隧隧道岩岩溶区段段的51.2％，在已已完完成施工工的齐齐岳山背背斜南南东翼以以及背背斜核部部，先先后遭遇遇溶腔腔150余处（图图），已已安全揭揭示、处处理147处。其中中有18次突水、4次突泥、17个大型溶溶腔腔给隧道道施工工造成了了严重重影响，平平导导和正洞3次遭遇涌涌水水淹没，DK361＋66617突泥PDDK3663++090突水部位位其中PDK36633＋537岩溶宽张张裂裂隙处理理时间间长达252天，严重重的的延误工工期，给给正常施施工造造成了严严重影影响。所所以，在在隧道施施工过过程中，必必须须严格实实施综综合地质质超前前预测预预报工工作，以以确保保隧道安安全快快速施工工。PDK33663＋995～PDK33664＋025段属于岩岩溶溶灾害高高发区区，在施施工过过程中，要要特特别加强强综合合地质超超前预预测预报报工作作，务必必探明明前方围围岩的的工程地地质条条件及溶溶洞、溶溶腔等形形态规规模、发发育程程度、充充填介介质情况况等。3.3.3.111.地质分析析法法PDK363＋＋＋995～PDK33664＋025段位于齐齐岳岳山背斜斜的北北西翼，岩岩溶溶洼地、槽槽谷谷、漏斗斗等岩岩溶地貌貌发育育，岩溶溶及岩岩溶水发发育，水水量丰富富，本本段围岩岩主要要为三叠叠系大大冶组T11dd2、T1d33浅灰灰～青灰灰色灰灰岩及紫紫红色色页岩，岩岩层层产状为310～315°∠45～55°，在PDK33664＋010附近夹薄薄层层页岩相相对隔隔水层，相相对对隔水层层界面面为岩溶溶和岩岩溶水的的发育育提供了了岩性性条件，同同时时，顺层层发育育的纵张张裂隙隙为岩溶溶和岩岩溶水的的发育育提供了了构造造条件，且且该该段沿岩岩层面面向上正正好对对应山顶顶的汇汇水台地地，具具有良好好的降降雨汇集集和下下渗补给给条件件，该段段地下下水稳定定水位位在1115～11200m之间，高高出出隧道底底部15～20m（隧底标标高高为10900..0m），低于于得得胜场岩岩溶区区的地下下水位位（13111..2～13233..3m），表明明与与得胜场场岩溶溶区地下下水之之间无良良好的的水力联联系，各各自相对对独立立。综合合分析析工程地地质、水水文地质质条件件，在施施工过过程中，发发生生突水突突泥等等岩溶地地质灾灾害的可可能性性极大，因因此此，在该该段施施工过程程中，必必须严格格实施施综合地地质超超前预测测预报报。3.3.3.222.TTSPP超前探测本次TSP探测测方方案：预报报报时掌子子面里里程为PDK33663+99955，接收器器布布置在里里程PDK33663+99422.2处，位于于隧隧道右侧侧边墙墙上，接接收器器延伸方方向大大约在284°～290°，接收器器钻钻孔直径径为42mm，钻孔2.0m深，向外外向向下倾斜20°（即以水水平平面为基基准，向向下倾斜20°；以隧道道边边墙垂面面为基基准，向向洞口口倾斜20°）；在隧隧道道右边墙墙的同同一水平平面上上从外向向里布布置24个炮孔，炮炮炮孔间距1.5m，向下倾倾斜20°，第一个个炮炮孔距接接收器器20m，最后一一个个炮孔距距掌子子面2.8m（图）。本次TSP超前前探探测有效预预预报范围围为PDK33663+99955～PDK33664+11166，共121m。根据TSP探测资料料，PDK33663+99955～PDK33664+11166段以硬质质岩岩（灰岩岩）为为主，夹夹软岩岩（泥岩岩、破破碎夹层层），岩岩体较完完整，其其中在页页岩阻阻水界面面可能能发生突突水突突泥灾害害。其其中PDK33664＋007..5～＋015和PDK33664＋018～＋021两段岩体体纵纵波波速速降幅幅较大，从从58000mm/s降至28000mm/s（图），泊泊泊松比则则大幅幅增大，由由0.25增至0.34（图），说说说明这两两段有有异常情情况出出现，初初步推推断这两两段为为软弱（溶溶洞洞）、破破碎带带、软硬硬互层层，节理理裂隙隙发育，推推断断解释的的详细细情况如如表所所示。3.3.3.333.超前水平平钻钻探超前水平钻探是是是用钻探探设备备向掌子子面前前方钻探探，从从而直接接揭示示隧道掌掌子面面前方围围岩工工程地质质条件件。超前前水平平钻探主主要用用于在TSP探测有异异常常的地段段，通通过地质质分析析和TSP解译成果果判判断掌子子面前前方围岩岩工程程地质条条件以以及不良良地质质体的性性质，在在此基础础上，并并结合隧隧道断断面大小小，设设计需在在掌子子面布置置探孔孔的数量量、位位置以及及角度度目前，在在工工程上被被广泛泛采用的的钻机机主要有DK系列、钻钻石石系列、MK系列等，根根根据探测测距离离的远近近，在在100m范围以内内的的探孔一一般选选用DK－150、钻石－100或MK－100型等；100～300m的探孔选选用用钻石－300或MK－300型钻机，此此此外，RPD－150C新型多功功能能钻机由由于具具有很高高的机机动灵活活性和和高速钻钻进的的特点，大大大大提高了了超前前水平钻钻探的的工作效效率，RPD－150C新型多功功能能钻机在在齐岳岳山隧道道得到到了广泛泛的应应用。判释依据（1）、根据钻钻进进速度判释释释：钻机在相同岩层层层中的钻钻进速速度是一一定的的，结合合隧道道地质勘勘察报报告、隧隧道纵纵剖面图图以及及隧道开开挖揭揭示的地地层岩岩性，根根据钻钻机在钻钻进过过程中速速度变变化、有有无卡卡钻现象象等，推推断前方方岩体体的岩性性、岩岩体软硬硬程度度和完整整程度度以及是是否存存在不良良地质质体。例例如，当当卡钻时时可能能是岩体体破碎碎或断层层出现现；不冲冲击不不转动就就能推推进应是是空洞洞；不冲冲击只只转动推推进可可能是泥泥岩等等。（2）、根据据岩粉判释：：：在钻进过程中，孔孔中不断有岩岩粉被高压风风吹出，通过过鉴定岩粉的的成分，可推推断前方岩体体的性质。但但随着钻进，探探孔的深度不不断增加，此此时岩粉有可可能相互混淆淆，对岩层很很难准确鉴别别，这时需先先放水再开高高压风洗净孔孔内残留岩粉粉，多冲洗几几次，把混淆淆岩粉洗净再再钻进。（3）、根据冲冲洗洗液判定：：：在钻进过程中，通通过冲洗液颜颜色的变化，可可以推断探孔孔前方岩层的的变化，根据据冲洗液所含含杂质的成分分可判定前方方是否存在异异常体以及异异常体性质、位位置以及规模模。根据地质分析判判判断以及TSP长距离预预报报结果，推推断断PDK33664＋007～+021段内可能能出出现溶洞洞、溶溶腔。因因此，按按照综合合地质质超前预预报要要求，在在里程程PDK33663＋997处进行超超前前水平钻钻探，初初步设计计在掌掌子面及及拱腰腰位置布布置四四个探孔孔，以以探明前前方溶溶腔的发发育形形态、规规模以以及位置置，验验证前期期预测测预报成成果，并并为制定定工程程措施和和变更更设计提提供基基础地质质资料料。本次共施钻四孔孔孔（图），其其中1＃孔孔深13.5m、2＃孔孔深35.9m、3＃孔孔深15.4m、4＃孔孔深15.4m。在PDK3664＋008.5～＋014段钻探过程程中出现异常常，钻进速度度急剧增加（由由正常钻速3m/s急增至8.5m//s），同时返返水颜色变为为浑黄色（正正常返水颜色色为无色），并并夹带少量的的粉细砂（图图），经现场场取样化验，粉粉细砂成分占占92％，泥质含含量占8％，分选性性好，且在钻钻进过程中，出出现卡钻现象象，探测结果果表明，该段段存在一溶腔腔。为了准确探明前前前方溶腔腔的形形态、规规模以以及位置置，在在里程PDK33664＋005掌子面拱拱顶顶部位又又施钻钻7个孔，累累计计钻进174..44m，其中1＃孔在3.2～7.7m间出现异异常常情况，钻钻速速急剧增增加，返返水颜色色由无无色变成成浑黄黄色，且且出现现卡钻现现象（塌塌孔），同同样样，2＃孔在3.9～8.0m、3＃孔在6.6～7.6m、4＃孔在3.3～6.8m、5＃孔在3.8～8.2m、6＃孔在3.9～7.6m、7＃孔在6.1～8.0m段遇到该该情情况，结结合该该段地质质情况况，初步步判断断该处为为一顺顺层发育育的充充填型富富水溶溶腔，在在里程程PDK33664＋008～＋020段，初步步探探测形态态见图图。通过超前钻探揭揭揭示在PDK33664+00088～+020段发育一一大大型充填填性溶溶腔，表表现为为黄砂含含水层层。在超超前钻钻探过程程中，为为尽量降降低穿穿越砂层层的塌塌孔程度度，尽尽可能对对该溶溶腔实施施探测测，已经经采取取了一定定的注注浆加固固措施施，效果果显示示已经进进行的的注浆只只能基基本保证证了对对该溶腔腔探测测的实施施，由由于溶腔腔规模模较大，连连通通性较好好，若若采用直直接处处理通过过，则则难度大大费用用高，考考虑到到该段溶溶腔由由平导向向正洞洞逐渐尖尖灭的的特点，采采用用平导与与正洞洞之间的的迂回回绕行，虽虽然然仍需要要进行行堵水处处理，但但难度相相对较较小些，费费用用也少些些，因因此更为为有利利。3.4工程实例例例：岩湾湾隧道道岩溶超超前预预报综合合集成成3.4.1.工程简介介沪蓉国道主干线线线是我国国规划划的公路路主骨骨架网“五纵七横横”中的一横横，湖湖北省恩恩施至至利川高高速公公路是其其重要要组成部部分，是是鄂西南南地区区必不可可缺的的重要运运输通通道。本本项目目起点接接在建建的宜昌昌至恩恩施高速速公路路起点，终终点点为利川川市鱼鱼泉口，与与沪沪蓉国道道主干干线重庆庆段高高速公路路的终终点相接接，路路线全长122..55Km。沪蓉国国道道主干线线湖北北省恩施施至利利川段高高速公公路第五五标段段起终点点桩号号为K2444++500～YK25500+5666..7255(ZZK2550++5999.000)，全长6.066667255kmm，施工单位位为为中铁二二十三三局集团团第四四工程公公司。本合同段广泛分分分布三叠叠系及及寒武系系碳酸酸盐岩、以以及及白垩系系正阳阳组钙质质胶结结砾岩，为为岩岩溶区路路段；；路线两两侧主主要存在在滑坡坡、断裂裂、岩岩溶等四四种地地质灾害害或不不良地质质问题题，岩堆堆主要要分布于K2444++250～K2455++810；滑坡主主要要分布在K2444++250～K2455++810岩堆边上上，滑滑坡范围围及规规模较小小，对对线路影影响不不大；路路线主主要以岩岩湾隧隧道穿过过茅坝坝槽断裂裂，存存在崩坍坍、岩岩溶等不不良地地质现象象，其其中岩溶溶成为为岩湾隧隧道主主要的不不良地地质问题题。3.4.2.综合集成成预预报方法法组成成3.4.2.111.长距离预预报报（TSP2203地震波法法）用TSP20003地震波法法进进行长距距离（100mm~~2000m）预报，每每每隔50~11000m进行超前前地地质探测测，前前后两次次超前前地质探探测要要有足够够的重重叠范围围。3.4.2.222.中距离预预报报（红外外探测测仪）距开挖面前方3330~11000m，用HY-33003防爆红外外探探测仪进进行进进一步探探测分分析，其其目的的是探测测前方方围岩的的含水水构造情情况。3.4.2.333.短距离预预报报（地质质素描描法、与与地质质雷达）：：距开挖面前方3330m内，在长长、中中距离预预报的的基础上上，结结合前期期的成成果，采采用掌掌子面编编录法法（地质质素描描法）进进行更更准确地地预报报。利用地质质雷雷达进行行超前前预报时时，在在前方岩岩石完完整的情情况下下，可以以预报报３０m的距离，在在在前方围围岩不不完整或或存在在构造的的情况况下，预预报距距离小于于１００m。雷达探探测测的效果果主要要取决于于不同同介质的的电性性差异，即即介介电常数数，若若介质之之间的的介电常常数差差异大，则则探探测效果果就好好。3.4.2.444.超前地质质钻钻孔：超前地质钻孔主主主要是对TSP2203法、红外外探探水进行行验证证。（1）：TSPP2003根据岩层产状与与与隧道轴轴线的的关系，在在隧隧道边墙墙上（比比隧道底底板高高约1.5m）设置一一排排炮眼，共共24个，炮眼眼在在一条水水平线线上，自自掌子子面起每每隔1.5m钻一个孔孔，孔孔深1.5m，孔径38mm，炮眼作作为为振源，信信号号接收仪仪（A24）与最后后一一个炮眼眼（A23）的间距距为20m。埋设信信号号接收仪仪（传传感器）：：在在孔内放放入环环氧树脂脂药卷卷，插入入传感感器，保保证与与孔四周周紧贴贴，传感感器的的方向朝朝向掌掌子面。装装药药爆破：：在每每个炮眼眼内装装药，装装药量量根据围围岩情情况而定定，一一般控制制在50~8800g，围岩较较差差时可加加大装装药量，但但不不能超过100g。见下图图：（2）、红外探探水水在掌子面处，以以以2m间距用红红油油漆做好好探测测标记，分分别别用HY3003仪器打出出红红色光斑斑，使使之落在在标记记上，扣扣动仪仪器扳机机分别别读取探探测值值并做好好记录录，本隧隧道每每30m探测一次次。（3）、超前地地质质钻孔在隧道开挖断面面面的中部部，用用水平钻钻机（LF1000）超前钻钻探1孔，孔径76mm，每循环环超超前大于于等于于20m，若钻孔孔出出水，安安装压压力表和和水表表，测定定地下下水的压压力和和流量。在在隧隧道开挖挖断面面的拱顶顶、左左边墙、右右边边墙用风风枪钻钻3个Φ38mm的炮眼，炮炮炮眼深度5m，依靠对对钻钻孔速度度的变变化，判判断前前方围岩岩的变变化。见见下图图：3.4.3.综合集成成预预报方法法劳动动力组织织、主主要设备3.4.4.综合集成成预预报方法法质量量控制3.4.4.111.TTSPP2003预报质量量控控制1、根据岩石的的的力学性质质选选取合适适的采采样间隔隔和炸炸药用量量，延延长采样样时间间，确保保炸药药的爆速速必须须大于60000m／s。2、套管的埋设设设应力求与与周周围的介介质紧紧密接触触，并并且锚固固剂的的波阻抗抗和岩岩石介质质的波波阻抗尽尽可能能相近。3、在地质条件件件特殊地段段，可可在探测测完成成后，在在利用用原有的的钻孔孔再次探探测，然然后将两两次探探测结果果对比比分析。4、震源炸药的的的安装力求求与与钻孔紧紧密接接触，并并向孔孔内注水水，一一是保证证炸药药密实，二二是是炸药与与钻孔孔有良好好的耦耦合，减减少能能量的损损耗。5、选择高灵敏敏敏度的雷管管，一一则延期期小，二二则延期期误差差小。6、尽可能把数数数据处理的的每每个步骤骤的参参数设置置调整整为最符符合探探测段地地质体体的参数数。7、利用开挖面面面到最近炮炮孔孔之间已已经开开挖的隧隧道的的地质情情况与与探测结结果进进行对比比分析析，作为为开挖挖面前方方地质质体解译译的基基础和参参考。8、在解译译的的时候，必必须须对本地地区的的区域地地质条条件和已已开挖挖隧道的的实际际地质状状况有有非常清清楚的的了解和和掌握握。9、在判断断地地质体的的性质质时，不不能单单纯的从从某个个岩性指指标作作为判据据，必必须综合合各指指标，以以及实实际开挖挖面的的岩性进进行预预报。3.4.4.222.红外探水水预预报质量量控制制：探测点必须均匀匀匀布在掌掌子面面上，且且探测测时探测测仪对对准探测测标示示点。3.4.4.333.超前地质质钻钻孔质量量控制制：主要是提高施工工工人员的的质量量认识：：重视视地质体体的变变化，对对地质质体的预预报成成果进行行认真真的判读读，并并在施工工中对对预报的的异常常现象进进行查查证。3.4.5.综合集成成预预报方法法预报报成果3.5小结从上面的分析可可可以得到到：岩溶隧道道超超前地质质预报报的原则“内外兼顾顾，内内为重；；长短短结合，短短为为重；直直间并并用，直直为重重；综合合集成成、长期期预报报”。以此确确保保岩溶隧隧道的的施工安安全。4.隧道施工中中岩岩溶的处治治治技术4.1.规范范范规定的的处治治原则《铁路工程地质质质勘察规规范》5.6..33.岩溶地段段的的工程地地质选选线应遵遵循下下列原则则：1、线路应绕避避避岩溶强烈烈发发育地段段、可可溶岩与与非可可溶岩的的接触触带、构构造发发育带、岩岩溶溶水富集集区及及溶岩水水排泄泄带；2、线路应绕避避避地面塌陷陷分分布密集集、有有土洞分分布的的覆盖型型岩溶溶地段；；3、线路应选择择择在非岩溶溶化化地区或或岩溶溶发育微微弱、范范围最窄窄、层层数最少少、顶顶板稳固固、受受岩溶水水影响响小的地地带通通过。《铁路隧道设计计计规范》77.3..3穿越溶岩岩、洞洞穴的隧隧道，应应根据空空穴大大小、填填充情情况及其其与隧隧道的关关系、地地下水情情况，采采取下列列处理理措施：：1、对空穴水的的的处理应因因地地制宜，采采用用截、堵堵、排排结合的的综合合治理措措施；；2、干、小的空空空穴，开采采取取堵塞封封闭；；有水且且空穴穴较大，不不宜宜堵塞封封闭时时，可根根据具具体情况况，采采取梁、拱拱跨跨越；3、当空穴岩壁壁壁强度不够够或或不稳定定，可可能影响响隧道道结构安安全时时，应采采取支支顶、锚锚固、注注浆等措措施。《铁路隧道设计计计规范》1166.3..2岩溶地区区隧隧道的施施工，可可采用下下列技技术措施施进行行处理：：1、可采用暗暗暗管、涵涵洞、小小型过桥桥或泄泄水洞等等排水水方法，将将溶溶洞积水水或暗暗河水排排走。2、当不能排水水水，或由于于溶溶洞规模模大且且溶洞填填充物物为含水水量较较大的岩岩溶泥泥时，可可采用用封堵的的方法法。当溶溶洞在在隧道底底部时时可采用用旋喷喷，在边边墙及及拱部时时可采采用注浆浆、管管棚等，形形成成堵水墙墙（边边墙）和和防水水帷幕（拱拱部部）。3、对于停止发发发育、跨径径较较小，且且无水水的中、小小型型溶洞，可可根根据其与与隧道道相交的的位置置及其填填充情情况，采采用干干砌片石石、浆浆砌片石石或低低等级混混凝土土进行填填充。4、溶洞仅在隧隧隧道底部且且较较大较深深，或或者填充充物松松软不能能承载载结构物物时，可可采用梁梁或拱拱跨越，梁梁的的两端或或拱的的拱座应应置于于稳固可可靠的的岩层上上，必必要时可可用混混凝土和和石砌砌体加固固。16.3.3岩溶地区区隧隧道开挖挖应符符合以下下要求求：1、开挖方法宜宜宜采用台阶阶法法。在Ⅱ、Ⅳ级围岩条条件件下，且且溶洞洞尽穿过过隧道道底部一一小部部分断面面时，可可采用全全断面面一次性性开挖挖。2、爆破开挖时时时，应采用用超超前钻孔孔探测测。3、当隧道只有有有一侧遇到到溶溶洞时，应应先先开挖该该侧，待待支护完完成后后再开挖挖另一一侧。16.3.4岩溶地区区隧隧道支护护和衬衬砌应根根据溶溶洞情况况予以以加强：：铁路规范规定的的的岩溶隧隧道的的处治原原则可可总结为为：绕绕、截、排排、堵堵、越与与分部部开挖，加加强强支护相相结合合的原则则。4.1.1绕绕绕：选线线“绕”、施工“绕”施工中遇到特大大大和一时时难以以处理的的溶洞洞。为使使工程程不陷入入停顿顿，可以以改线线绕行通通过溶溶洞或用用迂回回导坑绕绕过溶溶洞区，继继续续进行施施工一一面进行行溶洞洞处理。如如宜宜珙铁路路轿顶顶山隧道道，在在距出口口16600mm，k58++3320～+4000遇到到一特大大溶洞洞,溶洞沿线线路路长达800余米,隧底面以以上上高25mm,,宽近60mm,,洞分四层层,通道支洞洞错错综迂回回,其下有常常年年流水的的暗河河.处理十分分困困难,经设计院院现现场设计计组变变更设计计在隧隧道内增增设33个弯道,改线绕行行,避开溶洞洞通通过。4.1.2.截：“拦截地表表水水”根据勘测资料和和和施工现现场观观测,当地表自自然然沟床,汇水洼地地发发现有溶溶穴、落落水洞、漏漏斗斗、竖井井等为为隧道地地下水水补给来来源，补补给量随随季节节变化，则则采采用拦截截地表表水。如如为自自然沟槽槽，采采用在溶溶穴、落落水洞、漏漏斗斗、地表表陷穴穴四周施施作浆浆砌片石石排水水沟。如如地表表为一溶溶蚀封封闭洼地地，则则可采用用截水水沟，泄泄水暗暗管，泄泄水暗暗管将水水引到到隧道渗渗泄区区以外。如如下下图为一一隧道道地表水水截水水处理的的实例例。4.1.3排排排：引排排地下下水当隧道掘进遇到到到溶洞有有流水水时，宜宜排不不宜堵，首首先先应查明明水源源，涌水水量，流流向及与与隧道道位置的的关系系，采取取以排排为主，截截引引相结合合的措措施常年年流量量大的采采用开开凿泄水水将水水排除洞洞外，流流量小的的可采采用拦截截引排排将水引引入隧隧道排水水沟内内，排出出洞外外。常年流量大的岩岩岩溶地下下水，即即隧道排排水沟沟无法正正常完完全排走走的水水。隧道设有平行导导导坑：地地下水水出露在在平导导一侧，比比较较好处理理，可可自平导导凿泄泄露水洞洞，将将水引入入平行行导坑排排走。当当地下水水出露露在平行行导坑坑的另一一侧,,则需将水水排排引到平平行导导坑一侧侧,再由平行行导导坑开凿凿至正正洞的泄泄水洞洞将水引引入平平导排出出至洞洞外。下下面介介绍地下下水出出露在平平行导导坑的另另一侧侧排水情情况隧道设有平行导导导坑“排水”当地下水出露在在在平导另另一侧侧，拱顶顶上部部，或隧隧道拱拱顶以上上时,,可在拱顶顶以以上设渡渡槽，横横跨隧道道，将将水引至至平导导一侧由由泄水水洞排至至平导导。渡槽槽两端端置于拱拱顶以以上的岩岩帮上上，然后后用竖竖向暗沟沟，将将水引至至泄水水洞，再再引入入平导，排排出出洞外。当地下水出露在在在平导另另一侧侧，拱顶顶至隧隧底标高高，可可采用竖竖向间间沟或在在隧道道衬砌范范围外外用浆砌砌片石石拦水墙墙拦截截地下水水，当当地下水水出露露较高时时用间间沟，出出露较较低时用用拦水水墙，然然后用用暗沟或或暗管管将水引引至平平导一侧侧，再再由泄水水洞排排往平导导排至至洞外。当隧道未设平行行行导坑时时，其其在隧道道部位位的处理理方法法，基本本同有有平行导导坑，但但泄水洞洞要选选择适当当位置置将水排排除至至洞外。一般涌水即利用用用隧道排排水沟沟能正常常泄排排走的水水。在在隧道施施工中中常遇到到的是是一般涌涌水。仍仍以引排排为主主，其处处理方方法是：：涌水水在隧道道顶上上部出露露的，采采用在衬衬砌范范围以外外，拱拱部设渡渡槽和和墙部竖竖向暗暗沟，将将水引引至墙脚脚外侧侧，在衬衬砌边边墙脚留留一暗暗洞或理理设钢钢管将水水引入入隧道排排水沟沟，当涌涌水出出露在边边墙部部位，在在边墙墙衬砌以以外可可设竖向向盲沟沟或暗沟沟、将将水引至至边墙墙脚外侧侧，在在边墙衬衬砌时时，墙脚脚留一一暗洞或或理管管将水引引入隧隧道排水水沟排排出洞外外。当当水流的的位置置在隧道道上部部或高于于隧道道时，应应在适适当距离离外，开开凿引水水斜洞洞(或引水槽槽)将水位降降低低到隧道道底部部位置以以下．．再行引引排((图)4.1.4.堵（填）：：：⑴、对已停止发发发育，径跨跨不不大，无无水或或渗水较较小量量，可根根据其其与隧道道相交交的位置置及其其充填情情况，采采用浆砌砌石或或砼回填填封闭闭，并辅辅以适适当的引引排水水。隧道防水堵水措措措施目前前有如如下方法法：①、衬砌堵水：：：利用复合合式式衬砌或或防渗渗混凝土土防水水。②、注浆堵漏：：：在衬砌背背后后注浆。③、超前预注浆浆浆堵水：在在掌掌子面前前方未未掘进地地段超超前预注注浆，利利用浆液液结石石堵塞岩岩溶裂裂隙及通通道，达达到暂时时堵水水的目的的，赢赢得衬砌砌封闭闭的时间间。溶槽位于隧道拱拱拱部,横穿隧道道且且有水,但溶槽不不大大,有部份充充填填物。采采用浆浆砌征石石回填填封堵拱拱顶，其其宽度至至拱脚脚外2m，并在在涌涌水侧，作作竖竖向暗沟沟或盲盲沟，将将水引引入隧道道排水水沟溶洞们于隧道中中中部或一一侧,,仍采用浆浆砌砌片石封封闭,,渗水引入入隧隧道排水水沟。溶洞隧底部且较较较小时,仍采用浆浆砌砌片石或或砼封封闭。（2）、隧道穿穿过过溶洞,下部为充充填填物,拱部以上上空空洞,可采用加加强强衬砌,拱顶以上上设设浆砌片片石,,浆砌片石石以以上设干干砌片片石封闭闭.如空洞过过高高,可视岩石石破破碎程度度,对空穴岩岩壁壁可进行行适当当喷锚加加固。下下图为隧隧道洞洞身穿过过溶洞洞充填物物,充填物干干燥燥紧密,拱顶为空空洞洞的处理理实例例.衬砌改为Ⅰ类围岩,曲墙有仰仰拱拱,拱部增设设钢钢轨骨架架4.1.5.越：当溶洞较大较深深深，可采采用梁梁、拱跨跨越。但但梁端或或拱座座应置于于稳固固可靠的的基岩岩上，必必要时时用圬工工加固固。隧道在不同部位位位遇到溶溶洞的的跨越措措施：：(1)当隧道一一一侧遇到狭狭长长而较深深的溶溶洞。可可加深深该侧的的边墙墙基础通通过。(2)当隧道底底底部遇有较较大大溶洞并并有流流水时，可可在在隧底以以下砌砌筑浆砌砌片石石支墙，支支承承隧道结结构，并并在支墙墙内套套设涵管管引排排洞水。(3)当隧道边边边墙部位遇遇到到较大、较较深深的溶洞洞，不不宜加深深边墙墙基础时时，可可在边墙墙部位位或隧底底以下下筑拱跨跨过。(4)当隧道中中中部及底部部遇遇有深狭狭的溶溶洞时，可可加加强两边边墙的的基础。并并根根据情况况设置置桥台架架梁通通过。(5)溶洞上大大大下小．且且有有部分充充填物物时．可可将隧隧道顶部部的充充填物清清除。然然后在隧隧道底底部标高高以下下设置钢钢筋混混凝土横横粱及及纵梁．．横梁梁两端嵌嵌入岩岩层。(6)隧道穿过过过大溶洞，情情况较为复杂杂时．可根据据情况，以边边墙梁及行车车梁通过。当隧道边墙悬空空空时，设设钢筋筋砼或钢钢轨托托梁通过过，隧隧道底部部以钢钢筋砼梁梁通过过，易于于施工工，质量量可靠靠。如宜宜珙铁铁路马蹄蹄山隧隧道K611++7800～K61++7798段为为一一大溶液液洞,,隧道全断断面面位于溶溶洞内内,且溶洞很很深深不宜回回填。变变更设计计，两两侧边墙墙下设设38kgg//m旧钢轨轨束束钢筋砼砼托梁梁长16mm通过。隧隧底设166mm钢筋砼梁梁跨跨过。施施工时时托梁基基础和和桥台一一起施施工。4.2工程实实实例4.2.1.宜万线强强岩岩溶地质质条件件的隧道道安全全施工四四阶段段工作法法4.2.1.111.隧道穿越越岩岩溶区前前的岩岩溶地表表勘察察和地质质调查查(第一阶段段法法)（1）、对隧道道前前方可能出出出现的影影响隧隧道施工工的岩岩溶地段段进行行地形地地貌调调查，查查明溶溶沟、溶溶槽等等的位置置、形形状、大大小及及地表水水的流流向，推推测其其对隧道道施工工的影响响；（2）、对推断断存存在岩溶危危危害的重重点洞洞段进行行岩溶溶形态的的调查查。调查查岩溶溶的形态态、规规模及它它们分分布的位位置、高高程、延延伸方方向及充充填等等情况；；（3）、在此基基础础上对隧道道道影响范范围内内的溶洞洞进行行调查。重重点点查明溶溶洞的的大小、位位置置、高程程等。应应用工程程地质质推断、地地质质雷达探探测、反反射地震震波负负视速度度法、TSSP和TRT技术术进行探测测。并分析析评价溶洞洞对隧道安安全和稳定定性的影响响及在施工工和运营时时产生的危危害;（4）、根据岩岩溶溶发育程度度度、基本本形态态和规模模，洞洞穴充填填物性性状，洞洞穴顶顶板岩体体厚度度等条件件，对对岩溶场场地稳稳定性进进行分分区，将将场地地划分为为无岩岩溶区、岩岩溶溶不发育育区、岩岩溶发育育场地地稳定区区和岩岩溶发育育场地地不稳定定区等等。并对对影响响隧道稳稳定和和安全的的各种种溶洞洞洞穴和和岩溶水水提出出整治方方案。4.2.1.222.隧道穿越越岩岩溶区施施工中中的超前前预报报和安全全监测测(第二阶段段法法)（1）、开展施施工工中地质编编编录工作作，在在有溶洞洞的地地段，隧隧道两两壁的岩岩层破破碎程度度不一一，可依依此推推断隧道道围岩岩中溶洞洞的位位置;（2）、根据钻钻孔孔情况推断断断围岩溶溶洞的的存在，对对钻钻孔时发发生的的异常情情况，作作好记录录，并并分析原原因。同同时，对对已成成洞段的的边墙墙及拱部部岩体体进行观观察，对对某些产产状的的岩体变变形较较大或出出现偏偏压现象象，以以及某些些对称称部位岩岩体风风化程度度、破破碎状况况差异异太大，要要引引起足够够重视视，并可可据此此推断围围岩中中的异常常情况况;（3）、在隧道道施施工中要充充充分重视视岩溶溶与岩溶溶水的的超前地地质预预探工作作，加加大超前前地质质预测预预报力力度，探探明前前方地质质情况况;（4）、在施工工中中进行必要要要的施工工监测测工作，采采用用现场监监测反反分析法法推测测围岩中中岩溶溶洞穴的的情况况;（5）、根据控控制制隧道围岩岩岩稳定性性的各各项因素素、分分段确定定隧道道围岩类类别，为为隧道施施工布布置、各各段洞洞身掘进进方法法及程序序、支支护及衬衬砌类类型或整整治工工程设计计提供供工程地地质依依据。4.2.1.333.隧道穿越越岩岩溶区施施工中中时的动动态设设计和施施工((第三阶段段法法)（1）、在隧道道施施工中，应应应根据岩岩溶地地质勘探探和超超前预报报或预预测的情情况，结结合隧道道安全全监测反反馈信信息，采采取各各种辅助助办法法进行超超前加加固;在施工时时通通过调整整施工工顺序改改变围围岩的应应力场场和位移移场的的变化，使使围围岩处于于最有有利的受受力状状态。（2）、根据第第一一阶段和第第第二阶段段提供供的信息息，结结合施工工安全全监测情情况，选选择经济济、合合理的开开挖方方案。此此时可可综合采采用先先期导坑坑法或或分层分分块开开挖等方方法进进行施工工;在条件允允许许的前提提下，可可设计平平行导导坑，平平导的的高程低低于正正洞，使使其既既可作为为探洞洞预报正正洞地地质情况况，当当发生突突涌水水时，又又可作作为泄水水之用用;（3）、根据第第一一阶段和第第第二阶段段提供供的信息息，结结合施工工安全全监测情情况，选选择经济济、合合理的支支护方方案，并并根据据围岩中中溶洞洞位移和和尺度度的不同同，在在隧道的的不同同部位选选择不不同的支支护参参数，着着重加加强关键键部位位的支护护力度度，如隧隧道的的顶拱或或边墙墙中部等等。4.2.1.444.隧道穿越越岩岩溶区施施工完完成后的的检测测、验证证和资资料的分分析((第四阶段段法法)（1）、对施工工采采取的超前前前支护方方案和和开挖方方案的的合理性性进行行分析和和检验验，施工工中可可对施工工段进进行位移移和应应力观测测，对对比不同同加固固方案和和开挖挖方式引引起隧隧道一支支护体体系特性性的变变化，分分析各各方案的的优缺缺点，为为岩溶溶区隧道道建设设积累经经验和和技术资资料;;（2）、分析不不同同支护方案案案的优缺缺点，分分析不同同位置置溶洞对对隧道道体系特特性的的影响，总总结结隧道围围岩体体系位移移、应应力变化化的特特征，为为支护护结构设设计和和稳定性性评价价积累资资料。4.2.1.555.宜万线四四阶阶段工作作法总总结1、施工准备阶阶阶段（地质质调调查）2、施工阶段（超超超前预报报、监监测反分分析预预报、信信息反反馈施工工）3、总结阶段4.2.2.圆梁山隧隧道道特殊岩岩溶段段处理（高高水水压）4.2.2.111.工程概况况圆梁山隧道DKKK3533+2200～DK35555+4000穿穿越毛坝坝向斜斜高压富富水区区。毛坝坝向斜斜南段呈呈北北北东向，北北段段渐变为为北东东向，西西翼高高，东翼翼低，呈呈长舟形形，南南北长655kkm，东西西宽宽2～3．51~mm((图1)，为一一封封闭、可可溶、不不透水的的盆状状构造，地地层层岩性主主要为为灰岩，采采用用“以堵为主主、限限量排放放”的治水原原则则。施工工揭示示，毛坝坝向斜斜深部局局部地地段大型型溶蚀蚀裂隙相相当发发育，岩岩溶水水也非常常发育育，在隧隧道穿穿越的毛毛坝向向斜核部部和两两翼的二二叠系系吴家坪坪组((P2w))和茅茅口组(Plm))灰岩岩地层中中深部部岩溶十十分发发育，隧隧道开开挖共揭揭露33个大型充充填填溶洞即即：11号溶洞，范范范围向斜斜西翼翼DK35544+2555～～+2855充填填溶洞；；2号溶洞向向斜斜东翼DKK3354++4661～+4922充填填溶洞；；3号溶洞向向斜斜东翼正正洞DDK3554++8700～+9200爆喷喷型突泥泥溶洞洞(即DK35544+8779溶溶洞)，溶洞垂垂向向发育强强烈。3个充填溶溶洞在施工工开挖时，有有2个充填溶溶洞爆发了了高压岩溶溶涌水突泥泥灾害，尤尤以2号溶洞处处理时间最最长，难度度最大。在在埋深6000m以下下发育如此此大规模溶溶洞，实属属罕见。4.2.2.222.溶洞段结结构构设计1）、处理原则则则采用排水方案，洞洞内涌水量将将增大，特大大暴雨后，洞洞内涌水量可可达80．6×104m3／d，推测(特)大暴雨之后后瞬时涌水量量最大可达330m3／s，其影响半半径约5kmm，影响范围围将大于355Km2。按环境保保护要求，应应采取“以堵为主”的工程措施施。对地下水水实施全面封封堵，防止溶溶洞充填物流流失，注浆只只作为维护施施工期间洞室室稳定和保证证施工安全的的措施。该方方案对隧道衬衬砌结构要求求高。2）、设计采用用用的水压压压值值为4.55MMPa。3）、衬砌结构构构根据衬砌结构在在在高水压压条件件下的受受力特特点，采采用圆圆形衬砌砌断面面，其内内半径径为4.1177m。衬砌砌结结构体系系由注注浆堵水水固砂砂圈、初初期支支护、防防水层层(透水垫层层)、抗水压压结结构四部部分组组成。其其中，注注浆堵水水固砂砂圈、初初期支支护主要要是承承受围岩岩压力力和保证证施工工安全；；防水水层(透水垫层层)是改善水水荷荷载分布布；抗抗水压结结构封封堵地下下水，承承受全水水压。承承受4．5MPaa水压压时，最最大弯弯矩37吨．m，轴力233550吨，剪剪力力93吨。，故采用C40型型型钢混凝凝土衬衬砌。为为防止止微裂缝缝的产产生和扩扩展，衬衬砌内掺掺加钢钢纤维。钢钢管管及型钢钢混凝凝土衬砌砌断面面示意分分别见见图高水压、强支护护护4.2.3.岩湾隧道道特特殊岩溶溶段处处理4.3小结岩溶隧道的处治治治原则可可总结结为：绕绕、截截、排、堵堵、越越与分部部开挖挖，加强强支护护相结合合的原原则。5.岩溶隧道道道监控量量测及及信息化化施工工技术5.1概述隧道施工过程中中中使用各各种类类型的仪仪表和和工具，对对围围岩和支支护、衬衬砌的力力学行行为以及及它们们之间的的力学学关系进进行量量测和观观察，并并对其稳稳定性性进行评评价，统统称为监监控量量测。5.1.1.隧道监控控量量测的必必要性性：⑴、隧道工程作作作为工程建建筑筑物，受受力特特点与地地面工工程有很很大的的差别。⑵、隧道在开挖挖挖支护成形形运运营的过过程中中，自始始自终终都存在在受力力状态变变化这这一特性性。5.1.2.施工监控控量量测的目目的和和任务⑴、通过监控量量量测了解各各施施工阶段段地层层与支护护结构构的动态态变化化，判断断围岩岩的稳定性、支支支护、衬衬砌的的可靠性性；⑵、用现场实测测测的结果弥弥补补理论分分析过过程中存存在的的不足，并并把把监测结结果反反馈设计计，指指导施工工，为为修改施施工方方法，调调整围围岩级别别、变变更支护护设计计参数提提供依依据；⑶、通过监控量量量测对施工工中中可能出出现的的事故和和险情情进行预预报，以以便及时时采取取措施，防防患患于未然然；⑷、通过监控量量量测，判断断初初期支护护稳定定性，确确定二二次衬砌砌合理理的施作作时间间；⑸、通过监控量量量测了解该该工工程条件件下所所表现、反反映映出来的的一些些地下工工程规规律和特特点，为为今后类类似工工程或该该施工工方法本本身的的发展提提供借借鉴，依依据和和指导作作用。5.1.3.监测一反反馈馈一调整整模型型（信息息化施施工）由于岩溶地质条条条件的复复杂性性，岩溶溶发育育的不规规则性性、复杂杂性，岩岩溶围岩岩的力力学物性性参数数取值的的困难难，因此此，一一般数值值分析析结果并并没有有太大的的实际际意义。以以监监控量测测和超超前地质质预报报等为基基础的的信息化化设计计与施工工是解解决隧道道施工工期复杂杂岩溶溶地质问问题的的唯一有有效手手段，也也是研研究岩溶溶围岩岩力学特特性的的十分有有效的的方法。数数值值模拟方方法与与信息反反分析析法相结结合，才才具有真真正应应用上的的实际际意义，但但至至今为止止，在在国内现现有文文献中还还没有有利用信信息化化设计与与施工工的方法法来综综合研究究具有有复杂岩岩溶发发育的隧隧道围围岩的力力学特特性的报报道，因因此，信信息化化设计与与施工工在实际际工程程实践中中应用用效果是是不理理想的，特特别别是研究究复杂杂岩溶围围岩的的稳定性性问题题。岩溶溶区隧隧道掘进进要实实现快速速、经经济、合合理，必必须设计计与施施工的高高度统统一、协协调，必必须重视视地质质、围岩岩变形形等信息息的采采集，要要充分分利用收收集到到的信息息进行行正分析析和反反分析、数数值值模拟与与反分分析法的的充分分结合。通过对现场岩体体体位移与与应力力的监测测反馈馈信息，直直接接利用现现场监监测信息息进行行数值反反演分分析，得得到岩岩体的初初始地地应力状状态与与初始物物理力力学参数数，为为下一阶阶段的的数值预预测分分析提供供可靠靠的前提提条件件，或为为设计计与施工工提供供具体定定量参参数。5.2.监控控控量测方方法5.2.1.必测项目目之之一――洞内、外外观观察5.2.2.必测项目目之之二――周边收敛敛量量测隧道围岩周边各各各点趋向向隧道道中心的的变形形称为收收敛。所所谓周边边收敛敛量测主主要是是隧道内内壁面面两点连连线方方向的距距离的的变形量量的量量测。收收敛值值为两次次量测测的距离离之差差。1）、量测目的的的：收敛量测是隧道道道施工监监控量量测的重重要项项目。周周边位位移是隧隧道围围岩应力力状态态变化最最直观观的反映映，通通过周边边位移移量测可可以达达到以下下目的的。⑴、判断隧道空空空间的稳定定性性；⑵、根据变位速速速度判断围围岩岩稳定程程度和和