贵州公路隧道施工瓦斯突出结题报告

高速公路瓦斯突出隧道施工

关键参数与结构优化技术研究

结题报告

贵州高速公路集团有限公司

贵州省交通建设工程质量监督局

中南大学

苏交科集团股份有限公司

二O一七年十一月

目录

目录

1项目基本情况......................................................1

1.1研究目的....................................................1

1.2研究内容及预期目标..........................................1

1.3研究技术路线................................................2

1.4项目执行情况...............................................4

1.4.1完成任务情况..........................................4

1.4.2课题完成情况..........................................4

1.4.3技术保障措施..........................................5

2工程概况..........................................................6

2.1大山隧道工程概况............................................6

2.1.1地质条件..............................................6

2.1.2水文地质条件..........................................8

2.1.3不良地质条件.........................................10

2.2城关箸隧道工程概况.........................................11

2.2.1地质条件.............................................11

2.2.2水文地质条件.........................................12

2.2.3不良地质条件.........................................13

2.3水塘隧道工程概况...........................................14

2.3.1地质条件.............................................15

2.3.2水文地质条件.........................................16

2.3.3不良地质条件.........................................16

3煤系地层大变形支护参数与仰拱优化研究.............................18

3.1煤系地层隧道大变形研究现状.................................18

3.2煤系地层隧道围岩变形与支护受力现场测试.....................20

3.2.1主要测试内容.........................................20

3.2.2监测方法.............................................21

3.2.3YK107+303断面现场监测的成果及其分析.................27

3.2.4YK107+374断面现场监测成果及分析....................45

3.3煤系地层控制隧道围岩大变形优化施工措施.....................57

3.3.1施工工法对比.........................................57

3.3.2机械开挖与钻爆综合施工工艺流程.......................58

3.3.3机械开挖与钻爆综合施工工法步骤.......................59

第I页共231页

目录

3.3.4隧道仰拱曲率拓扑优化.................................61

3.3.5施工组织优化与管理...................................65

3.4本章小结...................................................66

4瓦斯隧道不动火施工技术及动火管理制度研究.........................67

4.1瓦斯隧道不动火新型支护结构设计.............................67

4.1.1圆钢管混凝土支架强度及极限承载力计算.................67

4.1.2钢管混凝土支架支护数值模拟...........................69

4.1.3各级围岩初期支护钢管混凝土支架设计...................94

4.2煤系地层软岩初支锚杆不动火施工技术研究.....................97

421煤系地层软岩初支锚杆不动火施工必要性分析..............97

4.2.2煤系地层软岩初支锚杆不动火工艺施工...................98

4.2.3煤系地层软岩初支锚杆不动火工艺施工效果..............100

4.3瓦斯隧道动火管理制度标准化研究............................101

4.3.1隧道动火原因分析....................................101

4.3.2瓦斯隧道常用对策及其存在的问题......................102

4.3.3隧道施工动火管理措施................................103

4.4本章小结..................................................104

5隧道过瓦斯突出煤层防突参数与安全施工技术研究....................105

5.1瓦斯隧道抽、排放系统适用性分析............................105

5.1.1瓦斯隧道抽、排放系统特点.............................105

5.1.2瓦斯隧道抽、排放系统适用范围........................105

5.2瓦斯隧道预留安全岩柱厚度合理阈值研究......................105

5.2.1预留安全岩柱厚度理论分析............................106

5.2.2IV2围岩等级下不同施工方法安全岩柱厚度取值模拟.......111

5.2.3不同围岩等级下台阶法施工瓦斯隧道预留安全岩柱厚度取值模拟

............................................................................................................................120

5.2.4不同围岩等级下倾斜煤层台阶法施工安全岩柱厚度取值模拟..129

5.3瓦斯隧道过突出煤层安全揭煤与防突施工技术研究..............133

5.3.1煤与瓦斯突出预测技术总结............................133

5.3.2煤与瓦斯突出防治措施总结............................141

5.4本章小结..................................................145

6煤系软岩地层隧道安全施工监控量测指标与技术标准..................147

6.1隧道施工监测项目..........................................147

6.1.1洞内围岩与支护状态观察..............................147

第n页共231页

目录

6.1.2隧道初期支护周边位移及拱顶下沉监测..................148

6.1.3隧道浅埋段地表沉降监测..............................152

6.1.4围岩变形特征分析....................................154

6.2隧道安全施工瓦斯监控技术..................................158

6.2.1瓦斯自动监控系统.....................................158

6.2.2施工安全瓦斯浓度的确定..............................161

6.2.3水塘隧道瓦斯监控结果................................163

6.3通风主导型施工组织管理....................................167

6.3.1通风系统设计与管理影响因素..........................167

6.3.2通风主导型施工组织管理流程..........................175

6.3.3瓦斯工区测风管理....................................180

6.3.4其它主要管理措施....................................183

6.4通风系统..................................................188

6.4.1隧道掘进施工风量计算................................188

6.4.2通风设施与设备选型..................................191

6.4.3通风检测类仪器、设备配置............................193

6.4.4施工通风措施........................................194

6.5本章小结..................................................195

7隧道排水系统地下水结晶堵管机理及防治技术研究....................197

7.1隧道病害情况..............................................197

7.1.1隧道施工期出现的工程问题.............................197

7.1.2隧道运营期出现的工程问题............................197

7.1.3隧道病害现状........................................198

7.2水塘隧道病害原因分析......................................199

7.2.1排水管堵塞对隧道衬砌结构的影响......................200

7.2.2排水管堵塞对围岩的影响..............................201

7.3隧道病害处整治措施........................................202

7.3.1左右幅隧道病害整治..................................202

7.3.2横向通道病害整治....................................209

7.4排水系统堵管导致隧道结构破坏研究..........................210

7.4.1排水管堵塞导致隧道结构破坏模拟......................210

7.4.2计算分析............................................211

7.4.3隧道遇水软化特性分析................................218

7.5隧道排水系统堵管问题的防治措施及建议......................223

第HI页共231页

目录

7.5.1优化隧道排水管结构..................................223

7.5.2隧道排水系统内结晶的清除............................224

7.5.3排水盲管的施工与设计................................226

7.5.4新型排水管道检测与疏通技术..........................226

7.6本章小结..................................................227

8成果创新........................................................228

9社会经济效益及成果推广前景......................................229

9.1社会经济效益..............................................229

9.2成果推广及其应用前景......................................229

10项目自评情况...................................................230

11存在问题与下一步工作计划.......................................231

第IV页共231页

I项目基本情况

1项目基本情况

1.1研究目的

针对目前瓦斯突出隧道设计和施工中面临的安全控制技术难题，亟待依托典

型瓦斯突出隧道工程，开展针对性技术研究，提出瓦斯突出隧道瓦斯防治等技术

标准，预期目标将直接解决隧道建设中的相关技术难题，保障工程建设的安全、

快速、质量，同时可为类似高速公路瓦斯隧道建设和瓦斯隧道设计和施工技术指

南的完善和修订提供技术支撑和基础数据，预期将收到良好的安全、经济、环境

与社会效益。

1.2研究内容及预期目标

研究内容如下：

（1）隧道过瓦斯突出煤层安全施工技术研究

1）瓦斯抽、排放系统适应性及技术经济指标研究；

2）瓦斯突出影响机制与突出判定指标合理阈值研究；

3）瓦斯突出隧道安全揭煤与防突施工技术研究。

（2）煤系地层大变形支护参数与仰拱优化研究

1）软岩隧道支护结构刚度对围岩大变形影响机理研究；

2）基于煤系地层松散压力瓦斯隧道结构设计优化研究；

3）煤系软岩隧道仰拱结构优化设计与施工控制技术；

4）支护结构大变形的时间与空间效应及现场试验研究。

（3）瓦斯隧道不动火施工技术及动火管理制度研究

1）初期支护结构环向与纵向连接工艺标准化研究；

2）煤系地层软岩初支锚杆不动火施工技术研究；

3）特殊情况下瓦斯隧道动火管理制度标准化研究。

（4）瓦斯隧道安全施工监控量测技术研究

1）煤系软岩地层隧道施工监控量测指标与技术标准；

2）适应于煤系软岩隧道不同工法预留变形量指标研究；

3）基于隧道施工监控量测数据的信息反馈技术研究。

（5）瓦斯隧道防排水与防排瓦斯技术研究

1）外水压力及煤系围岩软化对隧道受力性状安全影响；

2）煤系地层地下水化学特征及隧道防排水优化技术研究；

第1页共231页

I项目基本情况

3）瓦斯隧道防瓦斯渗透设计与施工技术研究。

通过开展本项目研究，本课题计划达到的预期目标主要有：

（1）提出瓦斯突出隧道抽排放技术指标与技术标准；

（2）提出瓦斯突出隧道安全过煤层支护结构优化设计参数及安全施工方法;

（3）提出采空区超前探测预报及涌水量预测方法；

（4）提出瓦斯隧道不动火新型支护结构设计方法；

（5）发表核心期刊以上论文8篇，培养硕士/博士2-3名；

（6）申请实用新型或发明专利1-2项；

（7）申请1项省部级施工工法；

（8）将现有指南升级为地方规范或国家级标准。

1.3研究技术路线

本项目依托贵州在建盘兴高速公路瓦斯突出隧道工程，通过对文献查阅、现

场调研、理论分析、室内外试验、工艺性试验等方法对目前瓦斯突出隧道面临的

设计和施工技术问题进行系统研究，具体技术路线如图1-1所示：

图1-1课题技术路线图

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I项目基本情况

（1）查阅相关文献，了解国内外研究现状。

通过查阅国内外相关文献，进一步掌握瓦斯突出隧道设计和施工中亟待解决

的技术难题，总体规划课题研究方案，论证课题研究可行性，编制研究大纲。

（2）现场实地调研

对依托工程及贵州省与其它省份典型瓦斯突出隧道进行调查研究，掌握目前

瓦斯突出隧道设计和施工技术水平及技术需求，选择典型依托工程，结合施工进

度，提前开展理论分析研究工作。

（3）制定试验方案，开展室内和现场试验研究

通过理论分析及室内与现场试验研究瓦斯抽、排放系统适应性及相关技术经

济指标的合理性，确定合理揭煤防突技术指标，总结瓦斯突出隧道安全揭煤与防

突施工技术。

（4）瓦斯隧道围岩大变形支护参数与仰拱优化设计及施工技术

选择典型试验段，开展煤系地层掌子面地质调绘，取样进行室内试验，通过

试验和理论研究分析软岩隧道支护结构纵向刚度对围岩大变形影响机理及大变

形时间和空间效应分析，提出隧道结构设计优化和安全控制技术。综合安全施工

和支护结构安全，分析煤系软岩地层隧道施工监控量测指标与监控频率，总结基

于隧道施工监控量测数据的信息反馈技术。

（5）瓦斯隧道不动火施工技术及动火管理制度研究

针对瓦斯隧道动火施工存在的安全风险，研发初期支护结构环向与纵向连接

工艺标准化及初支锚杆不动火施工技术。

（6）瓦斯隧道防排水与防排瓦斯技术研究

针对地下水与瓦斯的共生共存特性，通过理论分析和室内试验，开展外水压

力及煤系围岩软化对隧道受力性状安全影响，采集典型地段水样进行地下水化学

特征分析，提出瓦斯隧道防排水与防排瓦斯技术，确定基于涌水量的优化排水系

统。

（7）瓦斯隧道安全风险管理及应急救援管理研究

调研总结目前瓦斯突出隧道安全风险管理与安全施工管理方面存在不足和

漏洞，提出瓦斯突出隧道突发事件的应急救援管理要求，形成相关应急救援管理

体系。

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I项目基本情况

1.4项目执行情况

1.4.1完成任务情况

围绕研究任务，本课题开展了大量的研究工作，其中主要包括以下五个方面

工作：

①煤系地层大变形支护参数与仰拱优化研究

②瓦斯隧道不动火施工技术及动火管理制度研究

③隧道过瓦斯突出煤层防突参数与安全施工技术研究

④煤系软岩地层隧道安全施工监控量测指标与技术标准

⑤隧道排水系统地下水结晶堵管机理及防治技术研究

以上研究内容较好的涵盖了研究任务所需完成的工作内容，反映了经各方共

同努力后完成的既有成果，而各项相关研究内容的具体情况在后续章节予以详加

介绍和深入研究。

1.4.2课题完成情况

本课题以盘兴高速大山隧道、城关箸隧道和水塘隧道为主要依托工程，课题

组紧跟盘兴高速公路主体工程施工进度，根据本课题要求及课题研究计划，截止

目前，主要进行了以下几个方面的研究：

（1）通过现场测试的方法获得了煤系地层下隧道围岩和支护结构变形数据,

提出了一种机械开挖与钻爆综合施工的开挖技术，通过数值建模及分析，总结了

施工的分区、施工循环进尺及工序衔接等关键施工要点，并成功应用于水塘隧道

施工中，保证了隧道施工的进度、质量及安全；

（2）针对瓦斯隧道的突出特点，提出了一种不动火新型支护结构，通过数

值建模及分析，提出了在多种围岩情况下支护结构的设计参数，在此基础上，研

究了瓦斯隧道在初期支护工序等各工序施工过程中的不动火施工工艺技术。

（3）通过对现有隧道瓦斯抽排放系统的总结及大量的数值分析，提出了瓦

斯隧道预留安全岩柱厚度的合理阈值，有效地应用于瓦斯突出隧道安全揭煤与防

治施工当中，针对突出危险性煤层采取一定的技术措施，使一定范围内的煤与瓦

斯先行释放其能量，进而达到消除或减小突出的目的。

（6）通过查阅相关文献及规范资料，结合大山隧道变形和水塘隧道现场瓦

斯监测数据，在围岩特征分析以及施工安全瓦斯浓度的确定，总结了煤系软岩地

层隧道安全施工监控量测指标与技术标准，并提出了通风系统设计方案，此方案

为众多规范、指南的施工通风措施和设计提供参考。

第4页共231页

I项目基本情况

（7）本论文依托水塘隧道工程，采用数值模拟和室内试验等手段，分析了

隧道排水管中地下水结晶规律以及隧道排水系统堵塞对隧道结构的影响，为隧道

排水管堵塞问题提出合理的解决建议。

1.4.3技术保障措施

为保证项目保质保量、按期顺利完成，在研究中采取了以下技术措施。

（1）成立专门科研条件保证部，负责科研人员工作条件及相关设备的采购，

这样既有利于科研资金的合理利用，又有利于相关设备、条件及时到位，避免由

于研究条件问题，影响研究进度和研究质量；

（3）本课题各阶段经费严格按经费管理办法合理使用，主要经费用于开展

室内试验、现场试验和理论研究、学术成果的整理和发表、参加学术会议和课题

组学术研讨、与课题相关差旅费、大量室内和现场试验测试元件和仪器购置费及

人员补助等。现场课题组花费了大量人力、物力对现场试验段进行监测和监控,

按课题实施大纲要求开展研究过程，试验经费投入比重相对较大，收支总体基本

平衡；

（4）加强调研、学习和实践，了解国内外相关研究动态，实现理论和实践

的结合，使项目的研究成果既真正具有实际应用价值，能尽快应用于生产实践,

又能具有较高理论水平；

（5）加强学术交流，通过发表论文、举行学术会议、和同行进行技术交流

等方式，一方面宣传所取得的研究成果，另一方面也了解掌握反馈意见，便于及

时发现问题，调整研究思路和方法；

（6）采用合适的理论、先进的试验方法和计算分析手段，采用多种方法综

合分析，从不同角度认识问题；

（7）重视试验数据的可靠性和真实性、理论分析的严密性，以及计算分析

手段的正确性，认真务实地开展科研工作；

（8）积极为生产实践服务，把所取得的成果及时应用于生产实践中，解决

工程实际问题。

第5页共231页

2工程概况

2工程概况

2.1大山隧道工程概况

大山隧道从斜坡下部穿越山体，进出口位于大山镇司家寨村龙蟒滩坡下部，

出口位于忠义乡毛草坪村田家冲左岸斜坡中下部，隧道穿越山体地属高原中山区。

隧址区为构造剥蚀单面山地貌，山体较为雄浑，北部为单面山呈东西走向，与地

层走向基本一致；南部地形相对陡峻。隧址区地形坡度进口段总体坡度相对较缓，

一般5〜8。，出口段总体坡度较陡，一般在38〜46。之间，最大相对高差约120m。

隧址高程在17859〜1799.07m之间，最大相对高差约20m。隧址区植被发育以灌

木为主间夹乔木松树及柏树

2.1.1地质条件

根据区域地质资料、野外地质调查并结合物探成果，隧址区地层为从上至下

为:第四系残坡积层（（24过+&）、第四系崩塌堆积层。4时）、第四系全新统坡洪积

层（Q4&+W）、三叠系下统飞仙关组（Tif）及二叠系上统龙潭组（P21）地层。现分述

如下：

（1）第四系残坡积层（Q^+dl）：角砾粉质粘土，棕红色、灰黄色，稍湿、可

塑，局部含25〜40%左右的粉砂岩角砾，厚2〜5m,主要分布于区内缓坡段、山

脊平台及坡脚。

（2）第四系崩塌堆积层9产，碎石土，棕红色、灰黄色、稍湿，结构松散，

碎石含量55%,厚2〜8m,主要分布于BOI、B02、B03、B04崩塌堆积区。

（3）第四系坡洪积层

坡洪积层（Q4H+PD分为两个亚层：

角砾土：灰、灰黑、灰褐，含淤泥质，湿一饱和，松散，角砾含量在50〜60%

之间，砾经一般0.5〜1.5cm之间，局部含碎石，最大砾经在7cm以上，角砾、

碎石成分主要为砂岩、粉砂岩等，充填物为粉质粘土等，由于地下水的作用，粉

质粘土含量较多的部位呈软塑一软可塑状，主要分布于进口缓坡地带。

碎石土：成分以粉砂岩碎石夹砂、角砾组成，粉粘粒充填，棕红色、灰黄色，

结构松散，碎石含量50%,厚3〜8m,主要分布于区内冲沟沟内，主要分布于洞

身段及出口段。

（4）三叠系下统飞仙关组（If）：滨海、浅海相碎屑岩，主要由紫红色色、

黄绿色、灰绿色泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、细砂岩、砂岩组成。其下段厚度121〜

150m,一般135m从下至上岩性中细、粗、细的变化规律。下部50m左右为灰

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2工程概况

绿色粉砂质泥岩及绿色泥质粉砂岩，夹泥质灰岩薄层、条带及透镜体，含少量植

物碎屑；中部40m左右以绿色粉砂岩及细砂岩为主，局部夹泥质粉砂岩、含黄

铜矿细晶及球状钙质结核；上部45m左右以绿紫及紫绿色泥质粉砂岩为主，夹

粉砂岩及粉砂质泥岩。中、下部分界处见不稳定的鲍粒状灰岩或生物屑灰岩，厚

度1.0m左右。全段含腕足类舌形贝及瓣鲸类动物化石，其上段厚度110〜170m,

一般140m。以紫红色粉砂质泥岩、紫色粉砂岩及泥质粉砂岩为主，局部夹细砂

岩。富含蠕虫状方解石，顶、底部含瓣鲤类动物化石。

（5）二叠系下统龙潭组（P21）：一套以陆相为主的海陆交替相含煤沉积，主

要由灰色、棕红色色粘土岩、页岩、砂质页岩、细砂岩、粉砂岩及煤层岩组成，

厚度234〜299m,平均265m含煤20〜35层，一般25层左右，可采及局部可采

11层。本组厚度约165〜480m,岩层产状140〜145。/11。。

（6）地质构造

1）褶皱

隧址区位于盘南背斜南翼中部，区域上属于上扬子板块黔南坳陷六盘水断坳,

黔西南涡轮构造盘县褶断带的主干褶皱，为单斜构造。其地层总体走向北西西，

倾向南南西，倾角10。左右。

2）断层

隧址区共发育3条断层，其中大山隧道隧址区左侧距轴线1020m顺初发育

1条北北东一偏南方正断层（FQ）,距轴线150〜800m发育1条北东一南西向正

断层，西侧约52〜383m顺轴线发育1条北东一南西向正断层（Fw）,隧道区受

地质构造作用强烈，断层发育，岩体节理裂隙发育，对隧道围岩稳定性不利，但

断层并未直接穿越隧道。现分述如下：

F15断层位于小河边煤矿西部边界、烂泥箸煤矿东部边界，介于两煤矿之间。

断层总体走向北北东，倾向近东，倾角60〜70。。断层上盘地层为二叠系上统上

段和飞仙关组地层，断层下盘地层为二叠系上统下段地层，局部出露飞仙关组下

段地层。该断层向北向南延伸出井田外，落差80〜100m,断层破碎带宽约25〜

50m之间，最宽处为隧道进口段。

F16断层位于烂泥箸煤矿西部边界，发育于大山隧道东侧，其起始端距离大

山隧道进口约560m,终端距大山隧道仅150m。断层总体走向北东一南西，倾向

南东，近125〜150。，倾角60~80%断层上盘地层为二叠系上统上段和飞仙关

组下段地层，断层下盘地层为二叠系上统下段地层。北抵断层B5,总长约1600m,

盘间落差5〜10m左右，断层破碎带宽约1〜1.5m,破碎带多以断层角砾为主，

间夹碎石。

F17断层位于大山隧道西侧，断层总体走向北东一南西，倾向南东近125。，

第7页共231页

2工程概况

倾角70〜80。。断层上盘及下盘地层均为二叠系上统下段地层。该断层总长约

2300m,盘间落差20〜30m左右，断层破碎带宽约3〜5m,破碎带多以断层角砾

为主，间夹碎石。

2.1.2水文地质条件

(1)地表水

隧址区山高坡陡，且表土多为含角砾粉质粘土，大气降水迅速转为地表径流。

地表径流通过沟谷排泄，沟谷带多为含角砾碎石土，透水性较好，同时受断层影

响，洞身段裂隙较为发育，，地表易沿裂隙下渗补给地下水。隧址区地表水丰水

期在6-10月，其流量占全年径流量75%,而11月至次年5月七个月的径流量,

仅占全年径流量的25%,最大丰水月为7月，最枯月为3-4月，地表河流属雨源

型河流，其枯、洪流量变幅显示了山区河流暴涨暴落的特点，雨季河水猛涨、枯

季水位剧降，甚至近于干涸。隧址区内无大的河流，仅大山隧道洞身段卧落沟和

楚皮林沟见小溪流。据2013年10月5日调查测流，卧落沟水流量约5L/s,楚皮

林沟约1〜2L/s,据访问和洪水痕迹推测，洞身丰水期卧落沟流量达20-30L/S

以上，隧道出口田家冲汛期流量约5〜10L/S。综上所述，隧道区冲沟细沟等横向

沟较发育，枯季多为干沟，多均属雨水型，具山区易涨易落山溪水特点，枯、丰

期流量变化大。

(2)地下水

隧址区地下水受岩性、构造和地形地貌等因素控制，地下水的补给又与降雨

等密切相关。按地下水的赋存条件可分为松散堆积层孔隙水、碎屑岩风化裂隙水

两大类。

除煤窑采空区可能发生涌突水外，其余隧道段隧道开挖时地下水大多以线状

滴水、细股状渗水为主，局部可能会发生涌突水现象。只要采取有效的排水措施，

地下水对洞室开挖影响不大。

(3)隧道涌水量评价

本隧道左右侧均为低洼沟谷，高程低于隧道高程，不存在补给边界，基本无

补给条件，主要考虑隧道两侧进水。按地下径流模数法计算的隧道地下水径流量

为783.16m3/d；按降水入渗系数法计算的隧道地下水径流量为920.50m3/d；按水

动力学法计算的隧道地下水径流量804.12m3/do隧道分段正常涌水量预测见表2-

lo

本次选取地下水径流模数法计算结果作为全隧道正常涌水量的推荐值，即隧

道设计枯水期涌水量为783.16m3/d,隧道设计平水期涌水量(通过勘查区多年平

均降雨量的枯、平、丰雨量分配，平水期降雨量约为枯水期的3倍)为2349.480?4,

第8页共231页

2工程概况

隧道设计丰水期涌水量(通过勘查区多年平均降雨量的枯、平、丰雨量分配，丰水

期降雨量约为枯水期的4倍)为3132.64m3/d。

经计算分析，隧道开挖时地下水大多以渗滴水、线状及小股出水为主，局部

可能有淋雨状、大股状流水，如揭露大的裂隙，且其存在在小煤窑采空区(如

K36+396〜480,K36+813〜860)发生较大的涌突水危害的可能性，故穿越采空

区时需采取有效的排水措施，保证洞室开挖安全。另须注意的是破碎岩带当有股

状或淋雨状地下水流出，因岩体破碎岩体强度降低而对隧道围岩稳定的不利影响。

表2-1大山隧道分段正常涌水量预测表

K36+38K36+49

K35+967K36+199K36+795

0〜3〜

里程合计

K36+49K36+79

K36+199K36+380K37+163

35

砂质泥砂质泥砂质泥岩

泥质砂岩砂质泥岩

岩夹泥岩夹泥夹泥质砂

构造部位及岩性夹泥岩及夹泥质砂

质砂岩质砂岩岩及煤层

煤层石L1-I.

及煤层

隧道通过段长度L(km)0.2320.1810.1130.3020.3671.195

补给宽度(m)17001700170017001700

均衡面积

0.3540.1810.1130.3020.29

地下径流F(km2)

模数法地下水径流模

7.317.317.317.317.31

Q=86.4F数M(l/s,km2)

M小计水量

223.58114.3271.37190.74183.16783.16

(m3/d)

均衡面积

0.3540.1810.1130.3020.29

F(km2)

降水入渗降雨入渗系数

0.30.150.150.150.15

法a

Q=1000F多年平均降雨

1405.21405.21405.21405.21405.2

Xa/365量X(mm)

小计水量

408.86104.5265.26174.40167.47920.50

(m3/d)

水位标高(m)1786.91791.761794.461798.141802.71

渗透系数

0.350.20.20.20.2

k(m/d)

水动力学

含水层厚度

法1530505015

H(m)

Q=L.K.H2

影响半径

/2R394.18317.6317.60317.60317.60

R(m)

小计水量

23.17102.29177.71474.9526.0804.12

(m3/d)

第9页共231页

2工程概况

含水层疏干半

394.18317.60317.60317.60317.60

径R(m)

给水度H0.0150.0070.0070.0070.007

疏干水量掘进速度

22222

Q=p.R.S.v(m/d)

V水位降深

1530505015

S(m)

小计水量

177.38133.39222.32222.3266.70822.11

(m3/d)

2.1.3不良地质条件

(1)地质灾害

受煤层乱采掘影响，隧道K36+900左右后山斜坡顺崖发育崩塌3处，其中

偏左320m崩塌系由1#、12#两矿采掘所诱发，危岩带长约75m,高约40~50m,

厚约4〜6m,规模约1.7万方，崩落方向30。，目前约1.22万方已经崩落堆积于

斜坡中部原公路内侧，该崩塌距隧道轴线较远，无影响，危害性小；偏左50m崩

塌系由2#、3#两矿采掘所诱发，危岩带长约70m,高约40〜45m,厚约3〜5m,

规模约1.26万方，崩落方向10。，与隧道轴线方向几近平行，目前约1.0万方已

经崩落堆积于斜坡中部原公路内侧，该崩塌距离隧道近，但其距进口距离约220m,

且公路上方及下方斜坡较平缓，缓坡带长约65m,调查表明该崩塌崩落块径约

0.3〜0.5m,经计算其最远崩落距离约140m,亦即最远崩落距离在现公路附近，

故而该崩塌对线路有一定影响，危害性较小，危险性中等；偏右70m崩塌系由

4#—11#8处煤窑采掘所诱发，危岩带长约248m,高约40〜45m,厚约3〜5m,

规模约3.96万方，崩落方向30。，与隧道轴线方向小角度相较，目前约3.0万方

已经崩落堆积于斜坡中部原公路内侧，该崩塌距进口距离约240m,且公路上方

及下方斜坡较平缓，缓坡带长约65m,调查表明该崩塌崩落块径约0.3〜0.5m,

经计算其最远崩落距离约160m,亦即最远崩落至公路内侧，故而该崩塌对线路

有一定影响，但影响小，危害性较小，危险性中等。洞身段K36+600偏左发育崩

塌1处，此崩塌系因断层F16自其后缘通过所致，系表层崩滑，崩塌危岩带长约

60m,高约40〜50m,厚约2〜4m,规模约0.81万方，崩落方向260。，目前约

0.3万方崩落堆积于斜坡中下部，该崩塌距线路轴线350m,且在卧落沟的偏东

侧，故其对线路无影响，危害性小。综上，受采煤及断层影响，隧址区地质灾害

较为发育，但规模较小，同时离线路较远，对线路危害性小，危险性中等，建议

对其于公路内侧采取必要工程如拦石墙等进行防护。

(2)隧道含煤地层

大山隧道主要穿过的煤系地层为二叠系上统龙潭组，分布于洞身K36+000〜

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2工程概况

K37+060段。二叠系上统龙潭组为灰色、黄褐色粘土岩、页岩、砂质页岩、细砂

岩、粉砂岩及煤层组成，其含煤层约20〜35层，一般25层左右，煤层总厚度

21.21〜41.37m,平均31.19m,含煤系数为11.80%,其中隧址区可采煤层8层,

编号为3、5.2、7、9、12」、171、19、26,其厚度由分别为3.83m、4.24m、0.82m、

0.95m^1.12m、4.12m、3.95m、4.45m,总厚度22.37m。

2.2城关箸隧道工程概况

城关箸隧道位于贵州省盘县西冲镇，隧道进口位于城关箸村，设计起点里程

桩号K2+076,设计洞底标高1900.74m,隧道进洞口形式设计为削竹式；隧道出

口位于爬山村，设计终点位里程桩号K5+675,洞底标高1828.09m,出洞口形式

设计为削竹式；行驶方向主要纵坡为单向坡，坡度为-2.0%,隧道线型略呈直线

形，隧道洞内排水方式设计为中心排水。总体轴线方向165。，隧道全长3599m,

最大埋深281.41m,属深埋特长隧道。进口接拟建连接路基，出口接接拟建连接

路基。城关箸隧道位于贵州省盘县西冲镇，隧道进口位于城关箸村，设计起点里

程桩号K2+076,设计洞底标高1900.74m,隧道进洞口形式设计为削竹式；隧道

出口位于爬山村，设计终点位里程桩号K5+675,洞底标高1828.09m,出洞口形

式设计为削竹式；行驶方向主要纵坡为单向坡，坡度为-2.0%,隧道线型略呈直

线形，隧道洞内排水方式设计为中心排水。总体轴线方向165。,隧道全长3599m,

最大埋深281.41m,属深埋特长隧道。进口接拟建连接路基，出口接接拟建连接

路基。

2.2.1地质条件

（1）城关箸隧道所穿越的山体地形上为一呈北西〜南东走向展布的山体，

其山脊走向呈北西至南东走向，地形陡峭。隧道进口处地形较平缓，为地形坡度

仅9。的缓坡，表层为崩坡积碎石土覆盖，局部基岩出露；出口位于斜坡坡脚山间

洼地中，地形坡度仅4。，为坡洪积含碎石粉质粘土及碎石土覆盖。隧道穿越山脊

高耸，顶部最高高程为2169.67m,隧道出口沟床高程1825.70m,岭谷相对高差

达344m,属中山构造剥蚀地貌。

（2）根据区域地质资料及野外地质调查，隧址区出露地层复杂，主要有第

四系全新统崩坡积（Q4c+dl）、第四系全新统坡洪积（Q4dl+pl）及三叠系飞仙关

组、永宁镇组，二叠下统龙潭组地层。现由新到老分述如下。

（3）第四系（Q）

1）第四系全新统崩坡积（Q4c+dl）

碎石土：灰黄色、褐灰色及暗棕红色，结构松散；碎石成分主要为灰岩、泥

灰岩、粉砂岩、砂岩，次为白云岩、玄武岩，次棱角〜棱角状，多呈弱风化状;

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2工程概况

粒径大于20cm的块石占15〜25%,最大块径可达50cm,6~20cm的碎石占40~

50%,2~6cm的角砾占10〜15%,细角砾、岩屑及粉粘粒充填。主要分布于斜

坡下部及坡脚，厚度一般2〜5m。

块石土：褐灰色、褐黄色、暗棕红色，结构松散；块石成分主要为灰岩、泥

灰岩、粉砂岩，次为白云岩，次棱角〜棱角状，多呈弱风化状；粒径大于20cm

的块石占50〜65%,据地面调查，块石最大粒径可达1.2m以上，局部具架空现

象，6〜20cm的碎石占15〜25%,2〜6cm的角砾含量约占5~10%,细角砾、岩

屑及粉粘粒充填。主要分布于陡倾斜坡坡脚，厚度2〜10m。

2)第四系全新统坡洪积(Q4dl+pl)

碎石土：褐黄色、灰褐色，结构松散；碎石成分主要为灰岩、粉砂岩、石英

砂岩，次为玄武岩，次棱角〜棱角状，多呈弱风化状；粒径大于20cm的块石占

5〜15%,据地面调查，最大块径可达50cm,6~20cm的碎石占50〜60%,2~

6cm的角砾占10〜15%,粉质粘土及细角砾、岩屑充填，结构不均，局部为含碎

石粉质粘土。主要分布于隧道出口下方沟谷地带，厚度3〜8m不等。

(4)三叠系(T)

1)三叠系下统永宁镇组(Tlyn)

主要由灰、灰白色灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩与杂色泥岩不等厚互

层组成，石芽、溶沟及漏斗、落水洞等浅表岩溶强烈发育，中下部(K2+611〜

K2+821)为一层厚度约75m的灰黄色、紫色、棕红色泥岩(见照片2—1)。主要

分布在隧道进口至K3+642路段，厚度527〜911m。

2)三叠系下统飞仙关组(Tlf)

主要为黄绿、灰绿、紫红色粉砂质泥岩为主夹泥质粉砂岩、粉砂岩组成，中

上部夹1层中厚层状灰岩，底部为厚层状灰绿色粉砂岩。厚度288〜864m。

(5)二叠系(P)

上统龙潭组(P21)

为灰色、黄褐色泥岩质、页岩、细砂岩、粉砂岩及黑色煤层组成，主要分布

在隧道K5+100〜出口段。据地调和CCGSZK3钻孔接露(4层煤)、CCGSZK4

钻孔接露(1层煤)、SCGSZK3揭露(6层煤)洞底以上共有13层煤层，厚度在

0.2〜2.7m,可采煤主要有4〜6层。

2.2.2水文地质条件

(1)地表水

隧址区处珠江水系支流北盘江分水岭地带。山高坡陡，沟谷纵坡陡，大气降

水迅速转为地表径流，该区又是岩溶强烈发育区，石芽、溶沟及漏斗、落水洞甚

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2工程概况

至岩溶洼地发育，大气降水迅速沿溶蚀裂隙、漏斗、落水洞进入地下，因此，隧

址区地表径流少见，多为干沟，仅在暴雨季节方有地表径流。隧址区地表水丰水

期在6〜10月，其流量占全年径流量75%,而11月至次年5月七个月的径流量，

仅占全年径流量的25%,最大丰水月为7月，最枯月为3〜4月，地表河流属雨

源型河流，其枯、洪流量变幅显示了山区河流暴涨暴落特点，雨季河水猛涨、枯

季水位剧降，甚至近于干涸。

（2）地下水

隧址区地下水受岩性、构造和地形地貌等因素控制，地下水的补给又与降雨

等密切相关。按地下水的含水介质与赋存条件，隧道区可分为碳酸盐岩夹碎屑岩

裂隙溶洞水及碎屑岩裂隙水两大类。碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙溶洞水含水岩组为三

叠系下统永宁镇组（lyn）地层，碎屑岩裂隙水含水岩组为三叠系下统飞仙关组

（Tif）及二叠系上统龙潭组（P21）地层。另外，第四系松散堆积层孔隙水分布

于隧道进出口及隧道两侧低洼地带，为崩坡积、坡洪积碎石土构成。

2.2.3不良地质条件

隧道区不良地质主要有岩溶、地质灾害及采空区，现分述如下。

（1）岩溶

隧址区分布三叠系下统永宁镇组，岩性为灰岩、白云质灰岩、泥灰岩、白云

岩炭酸盐岩夹薄〜厚层泥岩。据地面调查，隧道区碳酸盐岩分布区石芽、溶沟（槽）、

漏斗、落水洞、溶隙、溶缝及岩溶洼地等浅表岩溶强烈发育，推测深部溶蚀裂隙、

溶隙发育，局部溶洞发育。隧道区岩溶属较强发育区，水的流动是岩溶发育的必

备条件，岩溶发育的垂直分带取决于水文地质的垂向分带。隧道虽为越岭隧道，

由于地形切割较强烈，隧道进口及两侧侵蚀基准面低于隧道区，岩溶发育和地下

水运动受隔水层和排泄基准面控制，地下水多具当地补给、就近排泄的特点，岩

溶地下水主要处于垂直渗入带〜季节交替带，部分洞段处于水平径流带。垂直循

环带溶蚀裂隙、溶隙、落水洞、竖井、溶洞发育，是大气降水补给地下水的良好

通道。根据1：20区域水文地质普查报告及本次调查，隧道区岩溶发育主要受构

造控制，即沿岩层走向发育为主，隧址区灰岩岩层走向与隧道轴线呈大角度相交，

局部近于正交，因此，隧址区岩溶水主要沿岩层走向运移、径流，于远处低洼沟

谷以泉的方式排泄，其中尤以灰岩与砂泥岩接触面（相对隔水层）最为发育，这

也是隧址区未见岩溶泉、暗河出露的原因。综上所述，本隧道碳酸盐岩分布区岩

溶发育，对本隧道有较大的影响。

（2）地质灾害

隧址区地质灾害仅发育一处滑坡（H1）,位于K5+060左50m处，为松散堆

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2工程概况

积层滑坡，滑坡纵长约50m、横宽约30m、平均厚度约5m,体积约7000m3,

为小型松散堆积层滑坡（见照片3—5、3-6）。目前该滑坡处于不稳定状态，

常有小规模滑动，前缘不断坍滑进入坡面冲沟，在暴雨的激发下近期