第48卷第1期中南大学学报(自然科学版) V ol.48No.1 2017年1月Journal of Central South University (Science and Technology)Jan. 2017 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2017.01.028
尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析
袁永才1，李术才1，李利平1，张乾青1，孙柏林2，石少帅1
(1. 山东大学岩土与结构工程研究中心，山东济南，250061；
2. 湖北省保宜高速公路建设指挥部，湖北宜昌，444200)
摘要：通过采用长期预报和短期预报相结合的方式，准确预报尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源的规模与空间位置，结合超前钻探建立综合超前预报体系。针对发生的3次突水突泥灾害，通过现场踏勘和水文地质分析，查明突水突泥伴生灾害源的来源，揭示尚家湾隧道突涌灾害源的赋存特征、致灾模式及其致灾机理，提出突涌灾害是由压力水、泥砂相结合的伴生灾害源和突涌通道2部分组成，伴生灾害源是内在源动力，突涌通道是灾害源的优势运移路径。同时，建立集内外结合(隧道内部揭露围岩与地表环境)、综合预报、“循环推进，交叉评价”、动态补探、综合治理相结合的伴生灾害源探测及防治技术，提出相应的治理原则、治理方案及后续施工的预防措施。
关键词：岩溶隧道；突水突泥；灾害源；综合预报
中图分类号：U452 文献标志码：A 文章编号：1672?7207(2017)01?0203?09
Comprehensive analysis on disaster associated by water inrush and
mud gushing in Shangjiawan karst tunnel
YUAN Yongcai1, LI Shucai1, LI Liping1, ZHANG Qianqing1, SUN Bolin2, SHI Shaoshuai1
(1. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China;
2. Baoyi Expressway Construction Headquarters of Hubei Province, Yichang 444200, China)
Abstract: By combining the application of long-term prediction and short-term prediction in the Shangjiawan Tunnel, the spatial scale and location of associated disaster sources were accurately predicted. A comprehensive prediction system based on advanced drilling results was established. For the three occurring water inrush disasters, detailed hydrogeology analysis and site survey were carried out to identify the source of inrush water, and the distribution and occurrence characteristics of inrush disaster sources and their inrush mode were successfully revealed. The water inrush disaster was composed of associated disaster sources and inrush channel. Associated disaster sources were the source of power and inrush channel was the dominant migration path of disaster source. Furthermore, a set of associated disaster sources detection and prevention technology were established including the internal and external integration (combined the exposing situation of tunnel surrounding rock and the external environment of tunnel site), comprehensive prediction, cycle forward, cross-evaluation, dynamic detection and comprehensive treatment. The corresponding treatment principles, treatment scheme and preventive measures of the subsequent construction aiming at inrush disasters were presented.
Key words: karst tunnel; water inrush and mud gushing; disaster sources; comprehensive prediction;
收稿日期：2016?01?24；修回日期：2016?03?18
基金项目(Foundation item)：国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2013CB036000)；国家自然科学基金重点资助项目(51139004)；国家自然科学基金面上资助项目(51479106) (Project(2013CB036000) supported by the National Basic Research Development Program (973 Program) of China; Project(51139004) supported by the Key Program of the National Natural Science Foundation of China; Project(51479106) supported by the General Program of the National Natural Science Foundation of China)
通信作者：袁永才，博士研究生，从事地质灾害超前预报与防治研究；E-mail: yuanyc924@https://www.doczj.com/doc/e611202112.html,
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随着水利水电工程、交通工程等国家基础设施工程建设的不断推进，在岩溶山区尤其在西部岩溶山区将产生数量众多的深长岩溶隧道[1]。突水突泥成为岩溶隧道主要灾害地质灾害之一，随着隧道和地下工程规模的不断扩大，突水突泥灾害日益严重[2?3]。隧道工程中发生突涌灾害的基本条件为：充足的水源(部分含有泥砂)，水源与隧道间形成了顺畅的运移通道。白明洲等[4]基于齐岳山隧道，立足于研究岩溶形成控制性因素，分析了岩溶突水发生发展的规律，为后期隧道施工提供了指导；李晓昭等[5]研究了导致突水事故发生的断层变形活化机制，得到突水与断层活化之间的时空效应特征；杨兵[6]基于马鹿箐隧道发生的突水灾害，通过采用水文地质分析方式查明了发生突水灾害时水的来源。近年来，研究者针对岩溶隧道突水突泥机制进行了大量研究，李围[7]通过识别突水通道的形成特点，研究了突水通道的形成过程和隧道突水发生模式；GISBERT等[8]通过研究隧址区水文地质特征及降雨对突水灾害的影响，得到优势运移路径的判识方法；COLI等[9]研究了岩体的渗透性、表征单元和非连续性，总结了隧道涌水量估算方法。近几年人们关于岩溶隧道突水突泥灾害的研究主要集中在对岩溶隧道突涌灾害的风险评价[10?12]、超前地质预报[13?15]、隧道突涌灾害治理[16?18]等方面，而针对发生突涌灾害时伴生灾害源方面研究甚少，在综合考虑外部环境与隧址区岩溶地质方面未进行细致研究，缺少一种集内外结合(内部隧道施工揭露地质与外部隧址区环境)、综合预报、“循环推进，交叉评价”、动态补探、综合治理相结合的突水突泥伴生灾害源探测及防治技术。为此，本文作者通过对保宜(保康—宜昌)高速公路尚家湾隧道工程地质资料进行分析，采用综合超前地质预报的方法准确预测了伴生灾害源空间位置，经过现场踏勘，查明突涌水的来源及汇集方式；同时，阐述灾害源的赋存特征与突涌模式，分析突涌水发生机理；针对尚家湾隧道突水突泥灾害，建立集内外结合(隧道内部施工揭露围岩与地表环境)、综合预报、“循环推进，交叉评价”、动态补探、综合治理相结合的突水突泥伴生灾害源探测及防治技术，提出合理的治理建议和预防措施，以便为今后类似工程灾害提供借鉴。
1工程概况
尚家湾隧道为保宜高速公路襄阳段中的一座分离式隧道，左线长3 865 m，右线长3 859 m。隧道硐身地层为上白垩系罗镜滩组石灰质砾岩，地表岩溶发育，分布大量的洼地、落水洞、漏斗，大气降水直接通过落水洞、漏斗灌入地下，并通过地下河流向深切河谷，为典型强岩溶隧道，施工风险极大。
隧址区断裂构造发育，存在主体构造规模巨大的通城河断裂带。该断裂带始于后坪，经马良、通城河向南延伸，基本与通城河相伴平行展布，系由一组宽为1~2 km的断裂带组成。地貌上沿断裂带普遍见由远安地堑所形成的负地形，断裂沿线断层陡崖和断层三角面发育，断层显示上盘下降的正断层，断层倾向东或北东。
隧址区还发育北东向曾家沟断裂、尚家湾断裂，北西向的任家沟断裂。其中，主要影响隧道的断裂为尚家湾断裂，如图1所示。
2综合超前预报
传统的超前地质预报技术单一，难以准确预报隧道掌子面前方灾害源，同时未形成长期与短期相结合的综合预报技术体系。对此，尚家湾隧道在施工过程中采用长期超前预报(tunnel seismic prediction，TSP)与短期超前预报(地质雷达)相结合的方法，同时施作超前钻探真实有效的揭露危险灾害源，避免突涌灾害发生。
图1 尚家湾隧道地质剖面图
Fig. 1 Geological section of the Shangjiawan Tunnel
第1期 袁永才，等：尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析
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2.1 TSP 探测
TSP 是基于TSP win 软件，通过对传感器接收的人造地震波信号进行处理，记录隧道前方不同岩体级别的P 波和S 波。TSP203 plus 确定掌子面前方围岩波速的理论和数据处理过程，以及波场分离、侧向回波滤处，具体参见文献[19?21]。同时计算预报范围内岩石的力学参数、波速、泊松比、弹性模量、抗压强度等[19?21]。
设R 为地震波在岩层波阻抗面上的反射系数，A r 和A f 分别为入射波和反射波的振幅，1ρ和2ρ分别为介质的密度，v 1和v 2为地震波在介质中的传播速度，则反射系数可表示为
2211
2211
v v R v v ρρρρ-=
+ (1)
反射波振幅表示为
f r A RA = (2)
地震波以P 波和S 波的形式进行反射，其在均匀介质中的传播速度可表示为
P S v v ?=??
=?? (3)
式中：v P 为P 波波速；v S 为S 波波速；E 为传播介质的压缩模量；G 为传播介质的剪切模量。
据此，反射波振幅越大，反射系数和波阻抗的差别越大，岩性差异也越大；若P 波波速下降，则裂隙密度或空隙度增加。
2013?05?18，地质预报单位采用最新型号的隧道地质超前预报系统(TSP203 plus)对保宜高速公路尚家湾隧道进口段左线进行了超前地质预报，预报里程桩号为ZK64+855~ZK64+980。在成果解译中，以反射层提取图以及岩石物性参数等一系列成果进行解译，结合式(1)~(3)的分析结果，并遵循以下准则：
1) 在硬岩地层中呈现正反射振幅，在软岩地层中呈现负反射振幅；
2) 饱水岩层中，S 波的反射强度比P 波的反射强度强；
3) 在赋存流体区域内，v P /v S 和泊松比δ会突然 增大；
4) 某一区域内岩体裂隙增多，岩体呈破碎状，则v p 降低。
利用TSP win 软件对采集的数据进行处理，获得反射层提取图以及岩石物性参数等一系列成果，如图
2和图3所示。
通过对成果解译可知：ZK64+910~916范围内围岩泊松比增大，反射层提取图中负反射强烈，同时P
图2 反射层提取图
Fig. 2 Reflector extraction diagram
(a) 速度；(b) v p /v s ；(c) 泊松比；(d) 密度；
(e) 动态弹性模量；(f) 静态弹性模量
图3 岩石物性参数
Fig. 3 Physical properties of rock mass
波波速下降，且S 波的反射强度比P 波的反射强度强，由此表明该范围内围岩节理裂隙发育，岩体间赋存裂隙水，充填物丰富。ZK64+916~946范围内地震波在围岩中传播时的波速显著下降，反射层提取图中负反射强烈。特别是在ZK64+916~926范围内密度也出现
显著降低，
v P 降低，表明该范围内围岩风化程度较高，含水量较高，且蚀变软弱结构面发育。 2.2 超前钻探
针对现场施工揭露围岩岩体裂隙水逐渐增多现
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象，结合前期TSP预报结果，为防止大型突水事故的
发生，2013?05?31对尚家湾隧道进口左线ZK64+916掌子面开展了一次短距离超前钻探工作。现场布设3个钻孔，钻孔位置布设于掌子面中部及两侧，如图4所示，距离地面约1.2 m处，每根钻杆长度为1 m。
图4 钻孔布设示意图
Fig. 4Distribution of drill holes (P1, P2, P3) on tunnel face
根据现场钻杆钻进记录情况可得：钻至ZK64+ 918~920时，钻探声音较小，钻进速度较快，且钻杆存在突进现象，掌子面有水流出，推测此段围岩较破碎，可能存在含水溶腔；钻至ZK64+920~922时，钻探声音小，钻探速度快，钻进过程中钻杆出现多次明显突进，钻孔流水继续增大，推测此段围岩可能存在含水夹泥溶腔，岩体破碎。
各钻孔内钻杆的钻进时间记录如图5所示。其中在ZK64+919~920段，流出水量最大，存在突水现象，如图6所示。
1—P1；2—P2；3—P3。
图5 钻进时间记录
Fig. 5Time records of advanced drilling
图6 钻孔突水
Fig. 6Phenomenon of water inrush from drill hole
2.3地质雷达探测
2013?05?31 T01:00，尚家湾隧道施工至ZK64+ 918时，掌子面施作炮孔钻探过程中，左侧拱肩处炮孔发生涌水，水质浑浊，水压达2 MPa，涌水量约为200 m3/h。为准确探清掌子面前方是否存在大型岩溶含水构造，对ZK64+918掌子面开展了一次短距离地质雷达超前探测。
1) 雷达测线布置。地质雷达天线频率为100 MHz，采集样本点为512。测线布置如图7所示。
图7 地质雷达测线
Fig. 7 Survey line of geological radar
2) 探测分析。地质雷达探测范围为ZK64+918~ 938。根据雷达测试结果如图8所示：1) 左边墙后方3~6 m范围内，雷达信号反应强烈，且下方信号突然减弱，主频降低，同相轴出现异常，据此推测该处含水量较高，可能存在导水裂隙；2) 掌子面前方ZK64+ 922~ZK64+936段雷达反射信号反应强烈，下方信号逐渐减弱，同相轴出现不连续现象，波形出现反向位特征，据此表明该段围岩节理裂隙发育，含水量较高，根据隧道掌子面涌水情况，分析该处裂隙含水，且夹泥量较多。
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图8 地质雷达探测结果
Fig. 8Detection results of geological radar
同时，建议施工单位密切观察涌水情况：水质是否变清；水量是否逐渐减小；若出现强降雨，涌水量是否有增大趋势等信息。此外，施工单位应结合地质预报结果，进行超前水平钻探工作，查明左边墙及掌子面前方含水情况、涌水通道情况。探清该段地质情况后，再进行施工。
2.4开挖揭露
尚家湾隧道ZK64+920掌子面左侧溶洞高1.6~3.5 m，宽1.5~4.0 m，纵深达10 m，淤泥较厚，无明显出水口，内壁光滑；掌子面右侧溶洞高 1.6~3.5 m，宽1.5~4.0 m，纵深达30 m以上，水流一直向前延伸，但由于掉落石块堵塞通道，人员无法继续向前通行，洞内淤泥较多，内壁光滑，为常流水通道，ZK64+920处溶洞发育情况如图9所示。
同时揭露了尚家湾隧道右线YK64+957掌子面溶洞从左侧拱腰部位一直延伸至左线溶洞处。左右线溶洞揭露情况表明，此处为一大型岩溶管道。
(a) 隧道横断面图；(b) 平面图
图9 溶洞发育情况及其治理示意图
Fig. 9Diagrams of development situation and treatment of karst cave
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3突水突泥伴生灾害源
3.1突涌灾害简况
1) 第1次突水突泥。2013?06?04T09:30放炮结束，对掌子面检查，溶洞暴露，与之前估计位置基本相符，没有增加新的涌水点，继续进行出渣；13:05掌子面右下部出渣中有泥水流出，为新增涌水点，随即停止出渣，迅速通知洞内作业人员全部撤离，随即涌泥量增加，流速增大；13:12人员全部撤离出洞，涌泥同时迅速涌至洞口，涌泥涨落高度为30~60 cm，同时部分流入隧道两侧水沟中，通过之前在洞口埋设的直径为60 cm钢管排出；瞬间突水、突泥量达到7 700 m3，50 cm深的泥水顷刻间涌出洞口。
2013?06?07，洞内清淤后，对掌子面溶洞进行勘察，左线右侧溶洞内仍有大量的淤泥，水、泥夹杂砂粒往外流出。
2) 初步处置方案。结合溶洞情况，经建设单位、设计单位、监理单位、施工单位联合研究决定，对左线洞身两侧溶洞进行混凝土回填封堵，预留直径为10 cm钢管排水，引入隧道边沟，对ZK64+919~ZK64+923段拱底溶腔通道，采用C10混凝土进行回填封闭，溶洞段ZK64+919~ZK64+931原设计ST3复合衬砌，调整二衬厚度为50 cm，增设二衬钢筋。
3) 第2次突水突泥。2014?04?20T03:00尚家湾隧道进口左线ZK64+920处溶洞再次发生突水突泥，泥水从浆砌挡墙中间的预留排水管中喷出，水压较大，喷射距离达5 m，涌水较为浑浊，携带大量细质泥沙；2014?04?21水量有所增大，从溶洞顶侧壁边喷出；2014?04?22水量有所减小；2014?04?23T21:00，大量泥沙及涌水从溶洞底部涌出，泥沙堵塞隧道路面，厚度达1 m左右；2014?04?24泥水从溶洞底部预留排水管中排出，水量较小。
4) 第3次突水突泥。2014?08?24—2014?09?02，隧址区连续强降雨，导致尚家湾隧道ZK64+920处溶洞再次发生突水突泥事故。泥沙及涌水从溶洞底部涌出，泥沙堵塞隧道路面，厚度为1.0~1.2 m，泥水迅猛涌出，水压较高、流速较快，在隧道内形成小型水浪，迅速涌至隧道洞口，预先埋设的直径为60 cm排水管处于满管排水状态。
3.2伴生灾害源的赋存特征
通过对近50年100余例隧道突涌案例的统计分析，将突水突泥伴生灾害源划分为裂隙蓄水型、断层蓄水型、溶洞蓄水型、岩溶管道蓄水型和地下暗河蓄水型[2?3, 17, 22?28]。
尚家湾隧道地表岩溶发育，分布大量的洼地、落水洞、漏斗，大气降水直接通过落水洞、漏斗灌入地下，并通过地下河流向深切河谷，受北东向尚家湾断裂带影响，地下形成暗河与岩溶通道。隧道地貌区出露地层为白垩纪系紫褐红色厚层砂岩、砂砾岩、砾岩、泥岩、钙质泥灰岩。由于砾岩多为泥质胶结的石灰质砾岩，气候温和多雨有利于岩溶、垂直与水平管道发育，漏斗、溶洞、落水洞、地下河常连成一体。结合尚家湾隧道施工现场揭露情况可判定，此突涌灾害源为岩溶管道与地下暗河复合蓄水型。
隧址区发育的溶洞、岩溶管道及地下暗河，受施工开挖影响改变了其原有泥水流动方式，产生伴生突涌灾害。
3.3突涌灾害模式
突涌灾害是由伴生灾害源、突涌通道两部分组成。伴生灾害源主要为水与泥砂相伴而成，有压水裹挟泥砂喷涌而出，是内在源动力；隧道开挖扰动引起围岩应力重分布，改变了围岩应力状态和地下水的流动状态，打破了原有地表水下渗和地下水径流的通道，加速了水循环，揭露的岩溶管道成为最有利于水源运移的通道和路径，因此，突涌通道是灾害源的优势运移路径。
突涌灾害发生过程是含水介质系统、水动力系统以及围岩力学平衡状态因隧道开挖而发生急剧变化，存贮在地下的水体能量瞬间释放，以流体的形式携带泥砂、岩屑等高速地向开挖临空面内运移的一种动力破坏模式。其中，瞬间释放的水体裹挟泥砂、岩屑形成复杂介质的伴生灾害源，由伴生灾害源引发的灾害为伴生灾害。
3.4 突涌灾害机理
2013?05?31发生突涌灾害前2 d内曾出现强降雨，涌出泥砂中含有松子，推测该处突水涌泥水源的一部分来源于地表。2014?04?10—2014?04?19和2014?08?24—2014?09?02，尚家湾隧道隧址区均出现持续强降雨现象。3次突涌灾害都是发生在强降雨后，同时随着降雨结束，突涌水量减小，进一步说明突涌灾害源的一部分来源于地表。
从水文地质特征看：尚家湾隧道地下岩溶水系统主要以岩溶管道为储存空间和运移通道，接受大气降水补给，其补给方式为：大气降雨—岩溶洼地汇集—岩层间裂隙灌入—地下岩溶水体，且径流排泄畅通，流量季节性变化明显。同时，位于尚家湾断裂带地表处，存在一特大型洼地，降雨时，周围各处水流都汇聚于此，通过洼地补给地下径流，导致地下水流量大
第1期袁永才，等：尚家湾强岩溶隧道突水突泥伴生灾害源综合分析209
幅度增加。
外因则为尚家湾隧道的开挖扰动，隧道爆破开挖导致隔水阻泥层强度与整体性降低，打破了该处岩溶管道原有的流动模式，积蓄已久的泥水伴生灾害源发生能量释放，向隧道内运移造成突涌灾害。
4治理与预防措施
4.1治理
隧道工程中突遇岩溶管道时，常常采用引排水法、堵填法、跨越法、绕避法等对岩溶管道进行治理。治理过程遵循以下原则：1) 管道型突涌水治理与伴生裂隙涌水治理相结合；2) 治理过程中应特别注意生态环境保护，避免对地下水生态环境造成污染和危害；
3) 限量排放与跟踪监控相结合。
尚家湾隧道左线ZK64+920处岩溶管道水流主要来源于大气降水的汇集，持续强降雨水是导致隧道岩溶管道突水突泥的主要原因，属于季节性强补给型岩溶管道。
针对季节性强补给大型岩溶管道发生突水涌泥灾害时压力高，流量大，突水过程中夹杂大量泥砂、块石，容易形成成分复杂的伴生灾害源，且其水量补给广，与当地环境联系紧密的特点，采取引排为主，拦排结合的治理方案。
首先，保持利用好原岩溶管道的排泄管道，不能随意封堵。隧道采用跨越法穿过岩溶管道区，并在与岩溶管道相交的隧道底板处设置大孔径排泄管道，以维持原有岩溶地下水的流动方式。
其次，在隧道岩溶管道内设置缓冲层，拦截大粒径块石，防止引起排泄管道堵塞及地表塌陷，保证山岭隧道址区生态环境。
再次，岩溶管道与左、右隧洞相交处施作混凝土挡墙，使岩溶水不能通过下游管道流向左、右线洞内，减小岩溶水对隧洞的危害。
最后，采取岩溶管道防护层、结构保护层、初支加强层等综合措施治理。
对于地下水与地表水有直接水力联系的隧道，由于地下水水量及水压随降雨量变化，施工中应尽快将围岩自身承载力、初期支护和二次衬砌有机地结合起来，共同抵御水压，避免各工序间隔时间过长，造成单一支护方式抵抗水压。此外，当二次衬砌不能紧跟时，应考虑提高初期支护强度。
尚家湾隧道左线ZK64+920处岩溶管道的治理方案，如图9所示，其中：
1) 采用疏通方案，将溶腔内岩溶水引排至路基侧向盲沟内排出至洞外。
2) ZK64+917~931段由ST3b复合式衬砌调整为ST3a复合式衬砌。
3) 在ZK64+920路基两侧增设盲沟检查井，检查井需定期清淤。
4) 直径为30 cm排水钢管打孔段布置与衬砌拱脚处，打孔段长约1 m，孔径为4 cm，梅花形布置，打孔段钢管外裹350 g/m2无纺布。
4.2预防措施
1) 内外结合(隧道内围岩揭露情况与外部隧址区环境相结合)。在隧道施工过程中，动态分析围岩变化情况，根据地质勘查资料全面把握掌子面前方围岩可能存在的灾害源赋存环境。
2) 综合预报。在隧道开挖过程中，采用长期与短期相结合的综合物探技术进行连续超前地质预报。针对灾害源赋存明显区域开展超前钻探，提高灾害源辨识度。采用激发极化法和瞬变电磁法探测隧道前方含水构造的位置和规模，提高对含水体水量的辨识度。
3) 循环推进，交叉评价。仔细研究施工前方地质勘查资料，结合最新的超前物探资料，采用循环推进、交叉评价的层位及构造探控方式，进一步查明施工前方的地质构造情况，重点评价地质构造异常区、物探解释的灾害源赋存区，保证施工安全。
4) 动态补探。在发现灾害源赋存后，及时采取补探，以明确灾害源走势与规模。准确判定灾害源的三维空间位置，便于提前采取预防措施。
5) 综合治理。建立一套完整的灾害防治技术，针对发生的突涌灾害进行综合治理。
5结论
1) 尚家湾隧道突涌灾害源主要来自地表降水汇集，隧道施工开挖扰动和持续强降雨水是导致隧道岩溶管道发生突涌灾害的主要原因，属于季节性强补给型岩溶管道突涌灾害。
2) 揭示了尚家湾隧道突涌灾害源的赋存特征，同时提出了突涌灾害是由伴生灾害源、突涌通道两部分组成。伴生灾害源是内在源动力，突涌通道是灾害源的优势运移路径。
3) 施工采用的综合超前地质预报手段是可靠有效的，准确预报了灾害源的位置与走势。
4) 针对突涌灾害事故，提出了相应的治理原则、治理建议、治理方案及后续施工的预防措施。
中南大学学报(自然科学版) 第48卷210
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(编辑杨幼平)
改建铁路西安安康增建第二线XKS-1标隧道突水突泥 应 急 预 案 编制： 审核： 审批： 中铁电气化局西康二线 西铁工程项目五分部 2009年11月
目录 一、编制原则： (2) 二、应急策划 (2) (一)、工程概况及地质条件 (2) (二)、应急预案工作流程图 (4) (三)、突发事件风险分析和预防 (5) 1、突发事件、紧急情况及风险分析 (5) 2、突发事件及风险预防措施 (5) 4)、突水处理方案 (6) 5)、突水涌泥段处理方案 (6) (四)、应急资源分析 (7) 三、应急准备 (7) 1、机构与职责 (7) 2、应急资源 (9) 四、应急响应 (10) 五、突发事件应急预案 (11) 1、应急施工措施 (11) 2、指挥与控制： (12) 3、通讯 (13) 4、警戒与治安 (13) 5、人群疏散与安置 (13) 6、公共关系 (14) 六、现场恢复充分辩识 (14)
隧道突水突泥应急预案 一、编制原则： 应急预案的方针与原则坚持“安全第一，预防为主”、“保护人员安全优先，保护环境优先”的方针，贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。更好地适应法律和经济活动的要求；给企业员工的工作和施工场区周围居民提供更好更安全的环境；保证各种应急资源处于良好的备战状态；指导应急行动按计划有序地进行；防止因应急行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故的应急救援；有效地避免或降低人员伤亡和财产损失；帮助实现应急行动的快速、有序、高效；充分体现应急救援的“应急精神”。 二、应急策划 (一)、工程概况及地质条件 西康铁路增建二线秦岭翠华山特长隧道是本标段的控制性工程，也是西康二线全线的控制性工程。翠华山隧道位于陕西省西安市长安区。隧道为翻越翠华山的单线越岭隧道，位于秦岭北麓低中山区，平均海拔670～1400m，最高海拔为1440m。洞身地表起伏较大，地表自然坡度30°～40°，太峪以西多为基岩峭壁。分布有众多“V”型侵蚀谷，基本呈南北向展布，沟内长年流水。隧道起迄里程D1K65+807～D1K77+078,全长11271m，为单线隧道；洞内线路纵坡为单面上坡，线路坡依次为13.6‰，13.2‰，13.6‰，13.2‰；隧道洞身1155.76m及安康端洞口段1563m位于R－1600的曲线上，洞身其余部分位于直线上。隧道设有3座斜井，其中洋峪斜井长809m ,蛟峪斜井长1261m,太峪斜井长681m。 1、工程地质
壁板坡隧道岩溶富水地段施工的预防和控制 华铁咨询/德铁国际沪昆铁路客运专线云南段监理项目部：汪景勋 摘要：岩溶这种地质现象，由于其隐蔽性和不可预见性，在隧道施工中一直是个难题，虽然目前有多种预测预报方法，但准确率存在一定局限性。新建沪昆铁路客运专线（云南段）JL1标管段穿越岩溶地区，且岩溶发育强烈，富水量大，为确保施工安全和今后的运营安全，有针对性的研究制定隧道岩溶富水地段预防和控制方案，是我们监理和施工单位面临的重大课题。 引言：当隧道掘进时遇到有水溶洞、暗河，由于事先没有进行超前地质预测预报或预报有误，在施工过程中可能会发生突泥、突水，造成人员伤亡和财产损失。当隧道穿过有填充物的溶洞时，溶洞填充物由于自身稳定性极差，多会发生坍塌事故。当隧道底部有溶洞没有被发现，在施工或运行中由于重载施工机械、列车运行时常会发生塌陷。因此在岩溶隧道施工前，按照工程设计，编制有效的预防和控制方案，并严格规范和要求施工，就可以减少和避免灾害和事故带来的损失。 一、工程概况 壁板坡隧道全长14756m，是全线重难点、控制性工程和3座I 级风险隧道之一。该隧道为特长隧道，中心里程为DK985+035，起讫里程DK977+657～DK992+413，全长14756m,进口位于贵州盘县红果镇上纸厂村，出口位于云南省富源县后所镇三丘田村。进口合修、出口分修，分修起点为DK979+020，合修段长度1363m，分修段长度13393m。辅助坑导为贯通平导，长度14717m，平导进出口均设在左线左侧，分修段平导设于左右线之间。线路纵坡设计为“人”字坡，变坡点DK985+200，最大坡度25‰，最大埋深为735米，隧道洞身穿过地层岩性以砂泥岩、灰岩、白云岩、玄武岩、泥质白云岩和碎屑岩为主。设计隧道正常涌水量Q＝75700m[3]/d，雨洪期最大涌水量Q=184100m[3]/d。隧道不良地质现象主要有坍塌、岩溶、涌水、煤层瓦斯等。 二、岩溶地段施工的基本原则 根据沪昆铁路客运专线设计等级、工期要求和地质条件，首先应
?隧道/地下工程? 收稿日期:2006-08-29;修回日期:2007-05-02 复杂岩溶隧道充填型溶洞 综合处理技术 张 勇 (中铁十八局集团有限公司 天津 300222) 摘 要 隧道开挖穿越岩溶时,施工方案必须综合考虑安全、环境保护、运营安全、经济效益等因素,一次处理到位,提高结构可靠性,减少隧道病害。结合宜万铁路白云山隧道DK41+085溶洞的处理,重点对复杂岩溶隧道充填型溶洞的综合处理技术进行分析和探讨,以供同类工程借鉴和参考。关键词 遂道 溶洞 处理技术 中图分类号 U455.49 文献标识码 B 文章编号 1009-4539(2007)05-0030-03 Com prehen si ve Handli n g Techn i que of F illed 2karst Cave i n Com pli ca ted Karst Tunnel Zha ng Yong (China Rail w ay 18th Bureau Gr oup Co .,L td .,Tianjin 300222,China ) Abstract Constructi on safety,envir on ment p r otecti on,operati on safety,econom ic benefit and other fact ors should be comp rehensively taken int o account and well dealt with in ti m e when constructi on passes karst tunnel .Measures should be handled correctly t o i m p r ove structure reliability and reduce tunnel def or mati on .I n light of karst cave handling of DK41+085of the Baiyunshan Tunnel of Yichang 2W anzhou Rail w ay Pr oject,this article discusses and analyses comp rehensive han 2dling technique of filled 2karst cave in comp licated karst tunnel,and p resents reference f or si m ilar p r oject .Key words tunnel;karst cave;handling technique 1 工程概况 白云山隧道位于宜昌市点军区和长阳县高家堰 镇之间,属于宜万铁路重难点隧道之一,全长6827m ,其中DK40+550(进口)～DK41+255段为四线双跨连拱车站隧道,DK41+255～+DK41+437段为大跨双线车站隧道,DK41+437～+DK41+803段为燕尾式隧道,其余地段为单线隧道,右侧设长为6854m 的贯通平导。该隧道地质情况十分复杂,岩溶发育,溶洞、暗河、落水洞、漏斗及岩溶洼地等岩溶现象多见。隧道穿越天阳坪区域断裂,穿越纸厂湾、猴子洞、耗子洞等3个暗河系统,区内发 育5条断层,预测最大涌水量427314m 3 /d,正常涌 水量167354m 3 /d 。 2 岩溶形态 白云山隧道进口中导洞施工至DK41+085处时揭示一大型下部冲填溶洞,溶洞与线路轴线正交。溶腔呈楔形,下宽上窄,溶洞长25m ,横向宽约24m ,高约30m ,洞顶横向发育逐渐尖灭的溶蚀裂隙,下部延伸至隧道底部以下,溶腔内堆积有碎、块石夹软塑状黏土堆积物,堆积物表面潮湿,有水流痕迹。钻探资料显示,溶腔在隧道底部最深约10m 。 DK41+085～DK41+227段位于猴子洞和纸 厂湾暗河系统的近排泄口,有落步埫～纸厂湾、望洲坪～纸厂湾、猴子洞等岩溶管道汇往此处向排泄口排泄。竖向岩溶和水平岩溶成为岩溶水补给和径流通道,隧道处在岩溶水平管道的近上方,洞 3铁道建筑技术 RA I L WAY CON STRUC T I O N TECHNOLO GY 2007(5)
浅析岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势 发表时间：2017-08-25T11:57:44.647Z 来源：《基层建设》2017年第12期作者：杨宝良 [导读] 摘要：岩溶隧道的突水灾害特征非常显著，如流量较大，水压较高等等，属于多种类、强突发类型，具有极为复杂的灾害演变历程，目前仍不明确灾害动力失稳的规律问题。 云南云岭高速公路建设集团有限公司云南昆明 650000 摘要：岩溶隧道的突水灾害特征非常显著，如流量较大，水压较高等等，属于多种类、强突发类型，具有极为复杂的灾害演变历程，目前仍不明确灾害动力失稳的规律问题。本文浅要分析了岩溶隧道突水灾害的形成机理，对未来灾害研究的发展趋势者进行了重点剖析，以供借鉴和参考。 关键词：岩溶隧道；突水灾害；形成机理；发展趋势 1引言 本文以云南某高速公路隧道工程为例，该高速公路隧道的全长为20km，占总线路长度的30%左右，隧道的最大埋深为1800m，隧道最长的为5.2km。该高速公路隧道均处于崇山峻岭之中，地质条件极为复杂，且岩层多为岩溶地带，施工地带地应力较高，富水较强，岩溶性较强，因此，存在极为严重的突水灾害隐患，在岩溶隧道的建设过程中，其施工安全性令人堪忧。 2 力学判据与最小安全厚度的确定 隧道突水类型以隔水阻泥结构破坏模式为基础时，可划分成两种突水类型，即充填结构失稳突水类型，以及隔水岩体破裂突水类型。 2.1 隧道隔水岩体破裂突水类型分析 隧道的岩深区域，一般特征较为明显，如渗透压力强，岩溶性强，具有较高的地应力等等，如果岩体为裂隙，突水灾害的类型，主要体现为岩体的高压水力劈裂类型，此类型在高压裂隙水的作用之下，岩体裂隙进一步扩大化，逐渐贯通，最后出现破裂。这是形成突水通道的机制，对该类型突水的判据如以下公式所示： 2.1.2 双尖点突变模型分析 如隔水岩体具有极佳的隔水性能，则其渗流灾变的整个过程并不明显，而造成隔水岩体发生破断的关键等量关系，就是高水压这种关键性荷载，其他外力干扰因缘，如爆破和开挖等因素，则成为诱发的关键因素，该模型动力失稳的判断依据如下所示：
岩溶地段隧道处理措施 摘要：在岩溶地质隧道施工中,经常遇到涌水以及大小不同的溶洞影响工程施工问题,本文结合江西省万载至宜春高速公路XX隧道施工过程中的岩溶地质情况，重点探讨了隧道岩溶段断层破碎带、浅埋软弱围岩、隧道偏压、突泥涌水等常见问题采取的处理措施，简单介绍了规模较大溶洞及跨越溶洞区采取的处理措施。 关键词：岩溶地质、隧道、处理措施 岩溶是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用形成的地下溶蚀现象，不同的岩溶发育成不同的溶洞、裂隙等。岩溶地段隧道不良地质要素有断层地段、软弱围岩、突泥涌水、冲沟、溶洞及采空区等几个方面。 当隧道穿过可溶性岩层时，有的围岩破碎，容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当隧道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，形成“天窗”，隧道的初期支护压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。正确处理岩溶地质对隧道的施工具有重要意义。 1.超前地质预报 当地质纵断面图上标明前方有断裂破碎带时，采用TGP或TSP地质超前预报系统，用地震反射波法度前方150m范围内围岩情况进行预测。 通过超前预报，及时发现异常情况，预报掌子面前方不良地质体的位置、产状及其围岩结构的完整性与含水的可能性，为正确选择开挖断面、支护设计参数和优化施工方案提供依据，并为预防隧道涌水、突泥、突气等可能形成的灾害性事故及时提供信息，使工程单位提前做好施工准备，保证施工安全，同时还可节约大量资金。所以隧道地质超前预报对于安全科学施工、提高施工效率、缩短施工周期、避免事故损失、节约投资等意义重大，具有重大的社会效益和经济效益。 若围岩相当破碎时，采用超前探孔探明前面是否存在溶洞、冲沟等；然后结合超前地质预报资料，进行详细分析，制定相应的施工方案。 案例：XX隧道 XX隧道出口左洞开挖至ZK10+833处，掌子面拱腰左侧有一处溶洞，沿洞身纵向发育，溶洞有含泥流水，水流量较大，该处围岩埋深约31米。经对ZK10+833掌子面进行超前探孔，发现掌子面右侧
岩溶地段隧道施工技术措施 在施工岩溶地段前，必须根据设计文件的地质资料、超前预报资料和现场实际，查明岩溶分布范围、类型情况（大小、有无水，溶洞是否在继续发育、以及其填充物）、岩层的稳定程度和地下水流情况（有无长期补给来源、雨季水量有无增长）等，对岩溶裂隙地层较富水地段，采用注浆堵水、限量排放，分部开挖，及时封闭，加强量测，注意安全。对隧道穿越溶洞地段分别以引、堵、越等措施进行处理。 1.注浆堵水 采用综合超前地质预测与预报手段确定注浆地段，通过注浆封闭加固，提高岩体完整性使其成为具有一定承载能力的结构体，形成围岩注浆固结圈，以限制排水量，实现控制排放，并与喷锚支护一起共同保证施工期间洞室稳定及安全。 注浆方式采用超前预注浆、后注浆、局部注浆、补注浆四种形式。超前预注浆，每一循环长度30m，注浆加固范围为：正洞为衬砌轮廓线外5～8m；后注浆为开挖后全断面径向注浆加固支护；局部注浆分为：局部超前注浆、开挖后局部径向注浆等几种。根据超前地质预报探明的局部岩溶实际分布（定位、定量）或开挖后地下水渗流状态分别采用。补注浆为按上述三种注浆方式实施后，仍未达到设计要求时，根据实际情况选择上述注浆手段一种或多种补充注浆。 在注浆实施过程中，根据地质超前预报及揭示的地质信息。注浆工艺、注浆效果及浆液的可能性、结石强度、耐久性及注浆前、后承 压、水量变化特征等注浆施工资料和相关科研阶段成果适时对注浆方式、注浆范围、注浆标准、注浆材料等予以调整。 2.引、堵、越等技术措施 引排水:当溶洞有水流时,不得堵塞水流通道。查明水源流向及其与隧道位置的关系后,采用暗管、涵洞、盲沟等设施进行疏导。 堵填：对已停止发育、跨径较小、无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置关系及其填充情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭，根据地质情况决定是否需要加深边墙基础。拱部以上空洞采用喷锚支护加固，或加设护拱及拱顶回填的办法处理。该措施必须慎重选择。 跨越：当溶洞较大较深时，采用梁、拱跨越。但梁端或拱座应置于稳固可靠的基岩上，必要时用圬工加固。隧道在不同的部位遇到溶洞的跨越措施： 当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞，则加深该侧的边墙基础通过。
桐油山隧道K2+312~+332溶洞处理 内容摘要：本文介绍了桐油山双连拱隧道K2+312~+332溶洞处理方案及实施效果，总结了该溶洞处理的施工经验体会，可供今后类似情况下，予以借鉴、参考。 关键词：双连拱隧道溶洞处理钢支撑钢筋混凝土梁超前支护 桐油山隧道为广西壮族自治区柳州市南二环路新建的一座双连拱隧道，隧道全长465m，按新奥法原理进行设计施工。隧道内轮廓采用直中（边）墙三心圆形式；开挖断面宽度为27.66m~28.56m，高度为8.22m~8.92m；三车道路面（两条机动车道，一条非机动车道，路面净宽10.5m），单向分离式交通；中隔墙砼厚度为2m。隧道地处碳酸盐岩地区，埋深10~140m，施工中多次遭遇溶洞。其中，K2+312~+332处溶洞规模大，处理困难，对施工影响极大。根据隧道开挖揭露的溶洞规模、地下水及充填物情况、空间分布形态、与隧道的相对位置关系、溶洞自身的稳定性，综合采用超前支护、型钢支撑、隧底换填、钢筋砼梁（板）跨越的措施进行处理，确保了施工及结构安全，顺利地渡过了该溶洞段。 1.溶洞概况 桐油山隧道K2+195~+365为浅埋段，拱顶覆盖层厚度约为10~20m。覆盖层大部分为人工杂填土，拱顶岩层厚度约为0~1.5m，并已强风化成碎块状或砂屑。该段为桐油山隧道施工的关键难点部位，采用三导洞法分部扩挖施工，为了构筑中隔墙，首先开挖施工中导洞。中导洞宽为6m，高为5.15m（比正洞拱顶低3m），采用直边墙、圆弧拱断面，断面矢跨比为1/4（为了控制中隔墙顶部的超挖回填量，故采用较扁平的断面）。中导洞开挖至K2+312，整个断面岩性由白云质灰岩突变为粘土，沿岩土分界面有小股状渗水（水量 1
隧道中溶洞的处理方案： 溶洞是地表水和地下水对溶性岩层经过化学作用和机械破坏作用而形成的地下溶蚀现象。岩溶对隧道的影响主要表现为是结构物部分及全部悬空，降低隧道使用的可靠度；季节性的岩溶洞穴涌水，给隧道施工和体系带来不安全和不稳定因素；塌方冒顶是指隧道施工中，山体上部岩层自然塌落的现象。是隧道开挖施工后，原先平衡的山体压力遭到破坏而造成的。因此，制定合理、科学、有效的溶洞、塌方处理方案对隧道顺利穿越岩溶地段非常重要。根据隧道施工溶洞、塌方处理情况，介绍相关处理方案。 一、处理方案选择原则。（1）安全性。确保施工安全与运营安全，围岩累计变形量不大于10cm，衬砌完工后隧道不渗不漏。（2）可操作性强。要充分考虑现场机械装备状况和操作人员的技能水平，并尽可能降低施工难度。（3）灵活性好。根据断面形状和尺寸，因地制宜地选择施工方案，而不局限于一种固定的模式，一旦一种方案不能实时或实时效果差时，能较好地转换为替代方案。（4）具有可连续性。需兼顾溶洞段前后的施工方案的不同，能顺利地进行施工工艺、工序的转换。（5）经济性强。即在保证安全、质量并不破坏环境的条件下的投入最节约。（6）处理施工方案科学。首先保留并加固坍塌体，防止坍方扩大，然后施做套拱和超前大管棚，保证正洞开挖施工安全；管棚施做完成后挖除坍塌体，进入隧道正常开挖、支护工序，并对隧道基底进行注浆加固处理；溶洞段通过后，进行拱部坍腔回填处理。 二、处理方案 1、拱部以上（上导洞）空溶洞，采用泵送C25混凝土护拱，护拱厚度2米，以加强护拱，上空腔部分做排水处理（设置多根Φ100mm双壁波纹管，波纹管长度根据现场溶洞位置确定）。 2、掌子面锥形空腔处理：空腔临空面处理采用厚10cm喷射C20混凝土封闭，腔内采用泵送C25混凝土回填，厚度2m，环向拱脚至拱腰采用Φ50×4小导管（长度4.5m），1.5m×1.5m梅花形布置，并注水泥浆（水泥浆按实际施工工程
关于岩溶地段隧道工程施工处理方法的相关研究 【摘要】：由于岩溶地段的地质条件相对较为复杂，因此在岩溶地段进行隧道工程的施工会受到水害、洞害以及坍塌等多个方面因素的影响，如何针对这些因素进行相应的施工处理是相关领域的研究热点。鉴于此，本文分析了岩溶地段对隧道工程施工过程所带来的影响，并提出了一系列施工处理措施及其施工过程中的注意事项，希望能为岩溶地段隧道工程的施工过程提供指导和借鉴。 【关键词】：岩溶地段；隧道工程；施工处理技术 abstract: the construction of the tunnel project will be subject to water damage, hole harm and collapse of a number of factors, such as karst geological conditions of the lots are relatively complex in karst lot construction process, and how these factors are relatedhot research field. in view of this, the paper analyzes the impact of the karst lot of tunnel construction process, and proposed a series of construction measures in the construction process considerations, hoping for the karst lots tunnel engineering construction process to provide guidance and reference . key words: karst lot; tunnel project; construction treatment technology 中图分类号：u445.4 文献标识码：a文章编号：2095-2104（2013）对于岩溶地段而言，由于其形态百态，发育极为不规则，因而该
目录 1、编制依据 (1) 2、工程概况 (1) 3、变更原因 (1) 4、注浆目的 (1) 5、注浆方案 (1) 6、注浆施工准备 (2) 7、仰拱底部溶洞注浆设计 (5) 8、注浆工艺 (5) 9、质量保证措施 (9) 10、安全保证措施 (10)
太行山隧道出口仰拱底部溶洞注浆 施工方案 1、编制依据 1.1新建山西中南部铁路通道太行山隧道工程变更设计施工图纸。 1.2类似隧道注浆工程技术的类比。 1.3专家会会议纪要。 2、工程概况 太行山隧道出口工区位于河南省林州市姚村镇坟头村。隧道出口段左、右线位于R=3500的右偏缓和曲线上，左右线洞内曲线长度分别为497.46米，421.19米，其余为直线段，综合坡度-7.8‰。 出口工区下穿灰岩区，灰岩岩层较破碎，岩溶较发育，钻孔中可见溶洞、溶孔等现象。岩体破碎、裂隙发育，自稳能力差。 3、变更原因 实际开挖过程中，左、右线均多次出现溶腔，溶腔分布不均匀，分布在拱部、拱腰、边墙、隧底。2012年10月10至2012年10月26日出口右线隧道开挖过程中出现溶腔。由设计单位对DyK595+327～DyK 595+222段隧底重新进行勘察。 经勘查，DyK595+327～DyK 595+222段隧底出现异常，二次钻孔发现隧底有溶洞存在。 4、注浆目的 为了确保隧道通车安全，经四方研究决定对DyK595+220～DyK595+227、DyK595+227～DyK595+234、DyK595+236～DyK595+256、DyK595+287～DyK595+327段仰拱底部溶洞进行注浆加固处理。
5、注浆方案 5.1注浆加固范围 DyK595+220～DyK595+227段采用C25素混凝土换填结合注浆加固处理，注浆范围为仰拱底部溶洞换填下7.5m范围内 DyK595+227～DyK595+234、DyK595+236～DyK595+256、DyK595+287～DyK595+327段采用仰拱底部溶洞注浆加固处理，注浆范围为仰拱下8～10m范围内 5.2仰拱底部溶洞注浆孔布设如图1； 图1 5.3注浆材料采用普通水泥-水玻璃双液浆。 5.4注浆终压为1.5～2.0MPa。 6、注浆施工准备 6.1制做注浆钢管 注浆采用φ75×5mm钢管桩进行注浆加固，为方便现场施工，钢管
隧道岩溶突泥突水防治技术研究 发表时间：2018-01-25T13:35:43.113Z 来源：《防护工程》2017年第26期作者：赵耀 [导读] 由于在隧道施工中，岩溶发育的随意性、不可推测性，溶洞、溶腔走向的不可预见性，充填溶洞对物探手段存在一定的误导性。中铁十二局集团第二工程有限公司山西太原小店 030032 摘要：由于在隧道施工中，岩溶发育的随意性、不可推测性，溶洞、溶腔走向的不可预见性，充填溶洞对物探手段存在一定的误导性，钻孔揭示溶腔存在偶然性，施工中出现突水突泥现象为工程带来极大安全隐患。如何正确、综合的运用超前地质预报手段，摸清可能的岩溶发育情况，并对可能引发突水突泥的岩溶进行超前、综合防治，是保证隧道施工及运营安全的重中之重。 关键词：隧道岩溶；突泥突水；防治 赣州至龙岩铁路扩能改造工程中复隧道位于福建省西南部，该隧道出口段地势平缓，地表处于山谷地带，常年有径流，且水势较大。隧道出口段表层处于灰岩地段，底部为砂岩。勘察期间主要采取了EH-4、地震波等物探手段，并结合勘探钻孔进行了勘察。勘察资料揭示：DK188+600～DK189+060灰岩段埋深210～70m，洞身围岩为弱风化C2h灰岩。物探EH-4揭示洞身局部可能存在岩溶或裂隙发育区。钻孔揭示溶洞，洞高1.7-7.7m不等，灰岩顶面标高450m～390m不等，平均线岩溶率19.5%。 中复隧道出口地质纵断面图 地下水主要为基岩裂隙水和岩溶水，局部地段地下水发育，可能存在涌水、突泥现象。钻孔揭示地下水位多处于溶洞内，富集于破碎带，预测最大涌水量5805m3/d,属强富水区，易发生岩溶涌水、突泥突水, 含砾粘土、碎石土地层孔隙比较大，地表水下渗为地下水主要补给来源，地下水位及水量受大气降水影响较大，因地表水下渗，部分地段形成岩溶洼地。 中复隧道出口段在施工过程中，发生了3次较大突泥突水，分别在DK188+943、+889、+747揭示了三处较大规模的溶洞，发生涌泥涌水，其它段落亦揭示大小不等的溶洞，占用有效施工时间4.3个月。由于岩溶问题造成隧道一直处于不正常的施工状态，无法形成稳定的施工态势，给工期造成了很大的压力。 隧道岩溶突水突泥是指在隧道岩溶段掘进过程中出现的突发性涌水涌泥，突水突泥是由于隧道开挖中未进行超前地质预报，以致将溶洞隔水层挖穿，使溶腔内岩溶水涌进隧道，形成突水突泥；或是隧道靠近溶洞时，周围所留隔水层厚度和强度不能抵抗岩溶水压力，使隧道周边和前方被岩溶水鼓破形成突泥突水。突水水源和来水通道是形成突水突泥不可缺少的自然条件，另外不当的施工方法也可能导致突泥突水。 一、为顺利通过中复隧道灰岩段，综合采用TSP、地质雷达、超前水平探孔、加深炮孔及地质素描5种方法进行探测。并根据岩溶发育特点，重点探测拱部岩溶。 a、TSP203超前地质预报 TSP方法属于多波多分量高分辨率地震反射法。地震波在设计的震源点用小量炸药激发产生。当地震波遇到岩石波阻抗差异界面时，一部分地震信号反射回来，一部分信号透射进入前方介质。反射的地震信号将被高灵敏度的地震检波器接收。数据通过TSPwin软件处理，便可了解隧道工作面前方地质体的性质和位置及规模。 TSP203每次可探测100～350m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报（重叠部分不小于10m），每开挖100m预报一次，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。这种方法是对岩溶发育情况做长距离的预报。 b、地质雷达法 探地雷达利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线T送入地下，经地下地层或目的体反射后返回地面，为另一天线R所接收。检测方法是：在掌子面上布设测线，由天线向地层中发射一定强度的高频电磁波，电磁波在传播过程中遇到与周围电阻抗有差异的地层或目标体时，部分能量反射回来，被接收天线所接收，通过分析雷达图像特征，预测前方围岩情况。该方法分辨率较高，方向性较好，能够分辨出较小规模的地质异常，能及时预报出掌子面附近的破碎带、溶洞及赋水等不良地质情况。 地质雷达每次可探测20～25m，为提高预报准确度和精度，采取重叠式预报（重叠部分不小于5m)，每开挖20m预报一次，每次探测结果与开挖揭示情况对比分析。这种方法是对岩溶发育情况做中等距离的预报。 c、超前地质钻孔 超前地质钻孔是利用钻机在隧道开挖工作面进行钻探获取地质信息的一种超前地质预报方法。可对TSP203、地质雷达等手段探测到的不良地质进行可靠验证。在钻探过程中根据钻孔的钻碴、返碴颜色、钻进速度、跳钻、卡钻情况，以及水压、水量情况，判断前方地质情况，方法直接可靠。属于中等距离超前地质预报的一种，因其可以直观的揭示溶洞的位置及纵深方向的大小，是探测前方溶洞的主要依据。 d、加深炮孔 加深炮孔探测是利用风钻或凿岩台车等在隧道开挖工作面钻小孔径浅孔,获取地质信息的一种方法，适用于岩溶发育地区。加深炮孔属
溶洞处理措施 溶洞是以岩溶水的溶蚀作用为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而造成的基本水平方向延伸的通道。溶洞是岩溶现象的一种。 岩溶是指可溶性岩层，如石灰岩、白云岩、白云质灰岩、石膏、岩盐等，受水的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷穴、洼地等类现象和作用。我国石灰岩分布极广，常会遇到溶洞。因此，在这些地区修建隧道，必须予以注意。 一、溶洞的类型及对隧道施工的影响 溶洞一般有死、活、干、湿、大、小几种。死、干、小的溶洞比较容易处理，而活、湿、大的溶洞，处理方法则较为复杂。 当隧道穿过可溶性岩层时，有的溶洞岩质破碎，容易发生坍塌。有的溶洞位于隧道底部，充填物松软且深，使隧道基底难于处理。有时遇到填满饱含水份的充填物溶槽，当坑道掘进至其边缘时，含水充填物不断涌入坑道，难以遏止，甚至使地表开裂下沉，山体压力剧增。有时遇到大的水囊或暗河，岩溶水或泥砂夹水大量涌入隧道。有的溶洞、暗河迂回交错、分支错综复杂、范围宽广，处理十分困难。 二、隧道遇到溶洞的处理措施 （1）隧道通过岩溶区，应查明溶洞分布范围和类型，岩层的完整稳定程度、填充物和地下水情况，据以确定施工方法。对尚在发育或穿越暗河水囊等地质条件复杂的岩溶区，应查明情况审慎选定施工方案。对有可能发生突然大量涌水、流石流泥、崩坍落石等，必须事先制定措施，确保施工安全。（2）隧道穿过岩溶区，如岩层比较完整、稳定，溶洞已停止发育，有比较
坚实的填充，且地下水量小，可采用探孔或物探等方法，探明地质情况，如有变化便于采取相应的措施。如溶洞尚在发育或穿越暗河水囊等岩溶区时，则必须探明地下水量大小、水流方向等，先要解决施工中的排水问题，一般可采用平行导坑的施工方案，以超前钻探方法，向前掘进。当出现大量涌水、流石流泥、崩坍落石等情况时，平导可作为泄水通道，正洞堵 塞时也可利用平导在前方开辟掘进工作面，不致正洞停工。 （3）岩溶地段隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。①引 遇到暗河或溶洞有水流时，宜排不宜堵。应在查明水源流向及其与隧道位置的关系后，用暗管、涵洞、小桥等设施渲泄水流或开凿泄水洞将水排除洞外（图）。当岩溶水流的位置在隧道顶部或高于隧道顶部时，应在适当距离处，开凿引水斜洞（或引水槽）将水位降低到隧底标高以下，再行引排。当隧道设有平行导坑时，可将水引入平行导坑排出。 桥涵渲泄水流示意图 ②堵 对已停止发育、跨径较小，无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填封闭；或加深边墙基础，
隧道溶洞处理方案 [摘要]319国道柘村隧道溶洞处理方法及效果。 [关键词]：隧道溶洞处理方法 一、工程简介及溶洞现状 柘村隧道是319国道萍莲段改建工程项目两座隧道之一，位于萍乡市湘东区白竺乡柘村与莲花县六市探家坊之间交界处。隧道全长760m，起止桩号为k1010+390~k1011+150，直线隧道。隧道断面采用单心圆设计，净宽为10.8m，最大净高为7.42m，最大埋深168m，二级公路，双向两车道，路面宽9m。隧道从出口往进口采取单口掘进施工，I、II、III类围岩采取上下长台阶开挖施工，IV、V类围岩采取全断面施工，二衬采用全段面整体衬砌。施工到k1010+480附近时揭露出有较大的溶洞与隧道横穿。 该溶洞为充填性溶洞，无长流水，洞内水源主要为雨季地表塌陷区汇集水，填充物为粘土夹石或孤石。地表相对位置靠线路右侧为古塌陷区，塌陷影响面积已有500m2左右，塌陷中心在溶洞揭露后3个月内坍塌成为深约3m，直径4m 的坍孔。 经过物探和地质钻探后揭露该溶洞继续向左右两侧延伸发展，溶洞下填充物物探显示深达70米以上，钻探于15m全为粘土填充物，但局部地方有石笋出露。 二、处理思路和方法 根据溶洞现状，该溶洞洞体稳定，当地表采取注浆加固等防排水措施后，洞内充填物可维持现状，不会再出现流失。当充填物不流失，隧底可以采取软土地基加固的方法进行处理。软土地基处理方法分两部份，一为两侧边墙墙底基础加固，二为行车板下基础加固。边墙墙底基础加固采用桩基托梁的形式跨越溶洞，梁底桩基为高压旋喷桩，桩径为80cm，桩长为12m，每侧45根。边墙托梁设计为20m长，1.4m×1.0m的C25钢筋混凝土矩型梁，梁两头搭在基岩上不小于50cm。 行车道板基础加固采用复合地基加承载板，并对板下换填石渣进行注浆充填的形式跨越溶洞。复合地基旋喷桩桩径为120cm，桩长为9m，5排共60根。行车板设计为18m长50cm厚的C25钢筋混凝土板，板下换填石渣1m。
第20卷第1期 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 V ol.20N o.1 1999年3月 Journal of N orth China Institute of Water C onservancy and Hydroelectric P ower Mar.1999 文章编号:1002-5634(1999)01-0028-04 隧洞涌(突)水分析与防治Ξ 陈南祥1,杨素珍1,韩玉平2 (1.华北水利水电学院岩工系,河南郑州,450045;2.河南省电力勘测设计院,河南郑州,450007;) 摘 要:涌(突)水是隧洞施工中最常见的主要地质灾害问题之一.根据国内外大量隧洞工程实例,从岩性构 造条件、区域地下水赋存条件和水文气象条件等方面,分析了涌(突)水发生的一般规律,讨论了涌(突)水的分 类(暂时性涌水和永久性涌水)和预测方法,介绍了防治隧洞涌(突)水的工程措施,如灌浆法和冻结法等. 关 键 词:隧洞;涌水;防治措施 中图分类号:U455.49 文献标识码:A 涌(突)水问题是隧洞施工中最常见的主要地质灾害问题之一,也是隧洞运营中的主要病害.据粗略统计,我国1988年以前建成的铁路隧洞(道)有80%在施工中遇到涌水问题,而在运营过程中还有漏水、渗水病害的隧洞(道)约占30%左右[1].如我国大瑶山铁路隧道施工中的涌水问题.隧道全长14.295km,为国内第一长隧道,穿过的F9断层是区域性大断裂,宽度达465m,埋深650m左右,石灰岩受强烈挤压、切割,岩溶发育、富水,涌水量达0.324m3?s-1.在DK1994+698～776为断层泥带,其中部分地段围岩呈土状,含泥量多达70%,遇水后10min崩解软化成稀泥,给施工造成极大困难.从1986年9月至1987年4月,历时8个月通过F9断层,平均月进尺58.1m[2].因此,隧洞的水问题是广大地质、土木工作者关注的焦点之一.表1给出了国内外部分典型隧洞工程施工中发生涌水的实例. 表1 国内外隧洞施工中涌水情况统计表[2] 序号隧洞名称洞长/km 最大埋深/m地质情况最大涌水量/m3?s-1 1天生桥二级水电 站1号引水隧洞 9.70800.0 灰岩、白云质灰岩,多条断层与洞线相交,破碎 带层宽度5～15m,岩溶十分发育 1.50 2大瑶山铁路隧道14.30650.0灰岩,大断层与轴线相交,破碎带宽465m,岩 溶发育,富水 0.32 3花果山铁路隧道 3.7330.4花岗岩、闪长岩,三条断层通过并与300m外海子水库相通 4万之濑川2号引水隧洞 (日本) 3.27 砂岩、页岩、砂质页岩混合构成,构造发育,岩 性软弱破碎 0.24 5翁格林-莱腾抽水蓄能 电站引水系统(瑞典) 白云岩、硬石膏岩,岩性破碎 1.00 6塔拉弯灌溉隧洞(西班牙)31.90灰岩、白云岩、泥灰岩,岩溶发育0.30 7亚坎市灌溉隧洞(委内瑞拉)34.391277.0砂岩夹有页岩,构造发育,地质条件极大复杂0.30 8阿贝特马科输水隧洞(意 大利) 6.321200.0粘土片岩、灰岩、白云岩,断层发育0.02 3收稿日期:1998-10-27;修订日期:1998-12-29 基金项目:南水北调西线工程资助项目(9701) 作者简介:陈南祥(1958),男,江苏张家港人,华北水利水电学院岩工系副教授,硕士,从事水文地质研究
岩溶地区1：5万水文地质调查技术要求(岩溶所2008)
地质调查项目成果报告： 西南岩溶地区地下水与环境地质 调查综合研究成果报告 岩溶地区1：5万水文地质调查技术要求 中国地质科学院岩溶地质研究所 二00八年三月
地质调查项目成果报告： 西南岩溶地区地下水与环境地质 调查综合研究成果报告 岩溶地区1：5万水文地质调查技术要求 编写单位：中国地质科学院岩溶地质研究所 单位负责人：单海平 项目负责人：时坚 参加人员：蒋忠诚时坚裴建国程伯禹钱小锷曾华 烟王宇鄢毅王明章刘安云盛玉环谢运 球周立新 编写人：时坚蒋忠诚裴建国
目录 1 主题内容与适用范围 (1) 2 引用标准 (1) 3 总则 (1) 4 设计书的编制 (5) 5 岩溶地质条件和岩溶发育规律调查 (6) 6 岩溶水系统及水资源开发利用条件调查 (9) 7 水文地质调查精度要求 (17) 8 综合勘查技术手段 (19) 9 岩溶地下水资源评价 (30) 10 岩溶地区水文地质编图 (34) 11 资料整理与报告编制 (37) 后记 (45) 附录1 (47) 附录2 (60)
前言 为了落实中国地调局在新形势下以新的思路、方法、技术，详细开展西南岩溶地区水文地质调查的指示精神，地调局水环部于2002年初组织了由蒋忠诚、时坚、裴建国、程伯禹、钱小锷、曾华烟、王宇、鄢毅、王明章、刘安云、盛玉环、谢运球、周立新等专家和地调项目技术负责人组成的西南岩溶区地调综合组，并聘请袁道先院士为技术顾问，于2002年9月开始讨论编写“西南岩溶区水文地质调查技术要求（1：50000）”。根据讨论提纲，综合组人员分工组织编写，于2003年初完成手稿，2003年4月由综合组负责人蒋忠诚统稿完成初稿。 “西南岩溶区水文地质调查技术要求（1：50000）”初稿完成后，袁道先院士首先进行了修改，地调局水环部的殷跃平主任、文冬光处长也亲自进行了审改。然后，地调局水环部多次组织有关人员进行讨论，广泛征求各方面的意见，对本技术要求反复进行修改。2003年9月～10月组织有关知名专家对修改稿进行了函审。经修改完善后下发西南八省（区、市）地调院。 2004年由中国地质调查局下达的工作项目任务书，编号为总［2004］015－01。工作项目名称：地质调查技术标准研制、修订与升级。实施单位为天津地质矿产研究所。 项目总体目标任务： 针对地质调查实际工作需要，制定相关技术标准；结合技术进步，修订和完善部分原有技术标准，以满足地质调查工作的需要和发展。
一、应急预案的方针与原则 坚持“安全第一，预防为主”、“保护人员安全优先，保护环境优先” 的方针，贯彻“常备不懈、统一指挥、高效协调、持续改进”的原则。更好地适应法律和经济活动的要求；给作业区员工的工作和施工场区周围居民提供更好更安全的环境；保证各种应急资源处于良好的备战状态；指导应急行动按计划有序地进行；防止因应急行动组织不力或现场救援工作的无序和混乱而延误事故的应急救援；有效地避免或降低人员伤亡和财产损失；帮助实现应急行动的快速、有序、高效；充分体现应急救援的“应急 精神”。 二、应急预案工作流程图 根据本工程的特点及施工工艺的实际情况，认真的组织了对危险源和环境因素的识别和评价，特制定本工程发生紧急情况或事故的应急措施，开展应急知识教育和应急演练，提高现场操作人员应急能力，减少突发事件造成的损害和不良环境影响。其应急准备和响应工作程序见下图：
图1 应急准备和响应工作程序图 (三)、突发事件风险分析和预防 为确保正常施工，预防突发事件以及某些预想不到的、不可抗拒的事件发生，事前有充足的技术措施准备、抢险物资的储备，最大程度地减少人员伤亡、国家财产和经济损失，必须进行风险分析和预防。 1、突发事件预防措施 从风险情况的分析看，如果不采取相应有效的预防措施，不仅给施工造成很大影响，而且对施工人员的安全造成威胁。 1)项目部加大科研力度和资金投入，组织国内外高压水处理专家研究防治方案，项目作业队使用超前地质预报系统，探测地质情况。 2)施工前期和施工过程中详细了解工程的地形地质和水文地质情况，并密切注意地质条件的变化及地下水出水的迹象，发现异常情况及时采取措施。 3)加强超前地质探测和围岩监测，根据开挖面揭露的地质条件及对地下水的观察情况，对开挖面前方地下水的赋存情况做出详细准确的超前地下
不良地质地段隧道施工方案 1岩溶地段隧道施工方案及措施 （1）岩溶地段隧道施工技术对策措施 穿越岩溶地质区域的隧道，根据超前地质预报，确定岩溶地质水文、位置、形态及分布状况等，提出详细施工预案及对策，确保顺利通过岩溶地质地段。 （2）建立预测预报体系 进行隧道通过区域地表勘查，初步确定岩溶地质相对隧道可能存在的范围；利用超前预报了解地质情况，分析正洞岩溶存在的可能性。根据分析预测，雷达等超前地质预测预报手段，确定岩溶发育区域，探明溶洞水文地质状况及存在形式、大小、相对正洞存在的位置等，提出正洞底板加固预案和对策，为正洞底板整治提供科学依据。 （3）根据超前预报提供的地质资料，针对溶洞的发育情况分别采取不同的措施进行处理。 A 超前注浆 当通过钻孔预报的水量、水压很大，溶洞中的充填物为块、碎石、碎屑类松散体。此时采用一般注浆止水、加固地层。 B 长管棚注浆 当溶洞中充填大量流塑粘土，则采用长管棚，采用劈裂注浆固结法。 C 小导管注浆 对于小或少水、充填物为块石、碎石、碎屑类松散体，则采用小导管注浆；在采用以上超前注浆和长管棚注浆加固地层的效果欠佳段可采用小导管注浆补救。 D 溶洞内空洞和充填处理采用以下方法 隧道拱部的空洞视其稳定性、溶洞岩石破碎程度采用喷锚支护加固，加设护拱及拱顶回填的方法处理；对已停止发育、径跨较小、
无水的溶洞，可根据其与隧道相交的位置及填充情况，采用混凝土、浆砌片石回填封闭； 当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞时，可加深该侧基础通过；当隧道底有较大的溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑浆砌片石支墙，支承隧道结构，并在支墙内套设涵管引排溶洞水；当隧道边墙部遇到较大、较深的溶洞，可在边墙部位或隧底以下筑拱跨过；当隧道中部及底部遇有深狭的溶洞时，可加强两边墙基础，根据情况设置桥台、架梁通过；溶洞上下小且有部分充填物时，可将隧道顶部的充填物清除，然后在隧道底部标高以下设置钢筋混凝土横梁及纵梁，横梁两端嵌入岩层；如隧底遇充填物溶洞，规模不大，可采用换填局部充填物或设钢筋砼盖板通过，如规模较大可采用钻孔桩基础以桥式结构跨越。 （4）规模较大溶洞的处理方法 规模较大溶洞的处理时报请设计院，与设计院、业主、监理共同研究确定施工方案后，组织施工。 2软弱破碎围岩（含断层破碎带）地段施工方案及措施 采用TSP203、超前钻孔探测、地质雷达等超前地质预测预报手段了解工作面前方地质、地下水情况。采取有效的预防措施；软弱破碎围岩（含断层破碎带）地段隧道采用双侧壁导坑法或三台阶七步开挖法小进尺（循环进尺0.5～1.0m）开挖；采用大管棚、超前小导管注浆、钢架、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系，确保做到随挖随护、宁强勿弱、质量可靠、万无一失，并根据围岩量测结果，评价支护的可靠性和围岩的稳定状态，及时调整支护参数，确保施工安全；并根据监控量测结果确定二次衬砌施作时间，及早施作仰拱形成封闭结构。 按照“化大为小、短进尺、多循环、弱爆破、强支护、快衬砌”的原则；并严格按“先排管、后注浆、再开挖、注浆一段、开挖一段、