岩溶隧道及处理.ppt

1、a，1。隧道工程穿越岩溶地质地段的安全风险控制技术。王，中铁隧道集团副总工程师，一、二级。穿越岩溶地质地段的隧道工程具有危害大、防治难的特点，是当前隧道工程建设中尚未很好解决的难题。其主要表现是：施工中暴露岩溶时，可能会出现大量涌水泥浆或突水突泥，造成重大安全事故。轻度影响生态环境，如水土流失、地面沉降、地表和地下水径流分流，甚至引起生态环境变化；另一方面，也可能造成灾难性事故，给工程带来巨大的经济损失。为了保证隧道施工的顺利进行，关键是预防和控制隧道施工中的地质灾害。例如，塌方是制约隧道快速施工的最重要因素之一，而断层和岩溶是隧道开挖过程中最常见的不良地质现象，也是导致隧道塌方的“元凶”之一

2、。据不完全统计，断层、断层破碎带和岩溶陷落柱引起的隧道塌陷占塌陷总数的90%以上。可以说，隧道施工中发生的地质灾害几乎都与断层和岩溶有关。经过隧道建设者多年的努力，我国在处理极其复杂的岩溶地质隧道施工技术方面积累了丰富的经验，达到了世界先进水平。超前探测、帷幕灌浆、管棚预支、高压富水洞能量释放及减压、迂回绕行、过桥、防灾预警、救援逃生系统等“探”、“堵”、“排”、“穿”、“防”等综合施工技术手段和措施。大大提高了隧道施工中安全处理大规模岩溶的能力。根据“多源协调”原则，选择了一套有效的先进地质预报技术，在隧道开挖前查明隐伏断层和岩溶的规模、准确位置、充填性和连通性，并采取针对性的处理方案，不仅

3、避免了隧道塌方、突泥和突水的发生，而且显著加快了隧道施工进度，节约了工程建设成本，提高了项目的经济效益和社会效益。以岩溶地质隧道施工为例，探讨隧道工程穿越高压富水岩溶地质地段时施工安全风险控制的关键技术问题。a，6，1。岩溶地质和岩溶地区的工程地质问题，a，7，1。岩溶地质学，(1)定义岩溶是由地表水和地下水对可溶岩层的化学作用和机械破坏引起的各种地表和地下溶解现象的总称。地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和转化称为岩溶作用。岩溶是指岩溶作用以及由岩溶作用产生的地貌现象和水文地质现象的总和。注：可溶岩大致可分为以下三类：碳酸盐岩，如石灰岩、白云石、硅质石灰岩和泥灰岩；硫酸盐岩，如石膏、硬石膏和芒

4、硝；岩盐、钾盐等岩盐岩石。(2)岩溶结果各种奇特的地貌现象在地下和地表形成；地表岩溶包括：石牙、沟谷、石林、岩溶漏斗、峰林、峰丛、溶解洼地、孤峰和岩溶平原、盲谷、破碎河流、天坑等。地下岩溶主要是溶洞和地下河流。(2)形成特殊的水文地质现象。岩溶形成过程中的溶解机制非常复杂。地下水和地表水的溶解和沉淀、地表水的侵蚀、剥蚀和积聚、地下洞穴中高压空气的冲击和爆炸以及低压空气的吸收和侵蚀。地下机械侵蚀、地下水侵蚀和累积。重力塌陷、地下洞穴塌陷和堆积等。其中，地表和地下水的溶解是主要原因。在工程地质中，地下水对碳酸盐岩的溶解是主要因素。a，气候影响：它直接影响参与岩溶作用的水的溶解能力。它控制着岩溶发育

5、的类型、速度和规模。主要包括：温度、降雨量、降水的性质、降水的季节分布和蒸发量的变化。大气降水和气温的演变过程提供了水源和水流运动等梯度场。(一)、(十二)、(六)地貌条件是影响地下水循环交替条件的重要因素。区域控制地表水文网的发展特征控制着岩溶发育的总趋势。岩溶发育具有明显的叠加性，从流域到流域明显增强。岩溶发育受可溶岩分布、构造特征和构造线方向控制。13、(7)地质构造的影响，1)断层；断层构造破坏了岩层的完整性，断层带附近的岩石破碎，节理裂隙特别发育，非常有利于岩溶水的循环和溶解。岩溶通常沿着不同的断裂带发育。在正断层带中，岩溶通常很发育，在逆断层带中，岩溶一般不发育，通常上壁比下壁更发

6、育；岩溶在节理裂隙的交汇处或密集地带容易发育。a，14，2)折叠；褶皱轴岩溶一般发育，单斜地层岩溶一般沿层面发育。在不对称的地层褶皱中，陡翼发育缓慢。各种岩石赋存条件下的岩溶发育特征：当水平或缓倾斜赋存的可溶性岩石为不溶性岩石时，一般不发育岩溶；当下面的岩石不溶时，岩溶通常在接触面的上部发育。当上覆和下伏的陡可溶岩为不可溶岩时，岩溶在上下接触带发育。a、15、3)岩层组合特征的影响。(1)厚而纯的碳酸盐岩有利于岩溶的形成。溶解性差的碳酸盐岩不利于岩溶形成。碳酸盐岩与不溶性岩石混合。碳酸盐岩与不溶性岩石互层。稳定期：侵蚀基准面(地下水位置)稳定，岩溶发育为水平岩溶系统。(2)地壳上升：地下水下降

7、，侵蚀基准面下降；侧向岩溶较弱，岩溶主要垂直发育。地壳下降：地下水循环交替良好，岩溶减弱。它可能导致垂直和水平方向上的岩溶叠加，这是复杂的。岩溶发育的三个阶段1)形成阶段：只要洞穴发育的四个基本条件得到满足，洞穴就可以开始形成。该洞穴形成初期，洞穴空间一般较小，多为孔隙形式，人不能进入，主要表现为溶解。2)发展阶段：随着洞穴发育所涉及的水流速度和流速的增加，洞穴空间逐渐扩大，发展成为一定规模的以洞穴和地下河为主要特征的河道系统。3)衰退阶段：由于地壳抬升，洞穴逐渐脱离地下水位，进入渗流带，失去进一步发展的动力条件，主要表现为明显的崩塌现象，钟乳石大量次生化学沉积发育，洞穴空间逐渐缩小。(10)

8、岩溶地区的稳定性评价一般以地面塌陷或地面形成漏斗的数量为依据。极其稳定的区域：50年内没有出现塌陷或漏斗。稳定区：20-50年内只有一次崩塌或漏斗/千米。中等稳定断面：1-20年内只有一次崩塌或漏斗/千米。不稳定路段：每年1-5个塌陷或漏斗/公里。极其不稳定的部分：一年内5-10次坍塌或漏斗/千米。岩溶地区的工程地质问题。与岩溶有关的工程地质问题有：可溶性岩石强度降低对地基稳定性的影响。地表岩溶现象：溶沟、石芽、溶漏斗等。地下水的岩溶现象：溶洞、溶隙、地下河等。岩溶地区地下工程设施的安全性和稳定性。地下水开采对环境的影响岩溶对隧道的危害主要有四种类型：1)溶洞的存在使隧道全部或部分悬空，这将大

9、大降低隧道的安全性和可靠性；2)当岩溶水中CO3-等可溶性物质含量增加时，水循环会对隧道结构造成侵蚀，影响隧道的使用寿命；3)洞穴堆积物因其柔软性容易坍塌和下沉，改变洞穴周围的应力分布，影响隧道的结构稳定性；4)隧道内地下水流失导致隧道顶部地面岩溶塌陷，导致环境地质破坏，也导致隧道结构失稳。21世纪，随着西部大开发战略的启动，随着交通、水利水电、城市地铁和地下空间的开发利用，隧道建设技术取得了长足的进步，隧道工程的规模和数量也大幅增加。目前，中国是世界上隧道最多的国家，地质最复杂的国家，也是未来隧道发展最快的国家。随着隧道应用领域的不断扩大，也带来了新的地质问题。由于隧道长度、埋深等因素的影响

10、，地质条件变得更加复杂，隧道施工中遇到的问题也会相应增加。突泥、突水、滑坡等不可预测的地质灾害已成为困工程建设中的主要问题。就地质工程而言，地质条件和地质灾害的预测一直困扰着工程建设者，并往往成为大型工程项目中的一个重要而又困难的问题。地质灾害往往导致隧道建设严重受挫。即使工程规模小，地质条件差，施工技术措施不当，也将成为一项非常困难的工程。地质条件复杂、特殊、不确定。由于测量手段的限制，测量结果往往不能满足施工方案对地质条件的要求。为了避免工程建设过程中地质条件的突变造成的地质灾害，加强超前地质预报的研究越来越重要。先进的地质预测技术出现于上世纪中后期，是工程地质学的一个分支。自20世纪70

11、年代末以来，我国逐渐重视这方面的研究，并在隧道建设中发挥了重要作用。一、25、2、超前地质预测思想多源协同预测原理，岩溶地区突水预测是施工地质预测工作中一项非常困难的预测，主要是定量确定岩溶形态和分布；地下水径流路径和运动方式难以确定，地下水储量和运动状态参数难以获取。因此，这一直是国内外建筑地质预测的重点研究课题。目前，地质预测方法主要是单一的手段，将孤立的探测结果与预报员的经验判断相结合，在复杂地质条件下局限性大，预测效果差。近年来，随着预测工程实践的增多和经验的积累，人们逐渐认识到隧道施工的地质预测需要多种手段检测方法的支持，各种手段的检测信息相互印证，取长补短，各种物探钻探检测技术应运

12、而生。然而，经验判断仍然用于预测方法，导致预测水平差距很大。因此，有必要研究预测理论与预测方法相结合的载体。近年来发展起来的多源协同预测思想以及相应的预测信息提取和处理技术为实现这一目标提供了一条途径。岩溶的发育和分布与可溶岩的分布和纯度、可溶岩与不可溶岩的接触关系、地质构造的发育和分布以及地下水的动态条件(包括溶解、溶解、冲刷能力、赋存和运移规律)密切相关。因此，它无疑将起到一种即时通讯的作用根据“物探先行、钻探验证、边探边掘”的原则，采用多源协同预测技术，地质填图与物探和隧道钻探相结合，对开挖面前方的断层、节理裂隙、破碎带、接触带、地层含水量、地应力状态、岩性和围岩级别进行预测。为了保证预

13、测的准确性，采用了长度与长度相结合、上下比较、定性与定量相结合的方法。采用支护技术进行地面和洞内工程地质和水文地质调查，结合勘察设计资料制定预测分类管理标准，划分重点不良地质地段；重点预测断面采用宏观控制预测、精确预测和验证预测三级预测方法，确保施工安全。a，29，(2)建议用TSP203探测地质构造(断层、节理、裂隙)，直流电法探测地下水，RPD-150C钻机和YT-28风钻在物探异常区进行长短联合钻探，进行地质验证。(1)隧道施工全断面进行工作面地质素描预测，根据开挖断面围岩的工程地质和水文地质特征对预测结果进行验证，并提出是否修改预测方法和参数。对灌浆止水方案提出了建议。a，30，TSP

14、203，直流电法仪器超前地质预报。每开挖100米，用TSP203和YDZ直流电法仪预测中长距离开挖方向。TSP203对直地质界面(断层、节理、裂隙)的空间位置具有良好的探测效果，准确率约为80%，隧道轴向探测范围可达100米，横向探测范围为40-50米。直流电法对地下水探测效果好，有效探测距离一般小于85m。先进的地质钻探方法是迄今为止最直接、最可靠的地质预测方法。隧道施工穿越岩溶和断层破碎带时，采用RPD-150C钻机和钢丝绳取芯法，提前钻好每个开挖段(约30m)，开挖方向钻30 50m。钻机适用于不同地层的岩心取样。任何地层的取样作业都可以用一个取样器完成；钻井和取芯比普通钻机快5-6倍；

15、取芯时无需拔出钻杆，可起到套管的作用，防止井壁坍塌；取样可以在垂直和水平方向进行。施工时，结合超前探测结果的异常地段，增加钻孔。YT28钻机用于5米长的常规钻井。在孔体前方进行全方位空间勘探，勘探孔呈放射状排列。a，32，其他预测，a)调查断层破碎带的形状，b)监测隧道两侧1.5公里处与居民生活和生产密切相关的泉水和井水。c)、实时监测涌水量动态。d)当开挖面前方自重应力接近或等于岩爆临界应力值时，应对前方围岩的原岩应力进行测试，并对岩爆进行评价。A、33、(3)信息收集和整理地质预报由专业地质工程师负责，由专职地质队和其他施工及质检人员配合，对信息预报结果进行数据收集、统计、分析和汇编，并报

16、设计和监理单位。(2)不断总结经验，将揭示的实际地质情况与前期地质预报内容进行对比，评价预报的准确性，为今后的超前预报工作积累经验。a，34，III。岩溶高危隧道防塌防突技术，a，35，1。隧道突水突泥判断标准。根据充分理由法则，形成远交必须同时满足以下三个条件查明地质情况，确定必要条件，“离开石门，锁定出口，控制处理”是消除突出的充分条件。a，36，2。将地质预测纳入过程管理，突出往往与匆忙有关，在短时间内释放出巨大的能量，现场施工人员避免了这种情况，先脱衣服，后剥皮，形成悲剧。防突必须杜绝碰撞和冒进，超前地质预报是基本手段。在施工现场成立专家组，共同解决地质预测的关键问题和严重的技术问题，按照“先物探、后钻、先探后掘”的原则组织施工。隧