某鐵路復(fù)雜巖溶隧道地質(zhì)施工工作方法

2009年8月1日宜萬(wàn)鐵路復(fù)復(fù)雜巖溶隧隧道施工地質(zhì)工工作方法內(nèi)容提要宜萬(wàn)鐵路隧隧道概況隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況巖溶隧道施施工地質(zhì)工工作內(nèi)容巖溶隧道施施工地質(zhì)分分級(jí)和超前前預(yù)報(bào)分級(jí)級(jí)常用巖溶隧隧道地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)方法地質(zhì)預(yù)報(bào)技技術(shù)管理及及成果應(yīng)用用結(jié)語(yǔ)宜萬(wàn)鐵路隧隧道概況宜昌至萬(wàn)州州鐵路全長(zhǎng)長(zhǎng)377公里，共有有159座隧道（含含Ⅰ線和Ⅱ線），總長(zhǎng)長(zhǎng)338km，其中Ⅰ線有226km隧道,隧線比達(dá)60%。其地形、、地質(zhì)條件件之復(fù)雜集集西南山區(qū)區(qū)鐵路之大大成，建設(shè)設(shè)條件之艱艱、難、險(xiǎn)險(xiǎn)居我國(guó)鐵鐵路歷史之之最，特別別是長(zhǎng)大隧隧道穿越地地區(qū)巖溶發(fā)發(fā)育規(guī)模、、多樣性、、突水突泥泥的風(fēng)險(xiǎn)程程度及工程程處理難度度為國(guó)內(nèi)外外罕見，工工程之艱巨巨、施工風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)之大、、環(huán)境壓力力之突出均均屬于世界界級(jí)難題。。全線70%隧道位于巖巖溶發(fā)育區(qū)區(qū)，共有8座Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道道，26座Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道道。隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況--五爪觀隧道道五爪觀暗河河大廳段處處理工程照照片巖溶大廳寬寬120m，縱向長(zhǎng)71m，洞內(nèi)巖堆堆高聳，發(fā)發(fā)育有石筍筍、鐘乳石石等，水流流湍急，隧隧道洞身位位于暗河堆堆積層中。。隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況--五爪觀隧道道野三關(guān)隧道道I線全長(zhǎng)13833m，II線全長(zhǎng)13796m，為全線最最長(zhǎng)隧道，，最大埋深深684m，縱坡為人人字坡；在在DK125+100左側(cè)設(shè)置長(zhǎng)長(zhǎng)1844.5m的無(wú)軌運(yùn)輸輸斜井，出出口Ⅰ線左側(cè)設(shè)置置長(zhǎng)5250m的排水洞。。最大的問問題是通過(guò)過(guò)6條暗河，中中部發(fā)育一一大溶腔，，與3#暗河連通。。隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況—野三關(guān)隧道道隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況—野三關(guān)隧道道DK124+602溶腔段平面面示意圖溶腔涌出物物隧道巖溶發(fā)發(fā)育情況—大支坪隧道道大支坪隧道道全長(zhǎng)8775米，最大埋埋深495米，縱坡為為人字坡。。進(jìn)口段Ⅱ線右側(cè)設(shè)置置長(zhǎng)5900m的排水洞。。最復(fù)雜巖巖溶地質(zhì)地地段為DK132+990處大型充水水（泥）溶溶腔。隧道巖溶溶發(fā)育情情況—大支坪隧隧道DK132+990溶腔段平面示示意圖隧道巖溶發(fā)育育情況—大支坪隧道DK132＋990溶腔充填砂夾夾卵礫石隧道巖溶發(fā)育育情況—大支坪隧道2008年4月30日，該隧道進(jìn)進(jìn)口工區(qū)ⅡDK132＋914發(fā)生突水突泥泥，持續(xù)約10分鐘，突水7000m3，突泥至掌子子面后方約200m處，掌子面涌涌泥砂高度3m，涌泥砂量約約3000m3。馬鹿箐隧道全全長(zhǎng)7879m，最大埋深660m，15.3‰單面上坡。在在進(jìn)口Ⅱ線左側(cè)20m處設(shè)長(zhǎng)4695m的泄水洞。隧道巖溶發(fā)育育情況—馬鹿箐隧道馬鹿箐隧道1.21突水事故隧道巖溶發(fā)育育情況—馬鹿箐隧道溶腔縱向長(zhǎng)17～47m（Ⅰ線47m、Ⅱ線25m、泄水洞17m），橫向?qū)挻蟠笥?5m，向下發(fā)育至至隧底以下約約50m，向上發(fā)育至至拱頂以上25m，溶腔充填淤淤泥質(zhì)黏土夾夾塊石，碎石石。鏈接進(jìn)口涌水水錄像(03-1)馬鹿箐隧道進(jìn)進(jìn)口泄水洞5-10突水錄像.MPGPDK255+978大型富水充填填溶腔隧道巖溶發(fā)育育情況—馬鹿箐隧道馬鹿箐隧道曾曾發(fā)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，攜帶溶溶腔突出物主主要為塊石、、碎石及淤泥泥混合物，經(jīng)經(jīng)初步估算，，突出物淤積積Ⅰ線正洞約450m，Ⅱ線正洞約1070m。馬鹿箐隧道978溶腔照片隧道巖溶發(fā)育育情況—齊岳山隧道齊岳山隧道全全長(zhǎng)10528m，為單面下坡坡。在隧道左左側(cè)30m設(shè)置貫通的平平行導(dǎo)坑，右右側(cè)設(shè)斜井，，長(zhǎng)752m，隧道區(qū)共發(fā)發(fā)育15條斷層，進(jìn)口口工區(qū)為巖溶溶極發(fā)育區(qū)，，其中F11斷層規(guī)模大、、水頭高、水水壓大、巖體體破碎，是全全線施工最困困難的地段之之一。隧道巖溶發(fā)育育情況—齊岳山隧道斷層充填的礫礫石從鉆孔涌涌出隧道巖溶發(fā)育育情況—齊岳山隧道齊岳山隧道涌涌水錄像齊岳山進(jìn)口平導(dǎo)PDK363+537突水排水資料料（幻燈片用用.mpg(05)齊岳山隧道出出口F11斷層(PDK365+335)超前探孔涌水水錄像.MPG巖溶隧道施工工地質(zhì)工作內(nèi)內(nèi)容宜萬(wàn)鐵路自2003年～2009年建設(shè)期間，，通過(guò)認(rèn)真開開展施工地質(zhì)工作，及時(shí)預(yù)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)掌子子面前方的地地質(zhì)情況，采采取針對(duì)性的的防災(zāi)措施，，避免了多次次大規(guī)模的突突泥突水地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害，為深深埋復(fù)雜巖溶溶隧道的施工工探索出一條條行之有效的的技術(shù)管理方方法。巖溶隧道施工工地質(zhì)工作內(nèi)內(nèi)容主要包括括：超前地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)、施工圍巖巖分級(jí)及穩(wěn)定定性評(píng)價(jià)、隧隧底及周邊巖巖溶探查、災(zāi)災(zāi)害評(píng)估及防防治工程措施施建議、竣工工圖及報(bào)告等等內(nèi)容。巖溶隧道施工工地質(zhì)工作內(nèi)內(nèi)容施工地質(zhì)內(nèi)容容綱要巖溶隧道施工工地質(zhì)分級(jí)和和超前預(yù)報(bào)分分級(jí)為方便巖溶隧隧道的建設(shè)管管理，突出重重點(diǎn)，把握關(guān)關(guān)鍵，需要對(duì)對(duì)巖溶隧道進(jìn)進(jìn)行施工地質(zhì)質(zhì)分級(jí)和超前前預(yù)報(bào)分級(jí)。。A級(jí)：可能發(fā)生生重大地質(zhì)災(zāi)災(zāi)害的地段，，如可能遭遇遇大型暗河系系統(tǒng)，發(fā)育重重大軟弱、富富水、導(dǎo)水性性良好的斷層層；存在重大大物探異常；；可能發(fā)生大大～特大型突突水突泥；并并可能誘發(fā)重重大環(huán)境地質(zhì)質(zhì)災(zāi)害的地段段。B級(jí)：主要針對(duì)對(duì)可能發(fā)生中中～小型突水水突泥地段，，存在較大物物探異常、斷斷裂帶等地段段。C級(jí)：主要針對(duì)對(duì)巖溶水文地地質(zhì)條件較好好的碳酸鹽巖巖及碎屑巖地地段，發(fā)生突突水突泥的可可能性較小。。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巖溶隧道施工工地質(zhì)分級(jí)和和超前預(yù)報(bào)分分級(jí)常用巖溶隧道道地質(zhì)預(yù)報(bào)方方法國(guó)內(nèi)外隧道地地質(zhì)超前預(yù)報(bào)報(bào)的方法，主主要有：地質(zhì)質(zhì)法、超前導(dǎo)導(dǎo)坑法、超前前水平鉆孔法法、聲波測(cè)井井法、波反射射法、層析成成像法等。根據(jù)宜萬(wàn)鐵路路超前地質(zhì)預(yù)預(yù)報(bào)技術(shù)在巖巖溶隧道施工工中的應(yīng)用情情況，認(rèn)為在在不同地質(zhì)情情況下（如巖巖溶溶洞、暗暗河、斷層、、裂隙等）的的最優(yōu)超前預(yù)報(bào)報(bào)組合方法是是物探方法（（TSP203、TGP12等長(zhǎng)距離彈性性波反射法、、掌子面地質(zhì)質(zhì)雷達(dá)法、紅紅外探水法等等）與工程地質(zhì)質(zhì)法（掌子面超前水水平鉆探法、、工程地質(zhì)類類比法、地質(zhì)質(zhì)素描等）有機(jī)合理結(jié)合合，取長(zhǎng)補(bǔ)短短，長(zhǎng)短結(jié)合合。常用巖溶隧道道地質(zhì)預(yù)報(bào)方方法超前水平鉆探探法超前水平鉆探探是隧道掌子子面前方及周周圍的富水地地層位置、富富水程度以及及巖溶洞穴的的形態(tài)、規(guī)模模及其充填和和富水情況預(yù)預(yù)測(cè)的直接方方法，是深埋埋復(fù)雜巖溶隧隧道地質(zhì)災(zāi)害害預(yù)測(cè)與防治治的最有效手手段。一般分分為超前水平平鉆孔長(zhǎng)距離離預(yù)報(bào)和超前前長(zhǎng)炮眼短距距離預(yù)報(bào)。超前水平鉆孔孔長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)報(bào)超前水平鉆孔孔長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)報(bào)一般在掌子子面布置3～5孔，鉆孔長(zhǎng)度度一般在50～100m。為兼顧對(duì)周周邊圍巖探查查，通常在掌掌子面以一定定的外插角向向前鉆探。超前長(zhǎng)炮眼短短距離預(yù)報(bào)利用風(fēng)鉆在復(fù)復(fù)雜巖溶隧道道每個(gè)施工循循環(huán)（施工循循環(huán)2～2.5米）掌子面布布置一些長(zhǎng)炮炮眼（不小于于5米）進(jìn)行超前前探測(cè)，它是是對(duì)超前水平平鉆探的一種種補(bǔ)充，因其其數(shù)量比水平平鉆數(shù)量多，，揭示巖溶的的可能性較大大，起到了保保證施工安全全的作用。超前水平鉆法法預(yù)報(bào)的特點(diǎn)點(diǎn)同物探預(yù)報(bào)方方法相比，具具有直觀性，，不存在物探探預(yù)報(bào)方法的的多解性。但但同時(shí)也具有有費(fèi)用高、速速度慢、占用用隧道施工的的掌子面時(shí)間間長(zhǎng)，且鉆孔孔資料只是一一孔之見，對(duì)對(duì)溶洞有漏報(bào)報(bào)的可能。常用巖溶隧道道地質(zhì)預(yù)報(bào)方方法物探預(yù)報(bào)方法法物探預(yù)報(bào)主要要利用聲波、、超聲波、地地震波及電磁磁破在地層中中傳播、反射射，通過(guò)信號(hào)號(hào)采集系統(tǒng)接接收反射信號(hào)號(hào)，判釋隧道道掌子面前方方反射界面（（斷層、軟弱弱夾層、孔洞洞等）距隧道道掌子面的距距離來(lái)進(jìn)行隧隧道施工期地地質(zhì)預(yù)報(bào)的方方法。常用的的有TSP—203、TGP12、地震負(fù)視速速度法、掌子子面彈性波單單點(diǎn)反射法、、掌子面地質(zhì)質(zhì)雷達(dá)法、紅紅外探水法、、HSP、單孔或跨孔孔CT等方法。要準(zhǔn)確預(yù)報(bào)掌掌子面前方地地質(zhì)情況，往往往要根據(jù)各各種預(yù)報(bào)方法法的功能特點(diǎn)點(diǎn)選擇一種或或多種方法的的組合，相互互驗(yàn)證。但不不管怎樣，還還沒有哪一種種方法能準(zhǔn)確確預(yù)測(cè)巖溶隧隧道前方及周周邊全方位的的地質(zhì)情況。。在宜萬(wàn)鐵路隧隧道地質(zhì)預(yù)報(bào)報(bào)工作中，物物探方法應(yīng)用用最廣泛的是是TSP－203、TGP12、地質(zhì)雷達(dá)和和紅外探水。。TSP－203、TGP12均屬于地震反反射法，是一一種長(zhǎng)距離的的預(yù)報(bào)方法，，有效探測(cè)距距離100～150m，根據(jù)炸藥在在巖石上爆炸炸的主頻推算算，有效分辨辨率約2m，因此直徑大大于2m的溶腔或含水水體可以被發(fā)發(fā)現(xiàn)，如別巖巖槽隧道DK244+422、馬鹿箐隧道道DK255+978、云霧山隧道道DK242+850等溶腔的預(yù)報(bào)報(bào)。常用巖溶隧道道地質(zhì)預(yù)報(bào)方方法物探預(yù)報(bào)方法法宜萬(wàn)線施工揭揭示的位于掌掌子面前方、、有一定規(guī)模模的溶腔或斷斷層，物探方方法均有反映映，配合水平平鉆探和其它它方法，Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道施施工揭示的82處溶洞及涌水水突泥有80處得到了準(zhǔn)確確預(yù)報(bào)，但由由于其對(duì)干擾擾信號(hào)不能分分辨和消除，，有大量的假假異常存在。。在王家?guī)X隧隧道進(jìn)行了TSP203與TGP12兩種超前預(yù)報(bào)報(bào)方法的對(duì)比比試驗(yàn)，兩種種超前預(yù)報(bào)方方法的預(yù)報(bào)結(jié)結(jié)果基本一致致，TGP12效果有時(shí)還更更好些；TGP12方法檢波器使使用黃油耦合合，經(jīng)濟(jì)實(shí)用用，分析軟件件為中文，易易于操作，預(yù)預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率高高，但配套器器材有待改進(jìn)進(jìn)。地質(zhì)雷達(dá)達(dá)是一種短距距離探測(cè)方法法，有效探測(cè)測(cè)距離約10～15m，有效分辨率率約10cm，對(duì)大支坪隧隧道DK132+990突泥、野三關(guān)關(guān)的4#暗河都做出了了準(zhǔn)確預(yù)報(bào)。。由于地質(zhì)雷雷達(dá)探測(cè)距離離過(guò)短，主要要配合地震單單點(diǎn)反射用于于隧底及周邊邊隱伏巖溶探探查，通過(guò)地地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)測(cè)，在已建成成隧道的隧底底及周邊發(fā)現(xiàn)現(xiàn)了8處可能威脅運(yùn)運(yùn)營(yíng)安全的隱隱伏溶洞。宜宜萬(wàn)線的巖溶溶水都是淺部部循環(huán)水，所所形成的溫度度差異不能從從施工形成的的溫度異常中中區(qū)分，因此此不適用于淺淺循環(huán)地下水水隧道的超前前預(yù)報(bào)。常用巖溶隧道道地質(zhì)預(yù)報(bào)方方法工程地質(zhì)類比比法工程地質(zhì)類比比法是根據(jù)以以往巖溶隧道道施工總結(jié)出出判斷隧道巖巖溶發(fā)育的可可能部位的一一種經(jīng)驗(yàn)方法法。巖溶發(fā)育育可能的主要要位置如下：：（1）可溶巖與非非可溶巖接觸觸界面可能巖巖溶發(fā)育；（2）隧道通過(guò)斷斷層、向斜、、背斜核部的的可溶巖可能能巖溶發(fā)育；；（3）可溶巖中裂裂隙、溶隙發(fā)發(fā)育位置可能能巖溶發(fā)育；；（4）可溶巖中圍圍巖整體突然然變好或突然然變差的位置置可能巖溶發(fā)發(fā)育；（5）不同年代可可溶巖接觸界界面、巖性分分界面位置附附近可能巖溶溶發(fā)育；（6）掌子面附近近出現(xiàn)泥質(zhì)充充填裂隙的可可溶巖，前方方可能巖溶發(fā)發(fā)育。地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)管理及成果果應(yīng)用施工地質(zhì)工作作技術(shù)管理針對(duì)宜萬(wàn)線地地質(zhì)特別復(fù)雜雜的13座隧道分別成成立由建設(shè)、、設(shè)計(jì)、施工工、監(jiān)理等單單位組成的施施工地質(zhì)組，，現(xiàn)場(chǎng)組織實(shí)實(shí)施復(fù)雜隧道道的施工地質(zhì)質(zhì)工作，并組組建以設(shè)計(jì)單單位的技術(shù)管管理和地質(zhì)、、物探及隧道道設(shè)計(jì)專家為為主體，建設(shè)設(shè)、施工、監(jiān)監(jiān)理等單位專專家為技術(shù)顧顧問的施工地地質(zhì)部，協(xié)調(diào)調(diào)和強(qiáng)化復(fù)雜雜隧道的施工工地質(zhì)技術(shù)工工作，并現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)快速分析判判斷，決策處處理復(fù)雜地質(zhì)質(zhì)問題。重大大地質(zhì)問題由由設(shè)計(jì)院專家家組決策處理理，必要時(shí)報(bào)報(bào)請(qǐng)鐵道部專專家組研討后后再?zèng)Q策處理理。為做好宜萬(wàn)線線隧道的施工工地質(zhì)工作和和巖溶隧道的的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工工作，建設(shè)單單位組織編寫寫了《宜萬(wàn)鐵路地質(zhì)質(zhì)勘察與超前前地質(zhì)預(yù)報(bào)專專項(xiàng)機(jī)制》、《宜萬(wàn)鐵路復(fù)雜雜隧道地質(zhì)超超前探測(cè)實(shí)施施細(xì)則》，設(shè)計(jì)單位制制定了《宜萬(wàn)線施工地地質(zhì)實(shí)施細(xì)則則》，對(duì)宜萬(wàn)鐵路路的巖溶地質(zhì)質(zhì)施工起到了了很好的指導(dǎo)導(dǎo)作用。超前地質(zhì)預(yù)測(cè)測(cè)預(yù)報(bào)設(shè)計(jì)、、實(shí)施、判釋釋實(shí)行分級(jí)管管理，責(zé)任到到人，做到““物探先行、、鉆探驗(yàn)證、、有疑必鉆、、不明不掘””及堅(jiān)持“三三定三探”原原則（即：定定人定孔定檢檢查、重探密密探加深探））。地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)管理及成果果應(yīng)用宜萬(wàn)鐵路巖溶溶隧道施工地地質(zhì)工作程序序地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù)術(shù)管理及成果果應(yīng)用施工地質(zhì)工作作成果突水突泥預(yù)報(bào)報(bào)宜萬(wàn)線鐵路隧隧道在施工過(guò)過(guò)程中發(fā)生了了9次大型的突水水突泥，除了了個(gè)別因?yàn)楦鞲鞣N復(fù)雜原因因未能預(yù)報(bào)出出之外，其它它的都做出了了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)報(bào)。宜萬(wàn)線鐵路隧隧道施工超前前預(yù)報(bào)了28次高壓突水，，如成功預(yù)報(bào)報(bào)馬鹿箐隧道道進(jìn)口泄水洞洞XDK255+701出水、平導(dǎo)PDK255+655～+696出水，預(yù)報(bào)野野三關(guān)隧道IIDK124+680～+650段巖溶裂隙涌涌水，涌水量量為6000m3/d左右，水壓0.75MPa。齊岳山隧道道長(zhǎng)距離超前前預(yù)報(bào)探測(cè)中中，物探資料料顯示PDK364+007～+015段圍巖軟弱異異常，有溶洞洞富含水，超超前鉆探驗(yàn)證證在PDK364＋008后確實(shí)存在富富水溶腔，由由于預(yù)報(bào)準(zhǔn)確確、措施得當(dāng)當(dāng)沒