中铁二十三局讲课ppt课件(岩溶隧道施工).ppt

岩溶隧道施工技术,主讲人 ：胡启军 中铁二十三局集团第四工程有限公司2009.03,报告大纲,1 岩溶的形态及其发育条件2 隧道施工中遇到的岩溶问题3 岩溶隧道施工地质预报技术 4 隧道施工中岩溶的处治技术 5 个人感想,1.1 基本概念1.2 岩溶的形态1.3 岩溶的发育条件及其影响因素1.4 中国岩溶的分布,1.岩溶的形态及其发育条件,岩溶(国际通用术语Karst，译名喀斯特)是在以碳酸盐类为主的可溶性岩石分布区，由于水特别是地下水，对岩石以溶蚀为主的作用所形成的诸现象的综合。 可溶岩包括碳酸盐类岩石以及石膏、岩盐、芒硝等其他可溶性岩石。,1.1 基本概念,过去一直用 的溶解度大大高于 来解释，即,有的研究者（中山，1969；Picknet，1978）认为，上述反应式与实际情况不符。其原因是从来未发现过 分子，且 与 参加反应的比例也并非1：1。说明这一反应的复杂性。,1.1 基本概念,1.1 基本概念1.2 岩溶的形态1.3 岩溶的发育条件及其影响因素1.4 中国岩溶的分布,1.岩溶的形态及其发育条件,由于溶蚀作用和由此引起的机械冲刷坍陷等作用共的的结果，在地表与地下形成的奇特地形形态有十几种 1）溶沟和石芽 2）溶蚀裂隙 3）漏斗 4）溶蚀洼地 5）落水洞 6）坡立谷 7）峰林 8）干谷 9）溶洞 10）暗河,1.2 岩溶的形态,1.2 岩溶的形态,溶沟,1.2 岩溶的形态,石芽,1.2 岩溶的形态,漏斗,1.2 岩溶的形态,溶蚀洼地,1.2 岩溶的形态,落水洞,1.2 岩溶的形态,坡立谷,1.2 岩溶的形态,峰林,1.2 岩溶的形态,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,干谷,1.2 岩溶的形态,溶洞,1.2 岩溶的形态,暗河,1.2 岩溶的形态,1.1 基本概念1.2 岩溶的形态1.3 岩溶的发育条件及其影响因素1.4 中国岩溶的分布,1.岩溶的形态及其发育条件,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,岩溶的发育条件 1)具有可溶性岩层； 2)具有溶解能力（含）和足够流量的水 3)地表水有下渗，地下水有流动的途径。 三者缺一不可！即岩溶的发育必须具备： 1 具有可溶性岩石 2 岩石是透水的 3 水必须具有侵蚀性 4 水在岩石中应处于不断的运动状态中,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,1、气候的影响 气候是岩溶发育的一个重要因素，它直接影响着参与岩溶作用的水的溶蚀能力，控制岩溶发育的类型、规模和速度。主要表现在气温、降雨量、降水性质、降水的季节分布及蒸发量的大小和变化。其中降水量和气温对岩溶发育影响最大。 降水量和气温越高，越有利于溶蚀作用岩溶也愈发育,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,2、地形地貌的影响 1、分水岭地区：分水岭地区地下水由降水补给，并作为其它地区地下水的补给，因此，越靠近分水岭，岩溶作用就越弱。2、丘陵地区：地表水大部潜入地下，形成了无水干谷，谷底排列一系列的漏斗、落水洞，与暗河相连，岩溶作用较强；山顶也分布有溶洞、竖井等，但无岩溶水活动，因此岩溶作用基本趋于停止。3、河谷斜坡：为地表水及地下水向河谷汇集的途径，是径流最活跃及岩溶最发育的地带。,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,3 地质构造的影响 1）岩层产状 2）褶曲 3）断层,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,1.3.3.1岩层产状的影响,(1)缓倾岩层,可溶岩与非可溶岩的接触面附近溶蚀作用强烈，常有一系列漏斗、落水洞及岩溶泉出露。,(2)陡倾岩层,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,1.3.3.2 褶曲的影响,（1）核部,（2）翼部,背斜核部-张节理发育，雨水和地表水由此下渗并补给给其它地区，形成垂直岩溶地形；向斜核部-是岩溶水汇聚区，岩溶水聚集后沿轴向流动排泄，形成水平岩溶地形。,水循环强烈的流通部位，岩溶一般较发育。,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,1.3.3.3 断层的影响,（1）张性断裂带（正断层）,（3）扭性断裂带（平移断层）,破碎带宽度较小，但张开程度较大，结构松散，缺乏胶结，有利于地下水渗透溶蚀，是岩溶强烈发育地带。,断裂面上压力较大，压碎岩、糜棱岩和断层泥多呈致密状态，胶结紧密，岩溶发育较差；但其上升盘影响规模大，牵引现象造成岩层剧烈上拱，产生大量张节理，有利于岩溶发育 。,岩溶发育情况介于前两者之间，岩溶作用的深度一般较大。,（2）压性断裂带（逆断层）,1.3岩溶的发育条件及其影响因素,4 地壳运动的影响1、岩溶的侵蚀基准面：岩溶水对可溶性岩石的溶蚀作用在深度上是有一个极限的，这个极限称为侵蚀基准面。 岩溶侵蚀基准面控制岩溶水排泄的相邻河谷低地表河流的高程控制地表岩溶和浅层岩溶。 岩溶溶蚀基准面区域性可溶岩层的底板岩溶可能的最大深度。2、地壳的升降控制侵蚀基准面的升降： (1)地壳上升侵蚀基准面下降岩溶以下蚀为主，形成垂直岩溶形态； (2)地壳稳定侵蚀基准面稳定地下水以水平运动为主，形成水平岩溶形态。3、若水平溶洞成层发育，每层溶洞的水平高程与当地河流降低高程相对应,1.1 基本概念1.2 岩溶的形态1.3 岩溶的发育条件及其影响因素1.4 中国岩溶的分布,1.岩溶的形态及其发育条件,1.4 中国岩溶分布,我国碳酸盐岩分布广，面积约达130104km2，主要集中于华南和西南这两个地区分别发育了或保留着大面积的热带岩溶；其次是长江中下游的我国中部地区，岩溶化程度较弱：再次为华北地区，由于气候的影响，岩溶化程度远不及南方；青藏高原海拔4000米以上的残存古热带岩溶岩，已受寒凉作用的改造，为一特殊类型的岩溶。,1.4 中国岩溶分布,报告大纲,1 岩溶的形态及其发育条件2 隧道施工中遇到的岩溶问题3 岩溶隧道施工地质预报技术 4 隧道施工中岩溶的处治技术 5 个人感想,由于岩溶发育的控制因素错综复杂，发育的形态千姿百态，以及岩溶发育的不均衡性和不规则性，给岩溶隧道的设计施工带来一系列困难：富水高水压地段的隧道衬砌设计很难把握；施工阶段的突水、突泥也对施工安全和进度造成很大威胁特长隧道岩溶问题是国内外隧道施工中的重大难题。多年来，我国在铁路、公路、水工隧道施工中均遇到了岩溶突水、突泥、顶板溶洞充填物陷落冒顶、底板塌陷等问题。国外在欧洲阿尔卑斯山隧道及其它一些越岭隧道也发生过类似问题,2. 隧道施工中遇到的岩溶问题,我国20世纪60一70年代，在西南修建的贵昆、成昆、襄渝铁路等均遇到大量岩溶问题。贵昆铁路梅花山隧道施工中遇到地下河及大型溶洞，最后只有在隧洞中修隔水墙，阻截暗河。襄渝铁路大巴山隧道在通过寒武统石龙洞灰岩含水层时，突然揭露一溶洞引起突泥、突水事故，最大涌水量为150000m3/d，中断施工3个月。京广铁路大瑶山隧道的岩溶突水形成泥石流，给营运造成长期的危害。京珠高速公路石门坳隧道右线在施工过程中，因对前方地质资料掌握不足，开挖遇到溶洞灾害，引发大涌水造成停工等一系列损失。近年来在西南修建的水工隧道、铁路隧道、公路隧道也都不同程度地遇到岩溶灾害，甚至造成重大事故，如广安一重庆高速公路华鉴山隧道施工中多处发生岩溶突水突泥，引起两条地下河的灌入。渝怀铁路圆梁山隧道发生特大岩溶涌水，对施工造成极大的影响,2. 隧道施工中遇到的岩溶问题,我国20世纪60一70年代，在西南修建的贵昆、成昆、襄渝铁路等均遇到大量岩溶问题。贵昆铁路梅花山隧道施工中遇到地下河及大型溶洞，最后只有在隧洞中修隔水墙，阻截暗河。襄渝铁路大巴山隧道在通过寒武统石龙洞灰岩含水层时，突然揭露一溶洞引起突泥、突水事故，最大涌水量为150000m3/d，中断施工3个月。京广铁路大瑶山隧道的岩溶突水形成泥石流，给营运造成长期的危害。京珠高速公路石门坳隧道右线在施工过程中，因对前方地质资料掌握不足，开挖遇到溶洞灾害，引发大涌水造成停工等一系列损失。近年来在西南修建的水工隧道、铁路隧道、公路隧道也都不同程度地遇到岩溶灾害，甚至造成重大事故，如广安一重庆高速公路华鉴山隧道施工中多处发生岩溶突水突泥，引起两条地下河的灌入。渝怀铁路圆梁山隧道发生特大岩溶涌水，对施工造成极大的影响,2. 隧道施工中遇到的岩溶问题,从上面分析可以看出，隧道施工岩溶问题主要可分为三大类 第一类：隧道施工中的突水、突泥问题 第二类：隧道施工中顶板溶洞充填物陷 落冒顶 第三类：隧道施工中底板塌陷,2. 隧道施工中遇到的岩溶问题,报告大纲,1 岩溶的形态及其发育条件2 隧道施工中遇到的岩溶问题3 岩溶隧道施工地质预报技术 4 隧道施工中岩溶的处治技术 5 个人感想,3.1 岩溶隧道施工地质预报的原因3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法3.3 工程实例3.4 小结,3.岩溶隧道施工地质预报技术,3.1 岩溶隧道施工地质预报的原因,1、地质条件的不确定性与复杂性2、地质勘察现有的技术水平3、岩溶隧道危害性大,3.1 岩溶隧道施工地质预报的原因3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法3.3 工程实例3.4 小结,3.岩溶隧道施工地质预报技术,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法1、地面地质调查法 2、地面(洞外)浅层地震法3、地面(洞外)电阻率法 4、地面重力勘探5、遥感信息技术 6、放射性测量(测氧知、Hg等）7、测井法 8、综合方法3.2.2 洞内掌子面岩溶探测方法1、长距离超前地质预报2、短距离超前地质预报,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法1、地面地质调查法 刘志刚、刘秀峰等将地面地质调查的工作方法分为地质测绘法、地面地质界面和地质体投射技术。其中前者采用的主要技术手段有穿越、追索和全面踏勘三种;后者主要是利用调查的结果运用投射公式进行计算，利用这种方法可进行如下工作。(l)弄清楚隧道线路经过地区可溶岩(灰岩、盐岩)，特别是强溶岩(纯灰岩、白云岩、盐岩)的地层层位、展布范围及所处的岩溶水动力分带。(2)查明隧道线路经过地区及其邻近地区，在可溶岩特别是强溶岩中分布规模较大断层的产状及其与地表隧道轴线的相互关系;特别注意那些两条或两条以上断层交汇的位置(它们是侵蚀性地下水的有利通道)。(3)查明可溶岩与非可溶岩接触界面的位置及其与地表隧道轴线的相互关系。(4)结合上述有利于岩溶发育的岩层层位和构造位置，在大小封闭的洼地内，寻找大型溶洞或暗河的入口。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法1、地面地质调查法(5)根据断层产状或可溶岩与非可溶岩界面的产状，用地面地质界面法和投射公式，求得可能出现的大型溶洞、暗河与隧道的相互关系。(6)查明暗河入口和出口的位置及标高，并结合可能成为暗河通道的较大断层或较紧闭背斜褶皱核部的位置、产状，推断暗河的大致通道，确定能否与隧道相遇或与隧道的大概位置关系。(7)依据岩溶发育的分带性和隧道相对标高和季节变化，判断那些可能与隧道相遇溶洞、暗河的含水量;或推断那些不与隧道相遇的有水溶洞或暗河对隧道施工的影响程度。(8)搞清隧道所在位置所属的构造体系和地表具体的构造行迹。 通过以上方法定性确定岩溶的空间分布，但此方法预报岩溶的精度远远满足不了隧道施工的具体要求，仅对具体预报的解释有指导意义。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法2、地面(洞外)浅层地震法 针对岩溶地区的地质条件，为了取得理想的野外资料提高预报精度，以下从野外数据采集、资料处理、野外实例分析岩溶的地震响应特征及方法特点。该方法是地面探测岩溶的常用方法。浅层地震探测岩溶及陷落柱通常采用反射波法。 这方面的探测实例很多，但该方法受到测线布置、解译方法水平等的限制，且其探测精度受局部地质条件的影响与波速参数差异有关。在测点线布置不当、异常叠加、覆盖层较厚的情况下，易漏掉有用异常。依据溶洞的强反射特征，利用三维浅震探测岩溶效果将更好。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法3、地面(洞外)电阻率法 探测岩溶的常用电阻率方法包括:电测深法、高密度电阻率法、偶极法、充电电位法、自然电位法、激电中梯、地质雷达法、瞬变电磁法、CSAEM、高频大地电磁法(EH一4)氰法等,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法4、地面重力勘探 国外应用重力法探测岩溶始于本世纪六十年代初期，到七十年代未八十年代初，DresenL.等人应用重力垂直梯度技术探测浅埋溶洞获得成功。在我国以探测岩溶为目的的重力工作起步于七十年代末，由原地质部物探研究所应用地面重力方法寻找山东泰安火车站铁路塌陷的浅部岩溶，取得了一定的地质效果，但当时受重力仪观测精度等因素的限制，影响了重力异常的解释精度，之后的十多年中，国内此项工作基本处于停滞状态。“七五”期间，地矿部岩溶地质研究所在“隐伏岩溶探测方法的研究”项目中，在国内首次系统成功地应用重力垂直梯度测量技术探测浅埋溶(土)洞等隐伏岩溶地质体，从而开辟了我国隐伏岩溶探测的新途径. 当地下浅部存在局部密度不均匀体时，地球重力位将发生畸变，重力及其梯度也随之畸变。重力等位面的畸变为利用重力垂直梯度测量技术探测隐伏岩溶或其它局部密度不均匀体提供了有利的物理条件. 由于溶(土)洞的重力异常较微弱，提高仪器观测精度及降低野外观测误差，是重力垂直梯度测量技术探测溶(土)洞成败的关键。实测重力垂直梯度值观测质量的好坏，除受重力仪观测精度影响外，还与仪器高差选择合理与否有关。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法5、遥感信息技术 地质现象在彩红外图象上往往呈现出环形或线性构造等影像特征。由于岩溶作为一种地质现象与地质活动有关，因此，线性或环形构造等与岩溶虽然不是一一对应关系，但对岩溶的存在有一定的控制作用。对于分析岩溶分布规律来说，解译线性和环形构造是十分必要的。 1991年遥感技术首次在南昆铁路施工阶段得到应用，并取得较好效果。随着遥感图像分辨率的不断提高(从最初的80m到目前的lm)，使遥感技术用于隧道施工洞外预测预报和监测更趋成熟。特别是铁道专业设计院提出的“隧道遥感富水程度估算经验公式，使遥感技术从定性判释转化为定量数据，为遥感技术应用开辟了一条新的途径，是一种很有应用前途的方法。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法6、放射性测量(测氧知、Hg、CO2、S02等) 董兆祥、刘洪福及P.Theodorsson，Tadeusz、Andrzej、Przylibski等在采用放射性法探测岩溶、采空区、陷落柱方面取得了好的效果。因此，根据氛气异常的峰值状态可确定岩溶及陷落柱的位置与范围。测氛方法以其经济、简捷、快速、易于操作等优势在确定地下岩溶陷落柱的位置与范围方面具有广阔的应用前景。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.1 地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法8、综合方法 国内外在探测岩溶方面，己有许多学者提出要通过组合(综合)的方法进行岩溶探测以提高预报精度和解释的唯一性.,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,地面(洞外)岩溶地质灾害探测方法评价,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.2 洞内掌子面岩溶探测方法 1）长距离超前地质预报 长距离超前地质预报包括:隧道地震预报(TSP、VSP、TRT)、隧道电性预报、水平超前钻探等2）短距离超前地质预报 地质雷达法、BEAM法、水平声波剖面法、陆地声纳法、红外探水法、超前平行导坑(隧道)法、水平钻速法、充电法、自然电位法、隧道及井巷电磁导弹超前预报技术、掌子面地质编录预测法。,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,洞内掌子面岩溶探测方法评价,3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法,3.2.3岩溶隧道超前地质预报方法评价 纵览以上隧道超前地质预报的各种方法，虽然分为地面(洞外)与掌子面(洞内)的预报方法，但根据地球物理勘探技术及参数特点，各种方法各有其特点及局限性，且各地的岩溶地质条件不同，以物性参数差异为前提的探测使优选预报方法的基础。据以上特点，隧道超前地质预报所采用的方法及参数多样性是隧道预报永恒的特点，多参数组合形式是预报的高级阶段，参数优化组合是预报的必然趋势。多种方法与参数的综合集成是预报的必然趋势。,3.1 岩溶隧道施工地质预报的原因3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法3.3 工程实例3.4 小结,3.岩溶隧道施工地质预报技术,3.3 岩溶隧道施工地质预报工程实例,齐岳山隧道岩溶超前预报综合集成 齐岳山隧道全长I0528m，其中进口段约4000米的工程地质和水文地质极其复杂，地质构造为齐岳山背斜，隧道穿越二、三叠系灰岩地层，全部位于可溶岩地段。该区域发育有大、小鱼泉及得胜场三条暗河，穿越9条较大断层。预测隧道正常涌水量约为17.6万m3/d，最大涌水量约为74.3万m3/d。主要地质灾害问题为岩溶、突泥、涌水、瓦斯及天然气。围岩级别变化频繁，断面形式较多，施工难度极大，不可预见因素较多.采用了TSP203、地质雷达、红外探水、超前钻探多种手段对岩溶进行了预报。,3.3 岩溶隧道施工地质预报工程实例,齐岳山隧道岩溶超前预报综合集成超前预报效果对比分析一、溶腔位置预测从2005年1月1日至2006年1月1日一年间，齐岳山隧道平导与正洞共穿越宽度大于0.5米溶腔12处，其中TSPZO3超前地质预报系统准确预报出2次，准确率为16.7%;而多功能超前水平钻机准确的预报出8次，其准确率为66.7%。二、含水构造位置预测从2005年1月1日至2006年1月1日一年间，齐岳山隧道平导与正洞遇到涌水量大于100m3/d的地方38处，其中 TSPZO3超前地质预报系统准确的预报出26次，准确率为68.4%;而多功能超前水平钻机只准确预报出28次，准确率为73.7%。三、其它不良地质情况预测齐岳山隧道靠近建南气田，有运移储气的可能;石洞子煤矿，施工中可能会遇到瓦斯，而且废气含量高、放散初速度快、压力较大。TSPZO3地质预报系统无法有效的探测出这些不良地质情况，而采用多功能钻机在进行地质钻探的时候，与空口采用瓦斯探测仪可以准确的测量出前方有害气体的含量，提前做出预案，例如平导进行钻探过程中，探测出PDK362+980位置瓦斯气体含量达到0.8%，在施工到本段时实测瓦斯含量为0.6%。,3.1 岩溶隧道施工地质预报的原因3.2 岩溶隧道施工地质预报的常用方法3.3 工程实例3.4 小结,3.岩溶隧道施工地质预报技术,3.4 岩溶隧道施工地质预报小结,从上面的分析可以得到： 岩溶隧道超前地质预报的原则 “内外兼顾，内为重；长短结合，短为重；直间并用，直为重；综合集成、长期预报”。以此确保岩溶隧道的施工安全。,报告大纲,1 岩溶的形态及其发育条件2 隧道施工中遇到的岩溶问题3 岩溶隧道施工地质预报技术 4 隧道施工中岩溶的处治技术 5 个人感想,4.1规范规定的处治原则4.2 工程实例4.3 小结,4.隧道施工中岩溶的处治技术,铁路工程地质勘察规范 5.6.3 岩溶地段的工程地质选线应遵循下列原则： 1 线路应绕避岩溶强烈发育地段、可溶岩与非可溶岩的接触带、构造发育带、岩溶水富集区及溶岩水排泄带； 2 线路应绕避地面塌陷分布密集、有土洞分布的覆盖型岩溶地段； 3 线路应选择在非岩溶化地区或岩溶发育微弱、范围最窄、层数最少、顶板稳固、受岩溶水影响小的地带通过。,4.1规范规定的处治原则,铁路隧道设计规范 7.3.3 穿越溶岩、洞穴的隧道，应根据空穴大小、填充情况及其与隧道的关系、地下水情况，采取下列处理措施： 1 对空穴水的处理应因地制宜，采用截、堵、排结合的综合治理措施； 2 干、小的空穴，开采取堵塞封闭；有水且空穴较大，不宜堵塞封闭时，可根据具体情况，采取梁、拱跨越； 3 当空穴岩壁强度不够或不稳定，可能影响隧道结构安全时，应采取支顶、锚固、注浆等措施。,4.1规范规定的处治原则,铁路隧道施工规范16.3.2 岩溶地区隧道的施工，可采用下列技术措施进行处理： 1 可采用暗管、涵洞、小型过桥或泄水洞等排水方 法，将溶洞积水或暗河水排走。 2 当不能排水，或由于溶洞规模大且溶洞填充物为含水量较大的岩溶泥时，可采用封堵的方法。当溶洞在隧道底部时可采用旋喷，在边墙及拱部时可采用注浆、管棚等，形成堵水墙（边墙）和防水帷幕（拱部）。 3 对于停止发育、跨径较小，且无水的中哦你、小型溶洞，可根据其与隧道相交的位置及其填充情况，采用干砌片石、浆砌片石或低等级混凝土进行填充。 4 溶洞仅在隧道底部且较大较深，或者填充物松软不能承载结构物时，可采用梁或拱跨越，梁的两端或拱的拱座应置于稳固可靠的岩层上，必要时可用混凝土和石砌体加固。,4.1规范规定的处治原则,铁路隧道施工规范16.3.3 岩溶地区隧道开挖应符合以下要求： 1 开挖方法宜采用台阶法。在、级围岩条件下，且溶洞尽穿过隧道底部一小部分断面时，可采用全断面一次性开挖。 2 爆破开挖时，应采用超前钻孔探测。 3 当隧道只有一侧遇到溶洞时，应先开挖该侧，待支护完成后再开挖另一侧。16.3.4 岩溶地区隧道支护和衬砌应根据溶洞情况予以加强。,4.1规范规定的处治原则,铁路规范规定的岩溶隧道的处治原则可总结为：绕、截、排、堵、越 与分部开挖，加强支护相结合的原则,4.1规范规定的处治原则,绕选线“绕”、施工“绕”施工中遇到特大和一时难以处理的溶洞。为使工程不陷入停顿，可以改线绕行通过溶洞或用迂回导坑绕过溶洞区，继续进行施工一面进行溶洞处理。如宜珙铁路轿顶山隧道，在距出口1600m，k58+320+400遇到一特大溶洞,溶洞沿线路长达80余米,隧底面以上高25m,宽近60m,洞分四层,通道支洞错综迂回,其下有常年流水的暗河.处理十分困难,经设计院现场设计组变更设计在隧道内增设3个弯道,改线绕行,避开溶洞通过。,4.1规范规定的处治原则,截“拦截地表水” 根据勘测资料和施工现场观测,当地表自然沟床,汇水洼地发现有溶穴、落水洞、漏斗、竖井等为隧道地下水补给来源，补给量随季节变化，则采用拦截地表水。如为自然沟槽，采用在溶穴、落水洞、漏斗、地表陷穴四周施作浆砌片石排水沟。如地表为一溶蚀封闭洼地，则可采用截水沟，泄水暗管，泄水暗管将水引到隧道渗泄区以外。如下图为一隧道地表水截水处理的实例。,4.1规范规定的处治原则,截“拦截地表水” 根据勘测资料和施工现场观测,当地表自然沟床,汇水洼地发现有溶穴、落水洞、漏斗、竖井等为隧道地下水补给来源，补给量随季节变化，则采用拦截地表水。如为自然沟槽，采用在溶穴、落水洞、漏斗、地表陷穴四周施作浆砌片石排水沟。如地表为一溶蚀封闭洼地，则可采用截水沟，泄水暗管，泄水暗管将水引到隧道渗泄区以外。如下图为一隧道地表水截水处理的实例。,4.1规范规定的处治原则,截,4.1规范规定的处治原则,排引排地下水当隧道掘进遇到溶洞有流水时，宜排不宜堵，首先应查明水源，涌水量，流向及与隧道位置的关系，采取以排为主，截引相结合的措施常年流量大的采用开凿泄水将水排除洞外，流量小的可采用拦截引排将水引入隧道排水沟内，排出洞外。常年流量大的岩溶地下水，即隧道排水沟无法正常完全排走的水。,4.1规范规定的处治原则,排隧道设有平行导坑 地下水出露在平导一侧，比较好处理，可自平导凿泄露水洞，将水引入平行导坑排走。当地下水出露在平行导坑的另一侧,则需将水排引到平行导坑一侧,再由平行导坑开凿至正洞的泄水洞将水引入平导排出至洞外。下面介绍地下水出露在平行导坑的另一侧排水情况,4.1规范规定的处治原则,隧道设有平行导坑“排水” 当地下水出露在平导另一侧，拱顶上部，或隧道拱顶以上时,可在拱顶以上设渡槽，横跨隧道，将水引至平导一侧由泄水洞排至平导。渡槽两端置于拱顶以上的岩帮上，然后用竖向暗沟，将水引至泄水洞，再引入平导，排出洞外。,4.1规范规定的处治原则,隧道设有平行导坑“排水”,4.1规范规定的处治原则,隧道设有平行导坑“排水” 当地下水出露在平导另一侧，拱顶至隧底标高，可采用竖向间沟或在隧道衬砌范围外用浆砌片石拦水墙拦截地下水，当地下水出露较高时用间沟，出露较低时用拦水墙，然后用暗沟或暗管将水引至平导一侧，再由泄水洞排往平导排至洞外。,4.1规范规定的处治原则,隧道设有平行导坑“排水”,4.1规范规定的处治原则,当隧道未设平行导坑时，其在隧道部位的处理方法，基本同有平行导坑，但泄水洞要选择适当位置将水排除至洞外。一般涌水即利用隧道排水沟能正常泄排走的水。在隧道施工中常遇到的是一般涌水。仍以引排为主，其处理方法是：涌水在隧道顶上部出露的，采用在衬砌范围以外，拱部设渡槽和墙部竖向暗沟，将水引至墙脚外侧，在衬砌边墙脚留一暗洞或理设钢管将水引入隧道排水沟，当涌水出露在边墙部位，在边墙衬砌以外可设竖向盲沟或暗沟、将水引至边墙脚外侧，在边墙衬砌时，墙脚留一暗洞或理管将水引入隧道排水沟排出洞外。,4.1规范规定的处治原则,堵1）对已停止发育，径跨不大，无水或渗水较小量，可根据其与隧道相交的位置及其充填情况，采用浆砌石或砼回填封闭，并辅以适当的引排水。,4.1规范规定的处治原则,堵 溶槽位于隧道拱部,横穿隧道且有水,但溶槽不大,有部份充填物。采用浆砌征石回填封堵拱顶，其宽度至拱脚外2m，并在涌水侧，作竖向暗沟或盲沟，将水引入隧道排水沟,4.1规范规定的处治原则,堵 溶洞们于隧道中部或一侧,仍采用浆砌片石封闭,渗水引入隧道排水沟 溶洞隧底部且较小时,仍采用浆砌片石或砼封闭。,4.1规范规定的处治原则,堵2）隧道穿过溶洞,下部为充填物,拱部以上空洞,可采用加强衬砌,拱顶以上设浆砌片石,浆砌片石以上设干砌片石封闭.如空洞过高,可视岩石破碎程度,对空穴岩壁可进行适当喷锚加固。下图为轿顶山隧道K58+167K58+177一段,隧道洞身穿过溶洞充填物,充填物干燥紧密,拱顶为空洞的处理实例.衬砌改为类围岩,曲墙有仰拱,拱部增设钢轨骨架。,4.1规范规定的处治原则,堵 2）隧道穿过溶洞,下部为充填物,拱部以上空洞,可采用加强衬砌,拱顶以上设浆砌片石,浆砌片石以上设干砌片石封闭.如空洞过高,可视岩石破碎程度,对空穴岩壁可进行适当喷锚加固。下图为隧道洞身穿过溶洞充填物,充填物干燥紧密,拱顶为空洞的处理实例.衬砌改为类围岩,曲墙有仰拱,拱部增设钢轨骨架,4.1规范规定的处治原则,越 当溶洞较深时,不宜采用堵填封闭的方法,可采用梁、拱跨越，钽梁端或拱座要置于稳固可靠的基础上，在隧道施工中，以梁跨越较多，且施工较为方便。 当隧道道边墙悬空时，设钢筋砼或钢轨托梁通过，隧道底部以钢筋砼梁通过，易于施工，质量可靠。如宜珙铁路马蹄山隧道K61+780K61+798段为一大溶液洞,隧道全断面位于溶洞内,且溶洞很深不宜回填。变更设计，两侧边墙下设38kg/m旧钢轨束钢筋砼托梁长16m通过。隧底设16m钢筋砼梁跨过。施工时托梁基础和桥台一起施工。,4.1规范规定的处治原则,4.1规范规定的处治原则4.2 工程实例4.3 小结,4.隧道施工中岩溶的处治技术,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）1、工程概况2、溶洞段结构设计3、施工方法,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）1、工程概况圆梁山隧道DK353+200DK355+400穿越毛坝向斜高压富水区。毛坝向斜南段呈北北东向，北段渐变为北东向，西翼高，东翼低，呈长舟形，南北长65km，东西宽2351m(图1)，为一封闭、可溶、不透水的盆状构造，地层岩性主要为灰岩，采用“以堵为主、限量排放”的治水原则。施工揭示，毛坝向斜深部局部地段大型溶蚀裂隙相当发育，岩溶水也非常发育，在隧道穿越的毛坝向斜核部和两翼的二叠系吴家坪组(P2w)和茅口组(Plm)灰岩地层中深部岩溶十分发育，隧道开挖共揭露3个大型充填溶洞即：1号溶洞，范围向斜西翼DK354+255+285充填溶洞；2号溶洞向斜东翼DK354+461+492充填溶洞；3号溶洞向斜东翼正洞DK354+870+920爆喷型突泥溶洞(即DK354+879溶洞)，溶洞垂向发育强烈。3个充填溶洞在施工开挖时，有2个充填溶洞爆发了高压岩溶涌水突泥灾害，尤以2号溶洞处理时间最长，难度最大。在埋深600m以下发育如此大规模溶洞，实属罕见。,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）1、工程概况,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）2、溶洞段结构设计1）处理原则采用排水方案，洞内涌水量将增大，特大暴雨后， 洞内涌水量可达806 104m3d，推测(特)大暴雨之后瞬时涌水量最大可达30 m3s，其影响半径约5km，影响范围将大于35 Km2。按环境保护要求，应采取“以堵为主”的工程措施。对地下水实施全面封堵，防止溶洞充填物流失，注浆只作为维护施工期间洞室稳定和保证施工安全的措施。该方案对隧道衬砌结构要求高。2）设计采用的水压压值为4.5MPa。,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）2、溶洞段结构设计3）衬砌结构根据衬砌结构在高水压条件下的受力特点，采用圆形衬砌断面，其内半径为4.17m。衬砌结构体系由注浆堵水固砂圈、初期支护、防水层(透水垫层)、抗水压结构四部分组成。其中，注浆堵水固砂圈、初期支护主要是承受围岩压力和保证施工安全；防水层(透水垫层)是改善水荷载分布；抗水压结构封堵地下水，承受全水压。承受45MPa水压时，最大弯矩37吨m，轴力2350吨，剪力93吨。，故采用C40型钢混凝土衬砌。为防止微裂缝的产生和扩展，衬砌内掺加钢纤维。钢管及型钢混凝土衬砌断面示意分别见图10、图11。,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）2、溶洞段结构设计3）衬砌结构,4.2 工程实例,4.2.1圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）2、溶洞段结构设计1）处理原则采用排水方案，洞内涌水量将增大，特大暴雨后， 洞内涌水量可达806 104m3d，推测(特)大暴雨之后瞬时涌水量最大可达30 m3s，其影响半径约5km，影响范围将大于35 Km2。按环境保护要求，应采取“以堵为主”的工程措施。对地下水实施全面封堵，防止溶洞充填物流失，注浆只作为维护施工期间洞室稳定和保证施工安全的措施。该方案对隧道衬砌结构要求高。2）设计采用的水压压值为4.5MPa。,4.2 工程实例,4.1规范规定的处治原则4.2 工程实例4.3 小结,4.隧道施工中岩溶的处治技术,岩溶隧道的处治原则可总结为：绕、截、排、堵、越 与分部开挖，加强支护相结合的原则。,4.3 小结,岩溶成因是基础、岩溶预报是关键、岩溶处治是重点岩溶隧道超前地质预报的原则 “内外兼顾，内为重；长短结合，短为重；直间并用，直为重；综合集成、长期预报”。以此确保岩溶隧道的施工安全。岩溶隧道的处治原则：绕、截、排、堵、越 与分部开挖，加强支护相结合的原则,5.个人感想,谢谢大家！,