宜万铁路岩溶隧道施工技术

三、超前地质预报技术
工序管理原则：岩溶隧道工程施工要将施工地质超前预 测预报工作纳入到施工工序管理中。 2、岩溶隧道超前地质预报范围 岩溶隧道超前地质预报范围：掌子面前方大于30m，隧道 周边以外1倍洞径。 3、隧道超前地质预报方法
三、超前地质预报技术
预测预报方法 优点 (1)一次预报距离长。在软岩条件下探测距离为 100～150m；在硬岩条件下探测距离为150～200m。 (2)一次占用掌子面时间约30min，对施工干扰少。 (3)对断层破碎带构造预报准确度较高。 (1)对断层破碎带有较高的预报准确性，对岩溶预 报有一定的准确性。(2)基本不占用掌子面，对施 工干扰少。 通过辅助导坑对正洞有较好的预报效果 (1)可根据工程需要选择合适的钻机，一次预报距 离可以选择。(2)预报的准确度很高。(3)浅孔钻探 基本不占用施工时间，费用较低。 (1)对水构造能定性判定。(2)费用低。(3)不占用 掌子面时间。 缺点 (1)对岩溶预报的准确性不高。(2)对地 下水无法预报。(3)费用较高。
PDK
II I
IID K IID K PDK DK
PDK
DK
三、超前地质预报技术
充填物为砂及卵砾石
IID K
I
DK DK DK DK
大支坪隧道990溶腔纵断面面形态图
DK
充填物为淤泥质粘土
DK
DK
DK
DK
DK
DK
三、超前地质预报技术
（5）开挖揭示情况 根据开挖揭示及隧底补勘结果，进一步锁定了溶洞发育 边界，具体为：Ⅰ线DK132+947～+957、DK133+007～+027段、 Ⅱ线ⅡDK132+913～+921、ⅡDK132+973～+997段发育大型富 水充填溶洞，沿层面及岩层走向发育，Ⅰ、Ⅱ线溶洞连通， 溶洞在拱顶以上发育高度大于20m、隧底以下发育深度为8～ 18m、线路左侧发育宽度大于20m、线路右侧尖灭于排水洞左 边墙。
水平波剖面法
三、超前地质预报技术
4、工程案例（大支平隧道990溶腔形态综合探测） 位于三叠系嘉陵江组灰岩中，薄～中厚层，岩层近直立， 隧道与岩层走向近垂直，受F3、F4断层影响多发育为易发生 突水突泥溶腔。超前地质预报应采取TSP203、地质雷达、长、 中距离多孔水平钻孔、超长炮孔10孔等综合探测。
四、释能降压技术
（3）揭穿溶腔方案的提出与比选
2008年4月3日，建设指挥部组织参建各方成功对马鹿箐 隧道泄水洞978溶腔进行处理。通过系统总结和完善马鹿箐
溶腔处理经验，建设指挥部提出采取揭穿溶腔的方案来处理
高压富水充填溶腔。 注浆法和冻结法受地层不均匀性、材料选择、技术水平 影响很大，难免出现盲区，安全评估难度较大。而揭穿溶腔 法可以通过“探明溶腔、判释溶腔、锁定溶腔、打开溶腔、 处理溶腔”的方式对溶腔实施揭示，更具有安全可靠性。 2008年11月25日云雾山隧道“526溶腔”成功实施揭穿 溶腔，形成了释能降压法。
三、超前地质预报技术
（3）短距离超前钻孔 在DK132+923掌子面4孔超前探测的基础上，在 DK132+940掌子面进一步超前5孔探测，探明DK132+950～ +956段发育充填溶腔，充填物为砂卵石及粘土，钻孔少量涌 水，涌水量60～180 m3/d。
三、超前地质预报技术
（4）长距离探孔探测情况 I线DK132+940、DK133+035及II线IIDK133+020掌子面各 布置了3孔55m深长距离探孔，正三角形布置，都带外偏角。 由于各掌子面在长距离探孔前都进行了30m的帷幕注浆， 长距离探孔对掌子面前方30m范围的地质情况判断可能有出入， 该段应参考短距离探孔资料。 综合探明：I线DK132+947～+958、DK133+004～+027间、 Ⅱ线ⅡDK132+913～+921、ⅡDK132+973～+997间发育大型富 水充填溶腔，溶腔基本上沿层面及岩层走向发育，I、Ⅱ线溶 腔贯通，尖灭于排水洞左边墙。溶腔形态如下图。溶腔充填 物性质主要为砂卵石及粘土。
（1）TSP203超前地质预报探测结果 DK132+928、+937、+950、+970、+985等处存在岩溶异 常、发育地下水；DK132+994～DK133+006、DK133+027～ +062段波速偏低，可能为岩溶破碎带，富含地下水。 （2）地质雷达探测成果 DK132+923～938段15m范围内，围岩较破碎； DK132+938～953段15m范围内，岩溶裂隙发育。
Fra Baidu bibliotek
一、宜万铁路隧道工程概况
根据每座隧道的工程地质、水文地质条件，发生突涌水突
泥的几率、规模、危害程度等，确定其风险等级，其中Ⅰ级风 险隧道8座、Ⅱ级风险隧道26座。
一、宜万铁路隧道工程概况
岩溶发育规律：
① 平面上具有地带性 规模大延伸长的大型岩溶主要分布在清江及支流岸边2～ 4km的岩溶水排泄区范围内，远离岸边的岩溶水补给及径流区 地带溶洞规模一般较小。 ② 垂向上具有成层性 第一层：洞口标高大于1500ｍ；第二层：洞口标高1100－ 1300ｍ；第三层：洞口标高多集中800－1000ｍ；第四层：洞 口标高600－800ｍ；第五层：洞口标高小于600ｍ。 其中一、二层规模小，分布局限，三、四、五层分别构成 清江流域上、中、下游规模庞大的洞穴系统。
TSP法
地质雷达法
(1)对地下水无法预报。(2)一次预报距 离较短，一般为10～40m。(3)费用较高。 长大隧道普遍采用，但费用很高，短隧 道很少采用。 (1)深孔钻探需要专用钻孔机械。(2)深 孔钻探占用掌子面时间较长。(3)费用 高。(4)一孔之见，较难形成面的概念。 (1)对水量大小无法预测，对断层破碎 构造无法预报。(2)预报距离短，一般 为20～30m。
超前导洞法
超前水平钻探法
红外线探水法
高密度电阻率法
(1)对水构造判定较好，对断层破碎带能预报 。(2) (1)受施工空间限制。(2)在隧道工程中 一次预报较长，一般为50～100m。 很少采用，经验少。(3)费用高。 (1)对岩溶预报有一定的准确性。(2)基本不占用掌 子面，对施工干扰少。 (1)主要应用于岩溶揭示后几何型态的 判定，超前预报的应用较少。(2)费用 较高。(3)一次预报预离较短，一般为 30～50m。
一、宜万铁路隧道工程概况
岩溶形态：
地表：峰丛洼地、溶蚀－侵蚀峰丛沟谷、溶丘洼地、溶丘 谷地、岩溶干沟、岩溶槽谷、岩溶沟、石芽、溶槽、消水洞、 漏斗、渗坑、落水洞等。
一、宜万铁路隧道工程概况
地下：暗河、溶洞、天窗、竖井、岩溶管道、溶缝、地下
廊道、化学沉积物，石笋、石柱、钟乳石、边石坝、石幔等。
一、宜万铁路隧道工程概况
块石、孤石。
四、释能降压技术
（2）判释溶腔 马鹿箐隧道地表发育5条暗河，其中2条对隧道有直接影 响。地表汇水面积约14.6平方公里。 由于该溶腔规模大，水 文条件复杂，因此，应采用释能降压法处理。
四、释能降压技术
(二)释能降压技术主要内容 （1）释能降压法的概念与主要内容 释能降压法是针对复杂的高压富水充填溶腔所采取的有
计划、有目的的精确爆破揭示，释放溶腔所存储的能量，降
低施工及运营过程中水土压力对隧道的安全风险，之后，根 据溶腔特征进行针对性处理。 主要内容包括：岩溶特征分析、临近界面锁定、相邻洞 室分隔、洞外排水规划、专项精确爆破、预警预报监控、配 套措施实施。
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
经统计，马鹿箐隧道“978溶腔”发生大规模突水突泥突石 21次，泥突石总量约25万方，突水峰值流量约30万方/小时。
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
2、野三关隧道“602溶腔”突水突泥突石
2007年8月5日凌晨0:57，野三关隧道Ⅰ线里程DK124+602
处正在出碴时，发生突水突泥突石，瞬间最大涌水量约15万 方/小时，涌出泥砂与块石约5万方，将洞内机械设备冲走约
三、超前地质预报技术
+914
+006
+940
四、释能降压技术
(一)释能降压方案的提出 （1）面临的困境与思考 宜万铁路多次遭遇突水突泥突石灾害，夺走了多名作业 人员的生命，造成了巨大的经济损失，令人心痛。安全问题
是摆在宜万铁路工程建设面前的首要问题，也是核心问题。 有必要寻找更加安全可靠的技术方案。 （2）工法的调研与论证 专家认为：帷幕注浆方案和冻结方案从技术上是可行的， 但没有类似工程实例，安全风险仍然很高。对此，建设指挥 部开始组织各方研究新的技术方案。
四、释能降压技术
（2）释能降压法的二十四字施工要点 探介质、锁边界、选时机、精爆破、严监控、畅排放、
细处理、勤检查。
（3）释能降压法框图
四、释能降压技术
四、释能降压技术
(三) 释能降压技术的实施 1、马鹿箐隧道“978溶腔” （1）查找溶腔 “978溶腔”发生“1·21”突水后，在进口增设4696m泄 水洞。通过正洞与泄水洞对溶腔探测，Ⅰ线溶腔长26m、Ⅱ 线溶腔长12m、泄水洞溶腔长17m。充填淤泥质黏土夹碎石、
砂突石6次，涌砂突石总量约6万方
，突水峰值流量约1万方/小时。
三、超前地质预报技术
1、超前地质预报的主要原则 岩溶发育的复杂性和特殊性决定了岩溶隧道施工应形成 综合超前预测预报体系，包括综合预报原则、方法选择原则、 工序管理原则和保证运营原则。 综合预报原则：以地质分析为主线，物探方法为手段、 多种方法相互印证和补充，并配置具有一定经验的预报人员， 同时并注重预报成果与开挖实际对比分析的综合预报原则。 方法选择原则：地表和洞内相结合原则；长距离和近距 离相结合原则；宏观控制和微观探测相结合原则；构造探测 和水探测相结合原则；地质法-物探法-钻探法相结合原则。
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
4、云雾山隧道“617、526组合溶腔”突水涌砂淹井 2008年7月21日，云雾山隧道出口DK245+645掌子面超前 探孔时发生突水涌砂，涌水量约780方/小时，涌砂量约1000 方，涌水造成Ⅰ线淹井1035m、Ⅱ线淹井710m。9月6日，10# 横通道超前探孔时再次发生突水涌砂，造成淹井。 经统计，云雾山隧道“617、 526组合溶腔”共发生大规模突水涌
一、宜万铁路隧道工程概况
工程简介：
宜万铁路东起宜昌、西止万州，是横跨我国东中西部的重 要铁路通道和重要纽带。线路全长377公里，主要沿清江与长 江分水岭靠北侧地带，共有159座隧道，总长338.771km，隧线 比达60.13%。长度大于3km的隧道18座，大于10km的隧道3座。 岩溶隧道91座，总长度239km，占全线隧道数量比例57%。
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
1、马鹿箐隧道“978溶腔”突水突泥 2006年1月21日凌晨6:00，马鹿箐隧道出口平导反坡施工 到PDK255+978里程，爆破后正准备出碴时，掌子面突发涌水，
峰值涌水量30万方/小时。突水突泥约7小时后稳定为300方/小
时。突水突泥造成多名作业人员遇难，经济损失巨大。
岩溶隧道工程难点： 全线约70%的隧道位于灰岩地区，岩溶强烈发育，地质条 件极端复杂，并组成不同类型的储水构造，在地壳运动和特殊 的水动力作用下，形成复杂的岩溶管道、溶隙网络系统，隧道 遭遇灾害性的突水突泥和诱发环境地质灾害的可能性极大，隧 道突水突泥风险巨大，其规模、数量及工程处理难度为国内外 罕见。工程极为艰巨，施工风险极大。
500米后扭曲解体。突泥突石堆积长度约400m，造成多名施工
人员遇难，经济损失巨大。
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
经统计，野三关隧道“602溶腔”共发生大规模突水突泥
突
二、岩溶隧道突水突泥突石灾害
3、大支坪隧道“990溶腔”突水涌砂 2008年4月30日11:30，大支坪隧道ⅡDK132+913上半断面 开挖时，专职安全员发现异常，立即下令撤人。随后，发生 大规模突水涌砂，涌砂量约4000方，涌砂长度200m。由于措 施得力，本次未造成人员伤亡。 经统计，大支坪隧道“990溶腔”共发生大规模突水涌砂 9 次，涌砂总量约7万方，突水峰值流量约1.2万方/小时。
宜万铁路岩溶隧道施工技术
报告人：谭忠盛
北京交通大学隧道系
博士
教授、博导 常务理事、副秘书长
中国土木工程学会
隧道及地下工程分会
2010年12月11日
主要报告内容 一、宜万铁路隧道工程概况 二、岩溶隧道突水突泥突石灾害 三、超前地质预报技术
四、释能降压技术
五、信息化注浆技术
六、岩溶整治技术
七、风险管理技术