隧道监测及地质超前预报技术

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破碎灰岩（块石堆积物）
图 马鹿箐泄水洞溶腔界面示意图（单位：cm）
马鹿箐隧道+978高压突水突泥溶腔
溶洞边壁
支溶洞
“+978”溶洞横断面示意图
支溶洞
出口掌子面揭示溶洞
大岗山 3#胶带机洞工程地质纵剖面图
大岗山 09年8月5日3#胶带机洞突水塌方后出口情况
突水突泥段示意图
★日本青函隧洞（2130m）火山角砾岩、凝灰岩断裂带，突水量 10.08×104m3/d，水压2.16MPa，死亡34人，伤残1300余人，经5个多月才控制 ，工期推迟10年
★日本旧丹那隧洞(7.804km)，6次大的突水涌泥，最大突水量达 19.35×104m3/d，涌泥量7000余立方，水压达1.14~4.12MPa，造成严重伤亡， 工期长达16年之久
+2.4cm -8.3cm
+18.0cm +32.0cm
支护线 开挖线
+28.3cm -8.0cm +12.5cm -7.3cm -4.0cm +24.8cm
+22.2cm
图 深溪沟排水洞 K0+294.8m实际开挖断面图 塌方事故多发，工期延长1年，投资增加近一半
• 2007年11月20日8:40，高阳寨 隧道岩崩约3000m3。亡35人
报告目录
一 ？监控和预报--隧道施工地质灾害
二 ？监控--隧道监控量测技术方法 三 ？预报--隧道地质超前预报技术与方法
1.隧道施工地质灾害类型及其危害
★勘察设计阶段：查明工程地质条件、评 价主要工程地质问题。宏观、整体
★隧道施工阶段：方案实施，验证勘察成 果。具体、局部、细微
局部的、随机的不良地质洞段成为施工最大的 安全隐患。主要施工地质灾害：
瓦房子 1500 1400 1300 1200 1100 1000
900
岩溶台原、洼地区 大坪
T13d
地表径流 T11j
T14d
斜坡峰丛槽谷区 小马滩落水洞 马2钻孔
T12j
泄水洞 平导
正洞
泄水洞位置水文地质特征示意图
凉风洞
凉风洞底标高 1046m
溶腔边界
XDK255+979 +981.9
+983.6
★塌方 ★岩溶、突水突泥 ★高低温 ★瓦斯 ★围岩大变形 ★岩爆
1.1 隧道塌方
★在隧道施工中经常发生的一种事 故，会造成停工、人员伤亡、设备 损坏等后果。 ★多发生在围岩类别低，岩体质量差， 含水丰富，断层、岩脉破碎带，特 殊岩土体等处
已施工初期支护未塌方段为ZK71+692～800 段和ZK71+837～ 888.8 段。隧道洞内塌方体初步估算约2500m3， 塌落体主要为 粒径10～100cm 的单个块石和碎块状炭质灰岩，分析塌方的主 要原因是地质突然恶化，ZK71+810.5附近为一小型破碎构造带 ，围岩自稳能力差，地下水量大，开挖时未及时支护，造成局 部坍塌，并影响前后掌子面连锁反应，从而造成大塌方。
国内外隧道突涌水灾害
★宜万铁路五爪观隧道，长3724m，单面坡。隧道进口附近发育五爪观暗
河。在陡崖上，以悬挂泉形式溢出 “五爪水泉”，供五爪观电站发电 用水，也为兰草谷景区景点之一
2006年1-21日凌晨6点，宜万铁路马鹿箐隧洞掌子面拱顶突水崩溃 ，13人被堵在洞内，2人被冲出洞外生还，11人遇难。溶腔内水压 力为0.8～1.2MPa，泄水量为1000～5000m3/h
2011年7月18日，大连胜利路附近正在施工的一条 隧道发生坍塌事故，12名施工人员被困。
2008年12月16日，大岗山主厂房第Ⅰ层厂 塌方 1200m3，处理1.5年
26.84m
21.79m
-26.6cm -18.9cm
R343.0cm
-3.4cm
477.0cm
+17.8cm -1.9cm -8.2cm
破碎带围岩大变形
1.6 岩爆
★因开挖卸荷致使洞壁应力重分布，储存在岩体内 部的弹性应变能突然释放，发生爆裂松脱、剥落 弹射甚至抛掷现象的一种动力失稳地质灾害
★硬脆性围岩、高地应力条件
岩爆 岩爆区
为什么要对隧道进行监控和预报？
隧道施工 过程中存 在各种地 质灾害因 素
在孕育有一定 风险环境的隧 道工程中，就 有可能发生各 类风险事故， 从而对承载体 系带来各种各 样的损失
1.2 岩溶、突水突泥
★常见于降雨量较大、地存在表水体、 地下水丰富的地区施工的隧道。
★出现涌水的地方不一定会有岩溶，但 是出现岩溶的地区多数伴有突水突泥。
★发生突水后，会造成停工、设备冲毁、 人员伤亡等。
★京广线大瑶山隧洞，突水量3 万m3/d ★成昆线沙木拉达隧洞，最大达5. 2万m3/d多次突水，停工32 d ★襄渝铁路大巴山隧洞，中断3月，最后采取绕避 ★大秦线军都山隧洞 ★成昆线上的红庙隧洞，因突水难以整治而改线 ★衡厂夏线衡韶段，发生14次大型涌泥突水，约100万m3，地表 陷穴40多处。工期延长近2年，造价增加50% ★渝怀铁路圆粱山隧洞 ★水柏铁路何家寨隧洞，22次大涌水、泥砂，延迟半年，增加投 资数千万元
★其他：氡、氦等放射性气体
1.5 围岩大变形
★围岩变形量超过了设计变形量，造成施工困难，就 认为发生了围岩大变形。
★围岩的变形、失稳破坏主要是由围岩的固有属性、 结构体和岩体结构面的性状和应力条件不利引起。
★发生在软岩地层（软夹层）、断层破碎带、大范围 岩溶充填物、岩体节理裂隙不利组合和内存坍塌物 的废弃矿巷在隧道掌子面前方出现位置、性质及规 模的预报。
1.4 瓦斯爆炸
★一定浓度的甲烷和空气中的氧气在一定温度作用 下产生激烈氧化反应。当隧道里的甲烷浓度超过 16%时，它不会燃烧和爆炸；但是当浓度超过40% 时，可以使人因严重缺氧而窒息或死亡。
★瓦斯气体主要赋存、聚集于岩体内的裂隙、孔隙 内，因岩体内裂隙、孔隙的发育具随机性，故瓦 斯溢出的时间和部位都具有明显的随机性。
1.3 高地温
在火山带的地区修建隧道或深部地下工程，会遇 到比较高温高热，地层可能会喷出热水或者有害 气体，使人烫伤或中毒，严重者死亡。
表1列举了国内外部分深埋长隧道的地温值及穿 越的主要地层岩性。地温值与隧道所在地区的地 层岩性、地质构造、近期岩浆活动等因素都有密 切关系。此外,地温值还与地下水的状态有关,很 多已建成的隧道原预测温度很高,但实际施工时发 现并不高,如西康铁路秦岭隧道。