岩溶隧道施工技术与风险管理

岩溶隧道施工技术与风险管理交流提纲岩溶分类岩溶隧道施工技术岩溶隧道风险管理岩溶分类隧道岩溶发育虽千奇百怪、复杂多变，无规律性，但也有其内在的类型特征。特别是灰岩地区，岩溶强烈发育，构造十分复杂，补给水源丰富。根据其不同的类型特征，采取五种分类方式，从而“对症下药”，制定出“规模对策”、“充填性对策”、“充填物对策”和“水对策”，实现岩溶“标准化”治理。岩溶分类洞穴型岩溶分类无充填大型干溶洞岩溶分类半充填大型干溶洞2006年8月5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长100m、横向宽150m、向上高出拱顶以上10m、向下深21m。龙麟宫隧道DK231+796半充填大型溶洞岩溶分类大型富水充填淤泥、块石溶洞2009年11月5日揭示该溶洞。溶洞发育纵向长15-25m、横向宽大于400m、向上高出拱顶以上30m、向下深10m。马鹿箐隧道DK255+978富水充填大型溶洞岩溶分类充填块石土型岩溶分类充填粉细砂型岩溶分类充填泥水型岩溶分类充填清水型岩溶分类隧道与暗河正交型岩溶分类高压富水型岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶及岩溶水治理基本对策根据岩溶分类，针对不同类型岩溶，制定基本处治对策。①洞穴型、管道型岩溶：回填方案②充填型岩溶：注浆加固+大管棚方案③过水型岩溶：引排方案④大型干溶洞（主要针对基底处理）：托梁+板跨方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、路基填筑方案、梁跨方案⑤岩溶水治理：注浆堵水方案、泄水洞方案、堆积体加固堵水方案、绕避方案、释能降压方案岩溶隧道施工技术与工程实例工程实例：①洞穴型、管道型岩溶对策：回填方案[案例]2004年10月3日，某隧道DK108+865处揭示岩溶洞穴，直径约3m。针对该岩溶洞穴，采用I18钢架C20砼护拱，外设干砌片石缓冲层。溶洞内预埋竖向排水盲管。岩溶隧道施工技术与工程实例②充填无水型岩溶对策：周边注浆加固+大管棚方案注浆加固+大管棚方案标准模式图岩溶隧道施工技术与工程实例[案例]2005年10月15日，某隧道开挖揭示DK247+562特大型充填块石土岩溶，岩溶纵向发育Ⅰ线为DK247+563～+445(长118m)，Ⅱ线为ⅡDK247+573～+435(长138m)，溶腔向线左发育，宽约60m，基底以下局部深度超过80米。对该溶腔采取“超前注浆+大管棚”方案处理后通过。岩溶隧道施工技术与工程实例隧道中线内轨顶面二次衬砌初期支护管棚导向墙管棚帷幕注浆孔帷幕注浆、管棚布孔图帷幕注浆施工岩溶隧道施工技术与工程实例马鹿箐隧道注浆管棚法施工马鹿箐隧道三台阶法开挖岩溶隧道施工技术与工程实例③过水型岩溶对策：引排方案针对过水型岩溶，原则上引排维持既有通道方案处治，不得随意对岩溶管道堵塞，以免形成水害。[案例]2005年8月11日，某隧道进口开挖揭示DK119+512隧底发育过水型岩溶，右侧为岩溶大厅。岩溶为两头窄的芒果状，最宽处约18.3m，岩溶水流自左向右流入大厅消水洞，旱季水流量为43m3/h。针对该岩溶：清除大厅内堆积体，锚网喷防护，隧道基底采用“托梁+钢筋砼板”跨越，隧道结构加强。岩溶隧道施工技术与工程实例[案例]2005年3月29日，某隧道开挖到DK61+473，超前探测表明前方为正交型过水岩溶管道，经放水试验，最大流水量为540m3/h。后爆破开挖，发现管道由左拱腰向右拱脚发育。入水口直径分别为1.5m和0.7m，出水口直径为1.5m。针对该岩溶，采用φ600mm波纹管引排、浆砌片石回填、隧道结构加强。岩溶隧道施工技术与工程实例④大型干溶洞：托梁+板跨方案、型钢混凝土+板跨方案、钢管群桩方案、桩基+承台方案、填筑路基方案、梁跨方案[案例]2005年6月20日，某隧道开挖到DK240+890处，隧道左边墙发育一横向溶槽，宽6m，纵向长20m，向下深不见底。针对该岩溶，基底采取“型钢混凝土+板跨”方案、隧道结构加强。型钢混凝土+板跨岩溶隧道施工技术与工程实例[实例]某隧道开挖到DK139+598时，揭示出一条斜穿隧道的干溶洞。溶洞自左上向右下发育，横向宽30m，纵向长9m，向上高20m，向下深6.5m。针对该岩溶，基底采“钢管群桩注浆加固”方案、隧道结构加强。钢管群桩注浆加固岩溶隧道施工技术与工程实例[案例]2009年9月23日，马鹿箐隧道开挖到DK255+978处揭示大型半充填型溶洞，溶洞纵向长15-15m，轨面以上45m，轨面以下左墙脚下0～10m。针对该岩溶，基础采取“桩基+承台”方案。桩基+承台岩溶隧道施工技术与工程实例+978溶腔I线溶段段隧底处理剖面图I线溶腔段桩基施工内轨顶面桩基（示意）DK255+925DK255+976万州宜昌▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲推测溶洞边界注浆加固区注浆加固区DK255+946DK255+964岩溶隧道施工技术与工程实例[案例]2005年6月4日，某隧道出口施工到DK232+467时，揭示DK232+467～+397特大型溶洞。溶洞纵向长约70m，横向宽约50m，深约80m，基底为堆积体。受施工爆破影响，6月19日18:48顶部覆层坍塌。该岩溶基底采取“路基填筑、注浆加固”方案。路基填筑+注浆加固岩溶隧道施工技术与工程实例[案例]2006年1月2日，某隧道施工至DK237+091处，揭示一溶腔，该溶腔沿线路纵向发育30m，拱顶以上发育20～30m，隧底以下发育10～20m。溶腔横穿隧道，发育至隧道左侧边墙外28m，隧道右侧边墙外约22m斜向下发育一落水洞，落水洞深度未知。针对该隧道基底，采取“拱跨”方案。采用1-22.5m实腹式拱跨结构，拱圈为半径18.75m的钢筋混凝土圆弧板拱，矢高3.75m，矢跨比1:6。拱桥拱圈及拱座上回填C15混凝土形成桥面。对局部溶腔，采用C40混凝土回填。拱跨方案岩溶隧道施工技术与工程实例变形缝σ0=1000kPa内轨顶面拱跨弃碴回填变形缝σ0=1000kPa▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲轮胎缓冲层万州▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲溶洞边界C25钢筋砼护拱宜昌▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲弃碴回填σ0=1000kPa▲▲▲▲▲过水通道▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲▲拱跨线中线线Ⅱ中线线Ⅰ中道隧缓冲层▲▲▲▲▲▲▲▲拱跨拱罩溶洞发育轮廓线溶洞处理纵断面溶洞处理典型横断面清危石→喷锚网防护→拱罩下拱跨→拱罩结构→隧底拱跨→隧道结构施工顺序：岩溶隧道施工技术与工程实例⑤对岩溶地下水的对策：注浆堵水方案泄水洞方案堆积体加固方案绕行方案释能降压方案岩溶隧道施工技术与工程实例序号治理方案优点缺点适用范围1注浆堵水方案加固围岩、控制排放、对环境影响小高压、动水条件下注浆不易控制充填型贫水溶洞、富水裂隙带、低压富水充填型溶洞、断层等2泄水洞方案降低水压、隧道结构安全性好对环境可能造成一定影响大型高压富水溶洞、高压富水溶槽等3堆积体加固堵水方案改善围岩条件、提高围岩抗渗性动水条件下注浆不易控制大型堆积体、暗河大厅堆积物4释能降压风险可控、安全性好、经济效益好对溶洞具体边界及补给条件的确定存在困难大型高压富水溶洞5绕避方案降低处理难度、对环境影响几乎没有影响大型溶洞不易绕避；绕避过程中可能会揭示新的不良地质边界明确的溶洞及溶槽岩溶隧道施工技术与工程实例泄水洞方案横向过水通道设计岩溶隧道施工技术与工程实例泄水洞方案型排水支洞、钻孔泄水示意图岩溶隧道施工技术与工程实例堆积体加固堵水方案[实例]五爪观隧道DK49+274～DK49+345段与五爪观暗河正交,暗河最大流量36000万方/小时。暗河岩溶大厅横向宽约120m，为巨块状崩塌块石充填。该段路肩设计标高约542m，堆积体顶部标高约582m，岩溶大厅顶板最高处标高约600m。暗河岩溶大厅堆积体上部为巨块状崩塌块石，下部为卵石土、块石土及粉质黏土夹砾砂等组成，饱和、透水性好。卵石磨圆度好，直径2～9cm,个别达11cm以上；顶板及周壁为坚硬完整灰岩。根据该岩溶暗河特点，采取“堆积体加固堵水，抬升暗河”方案，总体处理顺序为：清除堆积物→施做大里程端底板→分段施做截流区注浆、挡水坝→排水渠区注浆、修建排水渠、导流→大里程区钻孔注浆、小里程区底板→小里程区钻孔注浆。岩溶隧道施工技术与工程实例岩溶隧道施工技术与工程实例绕行方案[案例]某隧道进口平导施工至PDK364+005时，超前探测表明：前方发育高压动水充填粉细砂层溶洞，溶洞由左向右发育，左侧规模大，右侧规模小，探测表明右侧纵向长度4～5m，但左侧经多次注浆后，由于高压动水粉细砂层注浆难度大，仍无法探到对方基岩。针对隧道进口反坡施工特点，以及平导的功能特点，对该岩溶不再处理，采取“绕行”方案。绕行后顺利通过规模较小的充填粉细砂层溶洞。岩溶隧道施工技术与工程实例释能降压方案释能降压法是针对高压富水充填溶腔采取有计划、有目的精确爆破，释放溶腔所存储能量，降低溶腔施工及运营过程水土压力。之后，通过配套处治措施完成溶腔治理。“释能降压法”施作程序岩溶隧道施工技术与工程实例泄水洞泄水孔施工岩溶隧道施工技术与工程实例泄水洞泄水岩溶隧道风险管理超前地质预测预报专项机制突发性事件防范应急预案专项机制应对复杂地质、工程难题的施工预案专项机制重难点工程监控专项机制量测监控专项机制施工工艺监控专项机制严格考核奖罚专项机制信息收集、反馈和快速反应专项机制八项机制岩溶隧道风险管理超前地质预测预报岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理岩溶隧道风险管理突发性事件防范应急预案专项机制（1）重点针对：不良地质灾害——隧道突水突泥、坍塌冒顶、高地应力引起的硬岩岩爆、软岩大变形、有害气体突出（瓦斯、天然气）等；自然灾害——山洪、泥石流、山体滑坡、崩塌落石等；水上及高空作业突发安全事件；项目所在地环境破坏和对居民安全的影响；既有线铁路行车和公路交通安全突发事件等。（2）预案应有较强的针对性、合理性和可操作性，包括组织机构及内部责任制，预警预报机制，防范措施，救援方案和技术、设备物资、医疗后勤保障等。（3）对易发生突发性事件的重点部位经常进行检查，定期演练预案，定期检查储备的救援物资、机具设备，保证能够随时启动，防范有效。岩溶隧道风险管理应对复杂地质、工程难题的施工预案专项机制应对可能出现的隧道突泥、突水、瓦斯（天然气）突出、坍塌冒顶、高地应力（硬岩岩爆、软岩大变形）等，以及隧道反坡排水、帷幕（径向）注浆、陡坡顺层路基、堆积体、滑坡、软土路基、特殊结构桥梁施工等复杂地质、工程难题，分别制订详细的设计、施工预案，并根据施工进展和所揭示的地质情况适时进行优化调整，实施动态管理。岩溶隧道风险管理重难点工程监控专项机制监控的主要内容：（1）安全、质量、工期、环保保证体系的建立和运行，责任制和管理制度的落实情况等。（2）施工安全符合国家《安全生产法》、《建设工程安全生产管理条例》和《铁路工程施工安全技术规程》要求，无等级责任事故。重点是：隧道突水突泥、坍塌冒顶、高地应力（硬岩岩爆、软岩大变形）、有害气体（瓦斯、天然气）突出等；陡坡、斜井施工；爆炸品储运、使用管理；既有线施工；高空作业；水上作业；突发性事件防范预案等。（3）工程质量符合《规范》和《验标》规定，无等级质量事故。重点是：施工方案、工艺的制订和审批；贯通测量；工艺标准示范段工程；隧道光面爆破，初期支护、二次衬砌的监控量测；桥梁桩基；路基基底及过渡段；原材料、构配件的的检查验收和施工过程的试验、平行检验；重点部位和关键工序的旁站和隐蔽工程检查等。（4）工期满足总工期要求。重点是：单位工程总体进度计划；阶段性工期计划及关键节点工期；月、季、年基建投资计划；计划保证措施等。（5）环境保护和水土保持