圆梁山隧道深埋充填性溶洞“爆喷”的机理分析
圆梁山隧道毛坝向斜深埋大型溶洞成因分析
色（ 含硅质 ） 灰岩和硅质灰岩不等厚 互层 。
２ ｍ以下 ， ０ 厚度在 ２ １ｍ之间 。两个岩溶腔体均充 满了软塑状 ￣ ０ 粉质粘土夹粘土 。
３２ Ｐ Ｋ ５ ＋２ ５ ． Ｄ ３ ４ ５ ～＋２ ０溶洞体 ８
、 泛
洞隙内充填物 为灰黄色、 灰黑色 ， 塑一流塑状淤泥质粘土 ， 软
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总第 １ ７ １ 期 ２０ ０ ６年第 １ 期
西 部探 矿 工 程
Ｗ Ｅ Ｔ— ＣＨＩ Ｓ ＮＡ ＥＸＰＬ ＯＲＡＴＩ ＯＮ ＮＧＩ Ｅ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ｓ ｒｅ ． １ ｅ ｉ ｓＮｏ １ ７
Ｊｎ ２ ０ ａ． ０ ６
文章 编号 ：Ｏ ４ ５ １ （ （ ６ ０ — ０ ５ — ０ １ ０ — ７ ６ ２） ） １ １ ４ ３ （ ）
３ 施工揭 示溶 洞情 况 毛坝向斜 核部 施工 中， 先后 揭 示 出多个 罕 见 的大型 充填 型 溶洞体（ 图 ２ 图 ３ 。该岩层为二叠 系上统吴 家坪组（ 。 ） 如 、 ） Ｐｗ 灰黑
岩、 硅质灰岩 ， 局部夹薄层 泥页岩 。毛坝 向斜 岩溶 形式在近 地表
以溶蚀一构造资
中图分 类号 ： ５ ． ２ 文 献标 识码 ： Ｕ４ ２ １ Ｂ
圆梁 山隧道 毛 坝 向斜 深 埋大 型 溶 洞成 因分 析
庄 金 波
（ 中铁 隧道 集团有限公司 ， 南 洛阳 ４ １０ ） 河 ７ ０ ９ 摘 要： 对施 工中遇 到的深埋大型溶洞形 态进行 了阐述 ， 根据毛 坝 向斜 的地 形、 并 地貌 以及 水文地 质情 况， 结合 岩溶形
●
、
誊
，
并沿超前 探测孔 、 溶蚀小管道及层间裂隙等部位 涌水 。地层无 自
隧道常见事故案例分析培训教程演示教学
害。
一、突水突泥事故案例
5、宜万铁路云雾山隧道
08年7月21日宜万铁路云 雾山隧道出口开挖到 3079米处，进行超前探 孔时，突然发生突水涌 沙，瞬间泥沙1千m3，最 大涌水量780m3/小时。 突泥点的埋深是700米。 该隧道的灾害是溶岩突 水突泥灾害。
6、厦深铁路梁山隧道
09年3月14日厦深铁路梁山隧 道进口开挖到2505米处，出 碴时发生小型突泥，瞬间突 泥约200m3。在进行会商处 理时，清淤，突然发生大量 突泥，瞬间突泥约8000m3， 再次突泥瞬间突泥约2万m3。 突泥后地表坍陷面积约50 m2， 深20m，突泥点的埋深是275 米。该隧道的灾害断层突泥 灾害。
看，几座隧道突 （2）圆梁山、梁山和白云三座隧道是先发生
水突泥的规模都
小型突水突泥，在处理过程中发生大规模突水
非常大，加强地
突泥灾害。 （3）马鹿菁、大支坪和象山三座隧道是注浆
质超前预测预报， 加固开挖时发生的灾害。
溶腔和断层等不 （4）六盘水隧道是溶腔采用大管棚注浆加固
良地质是可以发
通过后发生的灾害。
一、突水突泥事故案例
3、宜万铁路野三关隧道
4、宜万铁路大支坪隧道
07年8月5日宜万铁路野三关 08年4月30日宜万铁路野三关
隧道出口开挖到5444米出碴
隧道进口开挖到2771米处，
时，突然发生突水突泥突石， 注浆完后开挖，专职安全发
瞬间突出泥沙5万m3，最大
现情况异常，立即下令撤人，
涌水量15万m3/小时，将洞
06年1月21日宜万铁路马鹿菁隧 道出口平导开挖到3174米处，注 浆加固后开挖出碴时，突然发生 突水突泥，瞬间突水突泥8万m3， 最大涌水量72万m3/小时，造成 多名作业人员遇难。经济损失巨 大，影响施工一年之久。突泥点 的埋深是400米。该隧道的灾害 是溶岩突水突泥灾害。
第十四讲-隧道工程突水突泥突石灾害分析 (2)
地面卫星照片
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F11超前探孔录像
针对F11断层，制定了“分水 降压、注浆加固、交替推进、带水 作业”总体施工原则。现场组织专 业化注浆队伍，配备高效钻孔、注 浆设备，实施信息化注浆，进行标 准化管理，安全、快速完成了断层 段的处理。
47
F11标准化注浆照片
为防范风险隧道发生突水突泥灾害， 请记住以下关键词。
39
水文地质：溶腔主要受地表洼地降雨补给， 汇水面积约6平方公里。
40
经注浆试验，该溶腔采用注浆处理难 度大，确定采取释能降压方案处理。
2009年10月26日平导贯通后，通过10 个钻孔以3000立方/小时排量控制放水， 共放水65万方，水压力由0.43MPa逐渐 下降，稳定在0.01MPa后，对该溶腔爆 破。
释能降压后，溶腔水通过横通道排入 平导。基底采取加强板梁通过，确保运 营安全。
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溶腔放水降压照片
溶腔释能降压录像
溶腔释能降压后照片
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●F11断层 处理
F11断层 宽253米，埋 深270米，由 构造角砾岩、 碎裂岩和断层 泥组成，超前 探孔单孔最大 涌水量1800立 方/小时，水 压力2.3MPa。
26
（2）工序环节 灾害主要发生在开挖或清淤
两个工序环节。 （3）预测预报 从灾害结果来看，几座隧道
突水突泥的规模都非常大。加强 地质超前预测预报，溶腔或断层 等不良地质是可以发现的。
27
（4）工程处理
九座隧道中： ①野三关隧道是突发性灾害。 ②圆梁山、梁山、白云三座隧道是 先发生小型突水突泥，在处理过程中 发生大规模突水突泥造成灾害。 ③马鹿箐、大支坪、象山三座隧道 是注浆加固开挖时发生灾害。
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坍方照片
深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用
深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用我国是世界上隧道与地下工程建设规模、数量和难度最大的国家,交通、水电等国家基础设施建设重心正向地质条件极端复杂的山区和岩溶地区转移,施工中遭遇的“强突发、高水压、大流量、多类型”突涌水灾害治理堪称世界级工程难题。
本文以三峡库区翻坝高速公路、宜巴高速公路等深长隧道为依托工程,通过理论分析、数值模拟、室内实验、大型流固耦合模型试验、软件开发和现场试验等手段,深入研究充填型致灾构造的突涌水机理和风险控制,取得了一系列有理论价值和工程意义的研究成果,主要研究成果如下：(1)通过大量国内外突水突泥案例资料的系统收集与整理分析,划分了四种典型突水突泥灾害类型,提出了突水突泥灾害的典型地质模式：灾害源、突水通道和阻水隔泥构造,揭示了典型突涌水灾害源的赋存特征,建立了突涌水灾害源孕灾性判识指标体系和属性识别模型。
(2)通过引入充填体内部可动颗粒转化为移动颗粒的源汇项概念,根据阿基米德原理与达西定律,建立了充填体颗粒渗流基本模型,推导了充填体内部可动颗粒流失量的表达式,揭示了孔隙流速与孔隙率和渗透系数的表征关系；研制了大直径充填型致灾构造固流耦合试验装置,通过试验揭示了充填物不同加载速率情况下渗透流速、颗粒流失速量等参数变化规律。
(3)基于充填介质内部泥水两相混合体的非牛顿流体特性,建立了宾汉型泥水混合流体的本构方程,揭示了其在管道内流速分布规律和压降流量关系；基于基于赫斯特罗姆(Hedstrom)准数推导了泥水两相混合流体的临界流速,建立了泥水混合流体从层流向过渡的流态判别准则。
(4)针对季家坡隧道高陡倾充填型裂隙突涌水灾害,开展了隧道围岩和充填物基本物理力学性质测试,并基于测试结果研制了流固耦合围岩相似材料和充填物相似材料,采用研制的三维可视化突水突泥模型试验系统开展了充填型裂隙蓄水构造渗透失稳模型试验,揭示了充填物渗透失稳的灾变演化机制,真实模拟了充填物渗透失稳诱发突水突泥灾害的全过程。
圆梁山隧道主要地质问题及施工对策
圆梁山隧道主要地质问题及施工对策石新栋(中铁隧道集团渝怀指挥部四川重庆409800)摘要论述新建重庆至怀化铁路工程最长的隧道———圆梁山隧道,施工中所遇到的主要工程地质问题及水文地质问题,以及施工中对这些地质问题采取的处理方法及措施等,取得了明显效果。
关键词隧道地质问题施工对策1 概述圆梁山深埋特长隧道全长11068m , 是渝怀线最长的隧道,居渝怀线十大控制工程之首。
隧道进口细沙车站伸入隧道944m ,出口紧邻炭厂河一号大桥。
隧道位于重庆市酉阳县境内,地处渝、鄂、黔三省市毗连地区,为川东褶皱山地与鄂西山地、贵州高原的接触带,属中低山地形,相对高差900 余米。
主要发育毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂,向斜区内发育较多横张断裂。
地貌形态受构造和岩性控制,具带状展布特征,以褶皱构造为骨架,形成北北东向山脉和纵向河谷相间。
隧道穿越乌江水系与沅江水系的分水岭———武陵横断山脉。
地形条件十分困难,施工埸地非常狭窄,地质条件异常复杂,隧道穿越的主要地层岩性为:灰岩、沥青质灰岩、泥岩、砂岩、白云岩、煤层等。
主要工程地质问题有:岩溶、岩溶涌泥突水、高水位富水、高地应力、石油天燃气、煤层瓦斯及断层破碎带等。
隧道起止里程为DK351 + 465～DK362 + 533 ,除进口端995m 为双线大跨车站隧道外,其余均为单线隧道。
为施工通风,探明地质和运营救援的需要,距隧道右侧30m 设全长11186m 的贯通平行导坑;平行导坑也是预留复线位置,平行导坑与正洞间设联络横通道。
为解决进出口施工埸地,进口平导右侧设56m 长的施工横洞,出口正洞左侧设103m 长的施工横洞。
隧道衬砌为复合衬砌,防排水结构除高水位富水区段及局部岩溶发育处遵循“以堵为主、适量排放”的设计原则外,其余均采用“以排为主”的设计原则。
隧道道床为长枕埋入式钢筋混凝土无碴道床。
本隧道施组总工期为50 个月,即2001 年1 月1 日开工,2005 年3 月1 日完工。
隧道充填型致灾构造突涌水机理与灾害防控方法
2023-11-07
目录
• 隧道充填型致灾构造概述 • 隧道充填型致灾构造突涌水的机理 • 隧道充填型致灾构造突涌水的防控方法 • 工程实例：某隧道施工过程中的突涌水灾害防控 • 结论与展望
01
隧道充填型致灾构造概述
隧道充填型致灾构造的定义
隧道充填型致灾构造是指隧道内部存在的、由充填物和围岩 组成的特殊地质构造。这些构造通常由多个不同类型的地层 组成，且各层之间的界面往往呈现出复杂的接触关系。
采取的防控措施及效果
01
防控措施一
02
防控措施二
03
防控措施三
04
防控措施四
05
防控效果
加强超前地质预报，采用 地质雷达、超前钻探等手 段，提前探明前方地质情 况和充填致灾构造位置、 规模等信息，为后续施工 提供依据。
在遇到充填致灾构造时， 采用加固措施，如注浆加 固、混凝土衬砌等，对溶 洞和暗河进行加固处理， 防止水流大量涌出。
界面较多：隧道中存在 较多的地层界面，如岩 层之间的接触面、断层 带、节理等，这些界面 可能导致地下水的富集 和渗流场的改变。
非均质性和各向异性： 隧道充填型致灾构造的 物理和力学性质通常呈 现出明显的非均质性和 各向异性，这使得隧道 设计和施工面临更大的 挑战。
对隧道工程影响大：由 于隧道充填型致灾构造 的特殊性质，如果不加 以妥善处理，可能会导 致隧道的突涌水灾害、 围岩失稳等问题，对隧 道的安全施工和运营产 生严重影响。
02
隧道充填型致灾构造突涌 水的机理
隧道充填型致灾构造突涌水的定义
隧道充填型致灾构造突涌水是指在隧道施工过程中，当掘进到充填型致灾构造时 ，由于围岩破碎、地层松软、富水等原因，导致大量地下水突然涌入隧道的现象 。
圆梁山隧道溶洞地段抗水压衬砌结构试验分析
试验目的及方案 为确保施工质量和安全, 掌握隧道穿越高压富
水地段衬砌结构的受力特征, 通过对隧道抗水压衬
图5
圆梁山隧道抗水压衬砌结构受力测点布设
3 2
试验结果及分析
#
圆梁山隧道 2 溶洞地段的开挖施工 , 于 2004 年 2 月底贯通, 随后施作抗 4 5 M Pa 的型 钢混凝 土衬砌结构。在 2 个断面 DK354+ 482 和 DK354+ 491 埋设测试元件 后, 自 2004 年 5 月 2005 年 5 月底对其结构的受力 ( 水压力和结构应力等 ) 状况 进行了现场跟踪测试。自衬砌施作至量测截止时 , 2# 溶洞地段泄水洞一直未封堵 , 处于排水状况。 3 2 1 衬砌壁后水压力 根据文献 [ 6] 中毛坝向斜核部地表降雨与隧 道涌水的监测结果分析, 2# 溶洞地段开挖 贯通之 前, 地表与隧 道通过岩溶管道 的水力联系极 具明 显, 已处于完全连通状态。因此抗水压衬砌结构试 验期间测得的衬砌壁后水压力 , 随地表降雨量以及 隧道泄水洞的排水状况而发展变化 , 如图 6 所示。 在泄水洞的排水管基本保持定量开启状况下 , 雨季期间的水压力随地表降雨 的补给量增大 而增 大, 隧道涌水量也相应增大 ( 见图 7) ; 非 雨季期 间的水压力及涌水量发展基本平稳。 量 测 期间 , 测 得衬 砌 壁后 水压 力 最大 值 为 1 923 M Pa, 位于拱顶部位。 2005 年 5 月 28 日量
倒虹吸形成深饱水带大型充填溶洞的典型实例——圆梁山隧道毛坝向斜深饱水带特大型充填溶洞的形成及充填
４６ ５
Ｊｕｎ ｌｆＥ ｇｎｅｉ ｅｌ ｙ 工程地质学报 ｏ ｒ ｎ ｉ ｒ ｇ Ｇｏ ｇ ａｏ ｅ ｎ ｏ
２ １ ００
｝收稿 日期 ： ０ ９ ０ — ７ ２ ０ — ９ ２ ；收到修改稿 日期 ： ００ ０ — ０ ２１— ３ ２． 基金项 目： 铁道部科技发展计划项 目（ ０ １ ０ ９ — ） ２０ Ｇ ０ Ａ １ 的资助． 第一作者简介 ： 张倬 元 ， 工程地 质专业 ． ｍａｌｔ ｊ ＠ｓ ａｃｒ Ｅ ｉ： ｙｌ ｉ ．ｏ ｅ ｗ ｎ ｎ
核部吴家坪组碳酸盐岩 中的层 间滑脱 与纵 向张裂隙分别发育 为 １ 、 洞 ， ２溶 东翼茅 口碳 酸盐岩 中的层 间错动带 则发展 为 ３溶 洞 ； 因深部径流条件改变而被充填 ， 成现今这种罕见 的深饱水带 特大型充填溶洞 。 后 形
关 键 词 圆梁 山隧 道 中 图分 类 号 ： ４ ２ １ Ｕ ５ ． 毛坝 向斜 深饱水 带 倒虹吸循环 充填溶洞 黏 性 土 爆 喷 型 突 出 文献标识码 ： Ａ
泥盆系泥岩包 围的二叠系及三叠 系碳 酸盐 岩构 成且 受众多 Ｎ ～Ｎ Ｗ ｗｗ 向横张断裂切 割的毛坝紧密 向斜 。穿越毛坝 向斜碳 酸
盐岩长度 约 ２ ２ ｍ。地表多为岩溶洼地及槽谷 ， ．ｋ 岩溶泉 、 泉群 、 暗河 多出露于横张断裂端部碳酸盐岩 与下伏泥岩接触带 。泉 出
露高程 ， 即向斜岩溶水局部排 水基 准面 ， 亦 多在 ８ ０～ ０ ｍ以上 。隧道高 程低于局 部排水基 准面 ４ ０～４ ０ ５ ９０ ０ ５ ｍ。隧道施工开 挖 揭示 ， 向斜核部和东翼在 隧道洞 身附近当地地下水位 ４０ 以下发育 有 ３个 罕见的特大型充填溶洞 。其 中平切 面积达 ６０ ｍ ０ｍ ００ 充填 有紫红色粉细砂的 ２溶洞多次发生涌砂 突水灾害 ， 涌砂 量高达 ６ １ 总 ｘ ０ ｍ 。３ 溶洞则发生过极其 特殊的黏性土爆喷型 突