[發明專利]巖溶隧道潰水風險的識別方法

有效

• 申請號: 200910273240.8
• 申請日: 2009-12-11
• 公開（公告）號: CN102094678A
• 公開（公告）日: 2011-06-15
• 發明（設計）人: 張旭東
• 申請（專利權）人: 張旭東
• 主分類號: E21F17/00
• 分類號: E21F17/00;E21B47/06;G01V9/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務所 42113
• 代理人: 雷速

技術領域

本發明涉及隧道工程風險管理，具體說是一種在隧道工程施工中對一種全新的風險——巖溶潰水進行識別的方法。

背景技術

宜萬鐵路馬鹿箐隧道是我國乃至世界隧道建造史上瞬間涌水量最大隧道，其2006年的“1.21”突水事故，瞬間涌水量高達200m³/s，140分鐘內涌水總量110×10⁴m³。本次突水摧毀了隧道內的所有工程設施，并有人員傷亡。在其后兩年建設期內，馬鹿箐隧道還又發生10×10⁴m³以上的突水5次。

隧道工程的突水、涌水是常見的安全風險之一，然而馬鹿箐隧道的突水，與普通的巖溶突水、涌水有著十分明顯的區別。其危害性遠大于普通的巖溶突水、涌水，是以前的隧道工程中從來沒有遇到的。為了與普通的巖溶突水、涌水區別，這種大體量且有一定靜儲量的高壓巖溶水在隧道坑道內的瞬間釋放，并伴隨突泥、突巨石的涌水定義為巖溶潰水(karst?water?burst?flood?or?Super?karst?water?burst)。巖溶潰水有如下的特征：

(1)水量大、水壓高、泥沙含量高、具有不可抗拒的破壞力；

(2)沒有先兆、具有突發性與間歇性。

巖溶潰水是一種特殊的、規模超大的突涌水。從其發生的機理上講，巖溶潰水不是天然發生的地質災害，它是伴隨人類的工程活動而產生的次生災害，是人類的工程活動范圍擴大，工程的艱巨性增加而帶來的一種全新的工程風險。在《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》沒有該風險因素的論述。在隧道風險評估時，只對一般“突水”、“涌水”進行風險識別，而對大體量或超大體量且自身存在一定靜態儲水性質的承壓巖溶水在隧道坑道內的突然集中釋放的風險沒有概念，也就不能對此類危害進行風險識別，因而難以引起工程技術人員和管理者在隧道安全風險管理上的高度警惕。

隧道工程中，通常通過勘測設計期間的地質勘察和涌水量預測，以及施工期間的超前地質預報來進行一般“突水”、“涌水”的風險識別，在馬鹿箐隧道1.21潰水發生前，在設計階段進行詳細的地質勘察，發生潰水地段的設計預測涌水量為每天9×10⁴m³，顯然這個數據和潰水發生時的涌水量有天壤之別；在工程施工階段，進行了系統的超前地質預報工作，這些預報工作包括：區域地質調查、TSP203、地質雷達、隧道開挖面地質素描、隧道開挖面紅外探水、以及超前水平鉆孔等，通過地質預報發現了發生潰水災害的+978含水溶腔的存在，并對該溶腔進行帷幕注漿處理。但是1.21潰水以及宜萬鐵路其它隧道工程的潰水發生，從一個側面反映了當前我國隧道工程中超前地質預報工作在預防巖溶潰水這類災害還存在問題和缺陷。這主要是因為巖溶潰水風險的隱蔽性使該風險識別很困難，極易和普通的巖溶突水混淆。

馬鹿箐隧道1.21潰水后，為了進一步查明“馬鹿箐隧道1.21巖溶突水”后隧道的工程地質、水文地質條件，針對馬鹿箐隧道的補充地質勘察主要進行如下工作：補充地質調查測繪、水文地質觀測、水文地球化學勘查、高頻音頻電磁(EH-4)探測以及深孔鉆探、測試、示蹤試驗、在隧道進口方向的大量水平鉆孔等，終于探明導致災害溶腔的基本狀況，為隧道的貫通和巖溶的綜合治理創造了條件。但是這些探測工作耗資巨大，且耗費時間。有的勘測項目是潰水后，才能有針對性的去作，比如，潰水點的地表深孔鉆探等。

潰水風險的隱蔽性使巖溶潰水的風險十分難以識別。但是巖溶潰水的巨大破壞性，需要在施工中快速識別潰水風險，以便于在潰水災害發生前，予以防范、規避和采取有效的工程措施。

潰水風險發生的幾率，與隧道穿越巖溶發育的規模有關。經過研究發現，巖溶潰水主要與以下客觀因素相關：

(1)巖溶空腔(溶腔、溶隙等)內的靜水儲量的大小以及填充物的情況

(2)隧道內的巖溶水的壓力大小

(3)有靜水貯存的巖溶空腔與隧道的空間關系

(4)溶腔與地表和地下水系的連通性。

以上四項可以在本發明中統稱為“與隧道工程相關巖溶水規模”。簡稱為“巖溶水規模”。潰水的風險識別方法，主要針對巖溶水規模進行相關的鉆探和測試分析。只要通過一定的測試方法，把巖溶水的規模的探測轉化為可以測試的數據，就可以在隧道工程中，識別出潰水風險。