[发明专利]岩溶隧道溃水风险的识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及隧道工程风险管理，具体说是一种在隧道工程施工中对一种全新的风险——岩溶溃水进行识别的方法。

背景技术

宜万铁路马鹿箐隧道是我国乃至世界隧道建造史上瞬间涌水量最大隧道，其2006年的“1.21”突水事故，瞬间涌水量高达200m³/s，140分钟内涌水总量110×10⁴m³。本次突水摧毁了隧道内的所有工程设施，并有人员伤亡。在其后两年建设期内，马鹿箐隧道还又发生10×10⁴m³以上的突水5次。

隧道工程的突水、涌水是常见的安全风险之一，然而马鹿箐隧道的突水，与普通的岩溶突水、涌水有着十分明显的区别。其危害性远大于普通的岩溶突水、涌水，是以前的隧道工程中从来没有遇到的。为了与普通的岩溶突水、涌水区别，这种大体量且有一定静储量的高压岩溶水在隧道坑道内的瞬间释放，并伴随突泥、突巨石的涌水定义为岩溶溃水(karst water burst flood or Super karst water burst)。岩溶溃水有如下的特征：

(1)水量大、水压高、泥沙含量高、具有不可抗拒的破坏力；

(2)没有先兆、具有突发性与间歇性。

岩溶溃水是一种特殊的、规模超大的突涌水。从其发生的机理上讲，岩溶溃水不是天然发生的地质灾害，它是伴随人类的工程活动而产生的次生灾害，是人类的工程活动范围扩大，工程的艰巨性增加而带来的一种全新的工程风险。在《铁路隧道风险评估与管理暂行规定》没有该风险因素的论述。在隧道风险评估时，只对一般“突水”、“涌水”进行风险识别，而对大体量或超大体量且自身存在一定静态储水性质的承压岩溶水在隧道坑道内的突然集中释放的风险没有概念，也就不能对此类危害进行风险识别，因而难以引起工程技术人员和管理者在隧道安全风险管理上的高度警惕。

隧道工程中，通常通过勘测设计期间的地质勘察和涌水量预测，以及施工期间的超前地质预报来进行一般“突水”、“涌水”的风险识别，在马鹿箐隧道1.21溃水发生前，在设计阶段进行详细的地质勘察，发生溃水地段的设计预测涌水量为每天9×10⁴m³，显然这个数据和溃水发生时的涌水量有天壤之别；在工程施工阶段，进行了系统的超前地质预报工作，这些预报工作包括：区域地质调查、TSP203、地质雷达、隧道开挖面地质素描、隧道开挖面红外探水、以及超前水平钻孔等，通过地质预报发现了发生溃水灾害的+978含水溶腔的存在，并对该溶腔进行帷幕注浆处理。但是1.21溃水以及宜万铁路其它隧道工程的溃水发生，从一个侧面反映了当前我国隧道工程中超前地质预报工作在预防岩溶溃水这类灾害还存在问题和缺陷。这主要是因为岩溶溃水风险的隐蔽性使该风险识别很困难，极易和普通的岩溶突水混淆。

马鹿箐隧道1.21溃水后，为了进一步查明“马鹿箐隧道1.21岩溶突水”后隧道的工程地质、水文地质条件，针对马鹿箐隧道的补充地质勘察主要进行如下工作：补充地质调查测绘、水文地质观测、水文地球化学勘查、高频音频电磁(EH-4)探测以及深孔钻探、测试、示踪试验、在隧道进口方向的大量水平钻孔等，终于探明导致灾害溶腔的基本状况，为隧道的贯通和岩溶的综合治理创造了条件。但是这些探测工作耗资巨大，且耗费时间。有的勘测项目是溃水后，才能有针对性的去作，比如，溃水点的地表深孔钻探等。

溃水风险的隐蔽性使岩溶溃水的风险十分难以识别。但是岩溶溃水的巨大破坏性，需要在施工中快速识别溃水风险，以便于在溃水灾害发生前，予以防范、规避和采取有效的工程措施。

溃水风险发生的几率，与隧道穿越岩溶发育的规模有关。经过研究发现，岩溶溃水主要与以下客观因素相关：

(1)岩溶空腔(溶腔、溶隙等)内的静水储量的大小以及填充物的情况

(2)隧道内的岩溶水的压力大小

(3)有静水贮存的岩溶空腔与隧道的空间关系

(4)溶腔与地表和地下水系的连通性。

以上四项可以在本发明中统称为“与隧道工程相关岩溶水规模”。简称为“岩溶水规模”。溃水的风险识别方法，主要针对岩溶水规模进行相关的钻探和测试分析。只要通过一定的测试方法，把岩溶水的规模的探测转化为可以测试的数据，就可以在隧道工程中，识别出溃水风险。