巖土加固與處理工程技術(shù)新進(jìn)展-第3章巖溶

巖土加固與處理工程技術(shù)新進(jìn)展第三章巖溶23.1巖溶概述3.2巖溶地質(zhì)災(zāi)害3.3巖溶場(chǎng)地勘察3.4巖溶地區(qū)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則3.5巖溶地基處理方法3.6案例一南山涂山湖塌陷勘察3.7案例二阿依河景區(qū)溶洞開(kāi)發(fā)安全論證3.8案例三貴南高鐵朝陽(yáng)隧道6.10突水事故3.1巖溶概述巖溶地貌分布在世界各地的可溶性巖石地區(qū)，約占地球陸域總面積10%，我國(guó)344萬(wàn)平方公里，約占國(guó)土面積1/3。巖溶（又稱(chēng)喀什特Karst）：可溶性巖層：碳酸鹽類(lèi)（巖層石灰?guī)r、白云巖）；硫酸鹽類(lèi)巖層（石膏）；鹵素類(lèi)巖層（巖鹽。受水的化學(xué)和物理作用產(chǎn)生溝槽、裂隙和空洞，空洞頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴、洼地等類(lèi)似現(xiàn)象和作用的總稱(chēng)。主要形態(tài)：溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗、石鐘乳等。出露條件:裸露型喀什特、覆蓋型喀什特（被松散堆積物覆蓋的巖溶）、埋藏型喀什特（被不可溶巖層（砂巖、頁(yè)巖）覆蓋，沒(méi)有巖溶景觀(guān)出露，地表水與地下水聯(lián)通不密切）。發(fā)育基本條件：可溶性巖；巖石的透水性；水具有侵蝕性；水在巖石中運(yùn)移。3溶洞、暗河石鐘乳4溶溝、石芽石林石峰、喀斯特平原溶隙漏斗喀斯特峰林、谷地喀斯特峰叢洼地巖溶演化過(guò)程景觀(guān)5武隆芙蓉洞武隆天生三橋武隆天生三橋云陽(yáng)龍缸奉節(jié)天坑豐都雪玉洞彭水阿依河重慶喀斯特風(fēng)景區(qū)3.2巖溶地質(zhì)災(zāi)害我國(guó)22個(gè)省發(fā)生過(guò)。最常見(jiàn)的巖溶地質(zhì)災(zāi)害為巖溶塌陷。毀壞城鎮(zhèn)設(shè)施，導(dǎo)致道路建筑物破壞、通訊中斷、農(nóng)田毀壞、水庫(kù)滲漏、礦坑隧道突水，供水水源污染、嚴(yán)重時(shí)造成人員傷亡。6巖溶塌陷3.3.1目的在于查明對(duì)場(chǎng)地安全和地基穩(wěn)定有影響的巖溶發(fā)育規(guī)律，各種巖溶形態(tài)的規(guī)模、密度及其空間分布規(guī)律，可溶巖頂部淺層土體的厚度、空間分布及其工程性質(zhì)、巖溶水的循環(huán)交替規(guī)律等，并對(duì)建筑場(chǎng)地的適宜性和地基的穩(wěn)定性作出確切的評(píng)價(jià)。3.2.1國(guó)內(nèi)巖溶區(qū)常用勘察方法1.地質(zhì)測(cè)繪：地表測(cè)繪:洞穴調(diào)查：洞穴形態(tài)特征和地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系；地下水系的來(lái)源流向。

測(cè)繪的范圍和比例尺的確定，必須根據(jù)場(chǎng)地建筑物的特點(diǎn)、設(shè)計(jì)階段和場(chǎng)地地質(zhì)條件的復(fù)雜程度而定。在較初期設(shè)計(jì)階段，測(cè)繪的范圍較大而比例尺較小，而較后期設(shè)計(jì)階段，測(cè)繪范圍主要局限于圍繞建筑物場(chǎng)地的較小范圍，比例尺則相對(duì)較大。7塌陷坑調(diào)查洞穴調(diào)查

3.3巖溶場(chǎng)地勘察重點(diǎn)內(nèi)容：(1)地層巖性：可溶巖與非可溶巖組、含水層和隔水層組及它們之間的接觸關(guān)系，可溶巖層的成分、結(jié)構(gòu)和可溶解性；第四系覆蓋層的成因類(lèi)型、空間分布及其工程地質(zhì)性質(zhì)。(2)地質(zhì)構(gòu)造：場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造特征，尤其是斷裂帶的位置、規(guī)模、性質(zhì)，主要節(jié)理裂隙的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型及其與巖溶發(fā)育的關(guān)系。不同構(gòu)造部位巖溶發(fā)育程度的差異性。新構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)與巖溶發(fā)育的關(guān)系。(3)地形地貌：地表水文網(wǎng)發(fā)育特點(diǎn)、區(qū)域和局部侵蝕基準(zhǔn)面分布，地面坡度和地形高差變化。新構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)與巖溶發(fā)育的關(guān)系。(4)巖溶地下水：埋藏、補(bǔ)給、徑流和排泄情況、水位動(dòng)態(tài)及連通情況，尤其是巖溶泉的位置和高程；場(chǎng)地可能受巖溶地下水淹沒(méi)的可能性，以及未來(lái)場(chǎng)地內(nèi)的工程經(jīng)濟(jì)活動(dòng)可能污染巖溶地下水的可能性。(5)巖溶形態(tài)：類(lèi)型、位置、大小、分布規(guī)律、充填情況、成因及其與地表水和地下水的聯(lián)系。尤其要注意研究各種巖溶形態(tài)之間的內(nèi)在聯(lián)系以及它們之間的特定組合規(guī)律。當(dāng)需要測(cè)繪的場(chǎng)地范圍較大時(shí)，可以借助于遙感圖像的地質(zhì)解譯來(lái)提高工作效率。在背斜核部或大斷裂帶上，漏斗、溶蝕洼地和地下暗河常較發(fā)育，它們多表現(xiàn)為線(xiàn)性負(fù)地形，因而可以利用漏斗、溶蝕洼地的分布規(guī)律來(lái)研究地下暗河的分布。在判讀地下暗河方面，利用航空紅外掃描照片效果較為理想。8巖溶病害常采用：高密度電阻率法、自然電位法、探地雷達(dá)。在巖溶場(chǎng)地進(jìn)行地球物理勘探時(shí)，有多種方法可供選擇，如：高密度多極電法勘探、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、高精度磁法、聲波透視(CT)、重力勘探等。但為獲得較好的探測(cè)效果，必須注意各種方法的使用條件以及具體場(chǎng)地的地形、地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。當(dāng)條件允許時(shí)，應(yīng)盡可能地采用多種物探方法綜合對(duì)比判譯。電法是最常用的物探方法，以電測(cè)深法和電剖面法為主。它們可以用來(lái)測(cè)定巖溶化地層的不透水基底的深度，第四系覆蓋層下巖溶化地層的起伏情況，均勻碳酸鹽地層中巖溶發(fā)育深度，地下暗河和溶洞的規(guī)模、分布深度、發(fā)育方向、地下水位，以及圈定強(qiáng)烈?guī)r溶化地段和構(gòu)造破碎帶的分布位置等。92.地球物理勘探：利用物體的不同物理特性來(lái)辨別物體。高密度電法高密度電法成果圖地質(zhì)雷達(dá)在巖溶場(chǎng)地勘察中，天然發(fā)射頻率一般集中在80~120MHz，穿透5~9m。在雷達(dá)剖面上，通?？梢宰R(shí)別出石灰?guī)r石芽、充填沉積物的落水洞、巖溶洞穴、豎井或溶溝。如同其他方法一樣，地質(zhì)雷達(dá)不能識(shí)別巖土類(lèi)型。因此它必須與鉆探相結(jié)合，以根據(jù)雷達(dá)剖面所獲得的異常布置鉆探而獲得更詳細(xì)準(zhǔn)確的資料，同時(shí)也可檢驗(yàn)雷達(dá)探測(cè)的準(zhǔn)確程度，以獲得僅根據(jù)雷達(dá)剖面推測(cè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的可靠程度。10地質(zhì)雷達(dá)地質(zhì)雷達(dá)成果電磁法測(cè)量速度快，因而在大面積場(chǎng)地上測(cè)量效率高、費(fèi)用低。通過(guò)沿剖面的逐點(diǎn)測(cè)量，最終可獲得用傳導(dǎo)值等值線(xiàn)表示的剖面圖。通常，石灰?guī)r石芽呈低傳導(dǎo)性，粘土層呈高傳導(dǎo)性，并且傳導(dǎo)率變化最大的部位預(yù)示著石灰?guī)r和粘土巖交界的出現(xiàn)。11瞬變電磁法瞬變電磁法成果圖123.工程鉆探：

目的是為了查明場(chǎng)地下伏基巖埋藏深度和基巖面起伏情況，巖溶的發(fā)育程度和空間分布，巖溶水的埋深、動(dòng)態(tài)、水動(dòng)力特征等。

鉆探施工過(guò)程中，尤其要注意掉鉆、卡鉆和井壁坍塌，以防止事故發(fā)生，同時(shí)也要做好現(xiàn)場(chǎng)記錄，注意沖洗液消耗量的變化及統(tǒng)計(jì)線(xiàn)性巖溶率(單位長(zhǎng)度上巖溶空間形態(tài)長(zhǎng)度的百分比)和體積巖溶率(單位面積上巖溶空間形態(tài)面積的百分比)。對(duì)勘探點(diǎn)的布置也要注意以下兩點(diǎn)：

(1)鉆探點(diǎn)的密度除滿(mǎn)足一般巖土工程勘探要求外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)某些特殊地段進(jìn)行重點(diǎn)勘探并加密勘探點(diǎn)，如地面塌陷、地下水消失地段；地下水活動(dòng)強(qiáng)烈的地段；可溶性巖層與非可溶性巖層接觸的地段；基巖埋藏較淺且起伏較大的石芽發(fā)育地段；軟弱土層分布不均勻的地段；物探異?；蚧A(chǔ)下有溶洞、暗河分布的地段等。(2)鉆探點(diǎn)的深度除滿(mǎn)足一般巖土工程勘探要求外，對(duì)有可能影響場(chǎng)地地基穩(wěn)定性的溶洞，勘探孔應(yīng)深入完整基巖3~5m或至少穿越溶洞，對(duì)重要建筑物基礎(chǔ)還應(yīng)當(dāng)加深。對(duì)于為驗(yàn)證物探異常帶而布設(shè)的勘探孔，其深度一般應(yīng)鉆入異常帶以下適當(dāng)深度。4.遙感技術(shù)：5.靜力觸探：槽探鉆探取芯13可行性研究勘察初步勘察詳細(xì)勘察施工勘察勘察資料處理補(bǔ)充勘察初步評(píng)價(jià)場(chǎng)地穩(wěn)定性和工程建設(shè)適宜性按場(chǎng)地穩(wěn)定性及適宜性進(jìn)行分區(qū)對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和巖溶治理提出建議采用綜合勘察方法媽祖樁基設(shè)計(jì)施工實(shí)踐各種要求工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查方法物探方法鉆探方法3.2.2基本要求各階段勘察符合要求：可行性研究勘察：查明巖溶、洞隙發(fā)育條件，對(duì)危害程度和發(fā)育趨勢(shì)做出判斷，場(chǎng)地穩(wěn)定性和工程建設(shè)的適宜性做出初步評(píng)價(jià)；初步勘察：查明巖溶洞隙及其伴生土洞、塌陷的分布、發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律，并按場(chǎng)地的穩(wěn)定性和適宜性進(jìn)行分區(qū)；詳細(xì)勘察：查明擬建工程范圍及有影響地段的的各種巖溶洞隙和土洞的位置、規(guī)模、埋深，巖溶堆積物性狀和地下水特征，對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和巖溶的治理提出建議；施工勘察：針對(duì)尚未查明的專(zhuān)門(mén)問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充勘察。采用大直徑嵌巖樁時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的樁基勘察。工程場(chǎng)地勘察步驟3.3工程場(chǎng)地勘察步驟與控制要點(diǎn)堅(jiān)持以工程地質(zhì)測(cè)繪與調(diào)查為先導(dǎo)原則；遵循從面到點(diǎn)、先地表后地下、先定性后定量、先控制后一般、先疏后密原則。施工勘察采取針對(duì)性手段進(jìn)行補(bǔ)充勘察。3.4巖溶地區(qū)地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)原則巖溶發(fā)育較輕，覆蓋或埋藏型，覆蓋層地質(zhì)條件好，采用天然基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)。巖溶發(fā)育較輕，出露型巖溶或覆蓋層較淺、具備挖除條件，人工換填低強(qiáng)度混凝土等小溶洞地基表面的溶溝，滿(mǎn)足巖溶地基穩(wěn)定性驗(yàn)算后，可按巖石地基采用淺基礎(chǔ)。巖溶發(fā)育較輕或中等，覆蓋或埋藏型，覆蓋層地質(zhì)條件尚可，厚度足夠，采取地基處理方式后可滿(mǎn)足淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，可采用地基處理后的淺基礎(chǔ)形式。巖溶發(fā)育較輕或中等，覆蓋或埋藏型，覆蓋層地質(zhì)條件較差，地基處理措施無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)，可采用深基礎(chǔ)或復(fù)合地基處理后的深基礎(chǔ)形式。14淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)形式選擇與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的調(diào)整方法：根據(jù)巖溶地基性評(píng)價(jià)、建筑結(jié)構(gòu)具體形式選取，不均勻性越差，天然基礎(chǔ)形式與上部結(jié)構(gòu)形式應(yīng)完整性越好。以減少不均勻變形。調(diào)整措施：填塞、跨越、增大基礎(chǔ)面積及截面尺寸、調(diào)整柱網(wǎng)及基礎(chǔ)梁板布置、采用整體剛度更好的筏型及箱型基礎(chǔ)、改善上部結(jié)構(gòu)完整性。3.5巖溶地基處理方法可采用單一工法處理方式，也可多種工法復(fù)合的地基處理方式。盡量選用加強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)和處理地基相結(jié)合的方式。1）換填法：挖除軟弱填充物，回填碎石、塊石、灰土或低強(qiáng)度混凝土等。2）褥墊法:不均勻土巖地基上，鑿除突出石芽，在基礎(chǔ)與巖石接觸部位設(shè)置褥墊（爐渣、中粗砂、碎石）調(diào)整地基不均勻變形。15復(fù)合CFG樁加褥墊層16灌漿孔及排氣孔布置圖灌漿施工3)灌漿充填法：

基礎(chǔ)下深埋溶洞，其它方法難度大時(shí)。注漿材料：水泥漿摻以一定比例粉煤灰和速凝劑水玻璃。通過(guò)向溶（土）洞內(nèi)注入漿液，使巖土體中的空洞、裂隙等空間填充漿液，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間漿液固結(jié)并與巖土體膠結(jié)形成整體達(dá)到高強(qiáng)度固結(jié)體。灌漿漿液應(yīng)根據(jù)溶（土）洞地質(zhì)情況采用不同配比進(jìn)行加固，根據(jù)溶（土）洞的洞內(nèi)無(wú)充填、半充填、流塑或軟塑狀土體充填狀態(tài)確定漿液濃度。特別是土洞，其洞內(nèi)液體多呈泥漿狀且漿體比重較大，具較大懸浮力，直接填料法難以施工。因此，應(yīng)根據(jù)鉆探結(jié)果及結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定漿液。一般情況，當(dāng)溶（土）洞內(nèi)無(wú)填充物時(shí)，應(yīng)向洞中灌入較濃漿液；當(dāng)溶（土）洞內(nèi)有填充物時(shí)，采用較稀漿液。灌漿施工技術(shù)除了應(yīng)根據(jù)地質(zhì)資料布置灌漿孔，還應(yīng)布置相應(yīng)的排氣孔。在灌注溶（土）洞的過(guò)程中，溶（土）洞內(nèi)的空氣、水或充填物必須利用出氣孔排出來(lái)，才能保證漿液灌輸順利進(jìn)行。4）剛性樁、半剛性樁、散體材料樁復(fù)合地基處理方法：覆蓋層一定厚度，經(jīng)地基處理后可滿(mǎn)足承載力和沉降要求。碎石樁法、灰土樁、旋噴樁、攪拌樁、CFG樁（水泥粉煤灰碎石樁的簡(jiǎn)稱(chēng)，即cementfIying-ashgravelpile)。17CFG樁旋噴樁施工流程雙管高壓旋噴鉆機(jī)碎石樁施工3.6案例一南山涂山湖塌陷勘察18南山片區(qū)屬低山巖溶槽谷地貌區(qū)，巖溶槽谷呈南北向展布，槽谷全長(zhǎng)約16km，北段槽寬為0.5～1km范圍，南段槽寬為0.4～1.2km左右。槽谷標(biāo)高400～500m，北高南低。具有北向長(zhǎng)江卦閉，南向花溪河逐漸擴(kuò)張?zhí)攸c(diǎn)。整個(gè)槽谷以龍井公園為分界點(diǎn)，北段為雙嶺單槽，南段為雙嶺雙槽，主槽偏向槽谷西側(cè)。槽谷內(nèi)巖溶景觀(guān)發(fā)育，有溶蝕洼地，落水洞，干溶洞，充水溶洞，暗河天窗和暗河出口等呈串珠狀排列。溶蝕洼地由北向南展布，主要發(fā)育在西槽谷。洼地一般呈橢圓形，長(zhǎng)8～10m，寬3~5m，個(gè)別小于3m。地層有第四系全新統(tǒng)雜填土層（Q4ml）、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q4l）、紅黏土（Q4el+dl）、下伏巖層為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組（T1j）、雷口坡組（T2l）和須家河組（T3xj）地層。19

銅鑼山隧道和南山隧道涌水量曲線(xiàn)對(duì)比圖20涂山湖上湖干涸共有四條隧道穿越南山山脈，由北向南依次為慈母山隧道、銅鑼山隧道、南山隧道和真武山隧道。其中慈母山隧道僅穿越南山北側(cè)部分，穿越巖層主要為須家河組地層，以砂巖和泥頁(yè)巖為主，故而不會(huì)造成上方出現(xiàn)大部分塌陷坑洞。真武山隧道雖然穿越了嘉陵江組可溶巖地層，但是真武山隧道與地表垂直距離較淺，對(duì)地下水水文環(huán)境改變作用較小，無(wú)法使地下水環(huán)境發(fā)生突變?cè)斐缮戏匠霈F(xiàn)大面積塌陷情況。故而能夠造成地下水文環(huán)境發(fā)生突變的只有剩下的兩條隧道，其分別為南山隧道和銅鑼山隧道。根據(jù)收集資料，通過(guò)對(duì)比分析得知，南山隧道涌水量在2013年7月6號(hào)曾發(fā)生突變，而銅鑼山隧道涌水量并無(wú)明顯的突變情況，因此判斷銅鑼山隧道形成的地下漏斗區(qū)域不是造成巖溶塌陷地下水環(huán)境突變的重要原因。人類(lèi)工程活動(dòng)21南山涂山湖塌陷坑22采取了混凝土充填應(yīng)急措施的塌陷坑

充填塌陷坑（TX5）

充填塌陷坑（TX1）

地面塌陷的影響地面開(kāi)裂塌陷塌陷坑對(duì)地面建構(gòu)筑物影響23

雷口坡組與嘉陵江組4段分界線(xiàn)

照片7.3雷口坡組照片7.4雷口坡組與嘉陵江組4段分界線(xiàn)須家河組與雷口坡組分界線(xiàn)地質(zhì)調(diào)查測(cè)繪下降泉2（D3002）下降泉1(D3001)

上升泉（D3003）24

仙女洞排泄支洞（D3004）女洞內(nèi)部（D3004）溶洞天窗（D3006）25南山隧道地下水漏斗東西范圍26涂山湖區(qū)域地下水漏斗范圍南山隧道地下水漏斗南北范圍27瞬變電磁儀物探布線(xiàn)

物探成果圖圖中藍(lán)色區(qū)域?yàn)閹r溶集中發(fā)育區(qū)，紅色區(qū)域?yàn)橐伤茙r溶溶腔區(qū)域，黑色區(qū)域?yàn)轵?yàn)證區(qū)。往往物探結(jié)果與鉆探結(jié)果驗(yàn)證有一定出入，需要原因分析，進(jìn)而校正?？辈焓侄?8

鉆孔（ZK1）

照片5.3探槽（TC3）

鉆孔（ZK2）照片5.4探槽（TC4）29圖4.4

地下暗河塌陷溶洞分布情況塌陷機(jī)制30

工程爆破的震動(dòng)波和地下水的潛蝕作用使得巖溶洞隙（土洞）變大，而上部的土層逐漸變??；土體就如同一個(gè)密閉蓋層，當(dāng)?shù)叵滤粩嘞陆?，下部空洞形成真空?fù)壓，遇強(qiáng)降雨時(shí)，土體不斷飽水自重增加和軟化，土體力學(xué)強(qiáng)度降低，極易產(chǎn)生豎向下落，從而發(fā)生地面塌陷。因此，塌陷機(jī)制為真空吸蝕機(jī)制。3.7案例二阿依河景區(qū)溶洞開(kāi)發(fā)安全論證31目的：對(duì)該溶洞進(jìn)行安全論證，主要是地下水形成洪水的安全影響論證，從而為溶洞的開(kāi)發(fā)與保護(hù)提供重要科學(xué)依據(jù)，以期實(shí)現(xiàn)該風(fēng)景區(qū)的安全、合理開(kāi)發(fā)利用及有效保護(hù)。概況：該溶洞總長(zhǎng)約1.2公里，自洞口入內(nèi)，約320m處分為上、下兩洞，在約680m處，上、下洞有一陡立斜洞使上下洞連通，溶洞人能達(dá)到最里處，為一溶洞大廳，廳頂高約30余米，洞頂有巖溶垂直管道與地面落水洞相連，由于洞內(nèi)光線(xiàn)暗，洞頂高，洞頂巖溶管道大小目不能辯，更不得知管道的走向，連通情況。匯流流域面積內(nèi)降雨后，洞頂有水自頂懸流而下，有如飛瀑，暴雨尤甚。溶洞包括主洞及各支洞，長(zhǎng)約1.3km；匯、排水面積經(jīng)圖上量測(cè)約為6.74km2。溶洞口出露的貫通性裂隙32黃色是溶洞上洞支洞綠色是溶洞下洞粉紅色為溶洞上洞33它們?cè)贕（G’）處，有一陡立支洞將上下洞聯(lián)通，下洞標(biāo)高約257.2m，上洞連接處標(biāo)高約267.2m，高差約10m。下洞排泄不及時(shí)，會(huì)積水，以致下洞最低處被淹沒(méi)而不能通行。上洞常年干爽，未有淹沒(méi)跡象，經(jīng)訪(fǎng)問(wèn)當(dāng)?shù)厝攵创迕?，未有上洞淹沒(méi)記錄。341號(hào)落水洞2號(hào)落水洞現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，在洞口東南面約1.2km處山谷中有一落水洞（1號(hào)），論證區(qū)內(nèi)約6.05km2匯水面積匯聚的雨水經(jīng)該落水洞流入溶洞，在溶洞洞口南面約1km處另有一落水洞（2號(hào)），該落水洞匯水面積約0.69km2。調(diào)查期間發(fā)現(xiàn)，溶洞在暴雨或連續(xù)降雨情況下，洞口有水流出。短期降雨情況下，洞口無(wú)水流出，表明在降雨較少情況下，雨水可沿溶洞沿阿依河裂隙排泄，降雨量大時(shí)，裂隙排水不及，從洞口排出。

2號(hào)洞洞口及洞內(nèi)發(fā)育開(kāi)闊，形成年代久，應(yīng)是早已形成，由于溝谷下切，該匯水面積內(nèi)的江水沿溝谷下泄時(shí)，在1號(hào)落水洞處形成更低的新的排水通道，因此改變了原有的地下水下滲途徑，因此，以這兩個(gè)落水洞為匯流點(diǎn)，形成2個(gè)匯水區(qū)，其中1號(hào)落水洞集中了絕大部分降雨的匯水，而2號(hào)洞洞口只接受1號(hào)以下段的匯水。入滲地下水流量計(jì)算：35地表調(diào)查期間為小到中雨，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，估算當(dāng)時(shí)的流量約為0.35m3/s,而，根據(jù)村民所見(jiàn)的最大暴雨時(shí)，流量應(yīng)為這個(gè)流量的20倍，據(jù)此，初步測(cè)算約為7m3/s。根據(jù)阿依河景區(qū)氣象、水文資料，多年平均最大日降雨量93.9mm，日最大降雨量145.72mm(1998.8.1)，匯水面積按S總為6.74Km2計(jì)算，取控制性降雨工況三種。工況Ⅰ：多年平均最大日降雨量93.9mm，保守估計(jì)選取設(shè)計(jì)降雨為100mm作為常年暴雨控制工況，為安全起見(jiàn)，保守地取降雨時(shí)間集中在12小時(shí)。工況Ⅱ：日最大降雨量145.72mm作為控制工況，為安全起見(jiàn)，保守地取降雨時(shí)間集中在12小時(shí)。工況Ⅲ：日最大降雨量145.72mm作為最不利情況下控制工況，為安全起見(jiàn)，保守地取其75%的降雨時(shí)間集中在6小時(shí)內(nèi)。《地質(zhì)災(zāi)害防治工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB50/5029-2004）推薦的如下公式計(jì)算：雨水設(shè)計(jì)流量Q式中：Q---雨水設(shè)計(jì)流量（l/s）q---設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度(l/s·ha)Ψ---徑流系數(shù)F---匯水面積(ha)地表匯水區(qū)的降雨，一部分下滲進(jìn)入土中和基巖裂隙中，由于該地區(qū)上游大部分段植被豐富，土層較厚，保水性好，只有下游少面積段灰?guī)r裸露，保水性較差，因此取徑流系數(shù)Ψ=0.5。求得，工況Ⅰ：Q=7.8m3/s工況Ⅱ：Q=11.47m3/s工況Ⅲ：Q=17.2m3/s工況Ⅱ流量是根據(jù)極端天氣，歷史最大降雨量計(jì)算，因此相較前面估算的7m3/s大，據(jù)此認(rèn)為以上各工況流量計(jì)算偏于保守安全，可以作為論證測(cè)算依據(jù)。36

地表匯水區(qū)的降雨，一部分下滲進(jìn)入土中和基巖裂隙中，大部分會(huì)形成地表徑流最后匯到落水洞進(jìn)入地下暗河。在地下暗河的流通途徑也不能完全揭示，但根據(jù)該地區(qū)前面闡述的地層巖性與地址構(gòu)造，可以基本確定地下水的流通主要是沿優(yōu)勢(shì)貫通性結(jié)構(gòu)面（LX1）、層面，以及幾乎垂直于LX1的另一組貫通性相對(duì)較差的裂隙LX2，將這些如地下迷宮一般的地下暗河聯(lián)通，形成巖溶水的最便捷通道。但應(yīng)該注意，由于地下暗河的通道寬窄不一，因此它的流通途徑并不唯一，隨降雨強(qiáng)度不同，流量大小不同，而可能變化，當(dāng)流量大，原有流通途徑受到阻塞，不能暢通時(shí)，水會(huì)雍塞，抬高地下水位，這時(shí)地下水會(huì)尋找新的出路，可能部分會(huì)進(jìn)入另外的排泄通道，而沒(méi)有匯入我們論證的溶洞，因此，這兩個(gè)落水洞的匯水并非全部注入溶洞。按前述的水量計(jì)算應(yīng)是偏安全。37溶洞淹沒(méi)可能性分析進(jìn)行溶洞淹沒(méi)可能性分析，包括下洞、上洞以及上洞的支洞。從地下水排泄規(guī)律，大廳水開(kāi)始溢流后，首先流向下洞，下洞最低處應(yīng)存在排泄途徑，但是排泄能力很小，因此才會(huì)出現(xiàn)，連續(xù)降雨后下洞被淹沒(méi)的情形（調(diào)查期間有出現(xiàn)），由于沿下洞溢出最高點(diǎn)C點(diǎn)標(biāo)高比最低點(diǎn)高約4.3m，當(dāng)排泄不及時(shí)，下洞會(huì)被淹沒(méi)，因此下洞淹沒(méi)的可能性大。但上洞由于比下洞高得多，即高差達(dá)十余米，因此上洞會(huì)否被淹沒(méi)需要計(jì)算確定。參照《水力學(xué)》中閘孔淹沒(méi)出流計(jì)算模型（見(jiàn)圖6所示），根據(jù)能量方程，下洞被淹沒(méi)后，流速參照如下公式。38圖6閘孔淹沒(méi)出流計(jì)算模型滿(mǎn)管（或完全淹沒(méi)的溶洞）的任意過(guò)水?dāng)嗝娴牧魉倏捎扇缦鹿接?jì)算：用于計(jì)算閘口處（即過(guò)水?dāng)嗝孀钫帲┝魉儆?jì)算，這里假定為C-C斷面的流速、流量計(jì)算。其中，H1為下游自由水面標(biāo)高，可以理解為該溶洞淹沒(méi)后下游溢出口德標(biāo)高；H2為上游由于淹沒(méi)雍塞水位上升達(dá)到一定平衡后的自由水面標(biāo)高。上下游自由水面高差：徑流系數(shù)Ψ：0.50設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期P：50a匯水面積F：6.74km2（674ha）由于洞壁不軌者、粗糙的折減系數(shù)，出于保守考慮，?。害?0.539序號(hào)控制截面面積S（m2）H1（m）H2（m）流速折減系數(shù)φ重力加速度g水頭差△H（m）截面流速v（m/s）流量Q（m3/s）12.6258.5259.50.51012.245.8122.6258.5260.50.51023.168.2232.6258.5261.50.51033.8710.0742.6258.5262.50.51044.4711.6352.6258.5263.50.51055.0013.0062.6258.5264.50.51065.4814.2472.6258.5265.50.51075.9215.3882.6258.5266.50.51086.3216.4492.6258.5267.50.51096.7117.44102.6258.5268.50.510107.0718.38表2控制截面流速流量計(jì)算表

圖7截面流速、流量隨水頭差增加趨勢(shì)圖當(dāng)水頭差△H達(dá)到1m時(shí)，截面流速為2.24m/s，流量Q可達(dá)到5.81m3/s；而當(dāng)水頭差△H達(dá)到4m時(shí)，截面流速v達(dá)到4.47m/s，流量Q=11.63m3/s>11.47m3/s，即大于工況Ⅱ設(shè)計(jì)流量。當(dāng)水頭差△H達(dá)到9m時(shí)，截面流速v達(dá)到6.71m/s，流量Q=17.44m3/s，這個(gè)流量大于工況Ⅲ結(jié)論設(shè)計(jì)流量，鑒于以上計(jì)算參數(shù)選用的數(shù)據(jù)相對(duì)保守安全，因此下洞淹沒(méi)后漫至上洞的可能性極小。其次，由于來(lái)水主要為洞最里端大廳頂部的漏斗，鑒于它以上的地下水流經(jīng)通道截面的限制，顯然其截面會(huì)更小，因此，洞頂?shù)膩?lái)水顯然不會(huì)大于設(shè)計(jì)流量。由于上洞洞體開(kāi)闊，洞截面大，被淹沒(méi)可能性幾乎沒(méi)有。上洞的支洞，由于地形標(biāo)高更高，更加不可能被漫及。因此，不論降雨強(qiáng)度多大，上洞總能保證有一段不會(huì)被水漫及的安全區(qū)域。溶洞開(kāi)發(fā)后，由于下洞淹沒(méi)可能性大，存在風(fēng)險(xiǎn)，但通過(guò)安全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)分析，造成人員傷亡事故的原因都是可以通過(guò)設(shè)計(jì)、制度、監(jiān)測(cè)、預(yù)警得到消除和控制，即安全風(fēng)險(xiǎn)在可控范圍內(nèi)。40分區(qū)危險(xiǎn)性小區(qū)（A）：是指不論什么工況下的降雨，都不會(huì)被水沒(méi)及；危險(xiǎn)性中等區(qū)（B區(qū)）：在極端暴雨條件下（工況Ⅱ）可能淹沒(méi)區(qū)域；其中危險(xiǎn)性危險(xiǎn)性大區(qū)（C區(qū)）：在多年平均最大暴雨條件（工況Ⅰ）下可能淹沒(méi)區(qū)域危險(xiǎn)性危險(xiǎn)性極大區(qū)（D區(qū)）：是指一般性降雨條件下可能淹沒(méi)區(qū)域。41溶洞洪水致災(zāi)的事故樹(shù)分析42事故樹(shù)分析（FaultTreeAnalysis,簡(jiǎn)稱(chēng)FTA）是安全系統(tǒng)工程的重要分析方法，事故樹(shù)分析也稱(chēng)故障樹(shù)分析。它是從一個(gè)可能的事故開(kāi)始一層一層地逐步尋找引起事故的觸發(fā)事件、直接原因和間接原因，并分析這些事故原因之間的相互邏輯關(guān)系，用邏輯樹(shù)圖把這些原因以及它們的邏輯關(guān)系表示出來(lái)。事故樹(shù)是一種演繹分析方法，即從結(jié)果分析原因的分析方法。（1）頂上事件的確定（2）基本原因（或基本事件）確定（3）求事故樹(shù)最小割集（4）結(jié)構(gòu)重要度分析經(jīng)調(diào)查人員多次測(cè)算，由溶洞盡頭走到洞口，時(shí)間約50-60分鐘，考慮到溶洞尚未開(kāi)發(fā)，洞內(nèi)亂石嶙峋、局部積水影響及照明條件較差，溶洞開(kāi)發(fā)后，洞內(nèi)照明及道路條件將大大改善，發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)，約20分鐘內(nèi)人員即可從溶洞最里端撤出到洞口位置。從開(kāi)始降雨到溶洞盡頭大廳處開(kāi)始出現(xiàn)滲水需30分鐘左右，從洞內(nèi)大廳滿(mǎn)水溢流到下洞滿(mǎn)水至258.5m附近，則需要更長(zhǎng)的時(shí)間，因此，只要及時(shí)預(yù)警，人員有足夠的時(shí)間疏散撤離。即便預(yù)警延誤，上洞游客沒(méi)能及時(shí)撤離出洞口，由于上洞淹沒(méi)可能性幾乎沒(méi)有，因此緊急時(shí)可以組織人員在上洞危險(xiǎn)性小區(qū)域（地勢(shì)較高處）避險(xiǎn)，等待救援。由此可見(jiàn)，降雨引發(fā)的洪水對(duì)溶洞內(nèi)的游客、工作人員及設(shè)備安全等存在一定風(fēng)險(xiǎn)，但風(fēng)險(xiǎn)可控。43根據(jù)計(jì)算的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)重要性排序?yàn)椋篒φ(0)>Iφ(4)=Iφ(7)>Iφ(1)>Iφ(8)=Iφ(9)=Iφ(10)=Iφ(11)>Iφ(3)=Iφ(2)>Iφ(5)=Iφ(6)=Iφ(12)=Iφ(13)因此，基本事件X0（洞內(nèi)水位超警戒）重要程度最高，因?yàn)槠錇闂l件事件，洞內(nèi)水位超警戒是安全事故發(fā)生的前提條件。監(jiān)測(cè)方法流速監(jiān)測(cè)：采用流速計(jì)，在節(jié)點(diǎn)位置監(jiān)測(cè)流速，從而可以計(jì)算出流量。水位監(jiān)測(cè)：采用在重要節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置水位標(biāo)尺，記錄水位高以及隨時(shí)間的上漲速率，來(lái)判斷危險(xiǎn)性，從而為預(yù)警提供依據(jù)。雨量監(jiān)測(cè)：可以在附近設(shè)置一個(gè)雨量觀(guān)測(cè)裝置，也可以通過(guò)在水文站搜集，但最好自己觀(guān)測(cè)，以便和流量觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)分析，為積累觀(guān)測(cè)資料和更準(zhǔn)確地確定預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。為保證人員安全，洞內(nèi)關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)布置視屏監(jiān)視設(shè)施，該視屏監(jiān)視可用于人員疏散的監(jiān)視，也可作為監(jiān)測(cè)的手段。44建議防范措施如下：(1)投入必要的安全設(shè)施設(shè)備，包括檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)及監(jiān)視系統(tǒng)；(2)建立健全安全管理制度，責(zé)任落實(shí)到人，制度上控制，有防漏措施，確保不因個(gè)人的疏忽失誤，造成嚴(yán)重后果；(3)儀器設(shè)備設(shè)備應(yīng)定期和不定期檢查和及時(shí)維修；(4)定期和不定期檢查警示標(biāo)識(shí)是否損壞，是否存在移動(dòng)造成誤解現(xiàn)象；(5)溶洞開(kāi)發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)保證道路寬度，用電應(yīng)使用安全電壓；(6)溶洞開(kāi)發(fā)規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)合理確定同時(shí)進(jìn)洞人員的數(shù)量，確保能及時(shí)安全撤離；(7)雨季入洞前，做好安全教育與告知，使明白游客明白存在危險(xiǎn)源，并清楚警示標(biāo)識(shí)和撤離路線(xiàn)；(8)做好監(jiān)測(cè)以及數(shù)據(jù)記錄保存工作，為后期更精確的預(yù)警預(yù)報(bào)提供依據(jù)。(9)在G(G’)點(diǎn)，上下洞連通處，設(shè)置人員通行的逃生便捷通道，可以避免下洞疏散人群不必返回到最里端交匯處再?gòu)纳隙刺由木€(xiàn)路，大大節(jié)約疏散時(shí)間。(10)編制專(zhuān)項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，并組織演練。453.8案例三貴南高鐵朝陽(yáng)隧道6.10突水事故2018年6月10日，在貴州省荔波縣朝陽(yáng)鎮(zhèn)，由中鐵十二局集團(tuán)承建的朝陽(yáng)隧道輔助坑道出口平導(dǎo)距洞口1893米處掌子面（PDK170+674）在發(fā)生初次鉆孔噴水后，停止掘進(jìn)，在進(jìn)行輔助超前地質(zhì)預(yù)報(bào)施工作業(yè)時(shí)，突發(fā)瞬時(shí)巨量涌水突泥。人員傷亡：突然巨量涌水集中涌出，造成洞內(nèi)2名作業(yè)人員遇難。洞口外約100米處，有一當(dāng)?shù)卮迕褡杂型诰驒C(jī)正在清理工作，被洞內(nèi)突然涌水沖走。項(xiàng)目部積極組織搜救，找到受傷人員，并送往醫(yī)院，進(jìn)行搶救，但無(wú)效而終。損失：平導(dǎo)洞內(nèi)開(kāi)挖臺(tái)架（距離洞口1800米）、12米二襯臺(tái)車(chē)（距離洞口716米），一直被泥水沖出平導(dǎo)洞外，洞口三臺(tái)風(fēng)機(jī)、應(yīng)急物資庫(kù)及值班房被整體沖走沖毀。46工程概況朝陽(yáng)隧道中心里程為DK166+169，該隧道全長(zhǎng)12734m，洞身所穿過(guò)的山體植被發(fā)育，隧道最大埋深約386m（事故點(diǎn)PDK170+671處埋深約230m)。隧道為雙線(xiàn)單洞，設(shè)“2橫1斜2平”，出口設(shè)低于正洞3米的平導(dǎo)用于施工和運(yùn)營(yíng)期的排水。朝陽(yáng)隧道為貴南鐵路貴州段先期開(kāi)工標(biāo)，于2016年12月26日中標(biāo)進(jìn)場(chǎng)施工。出口平導(dǎo)于2017年4月1日正式進(jìn)洞施工，截止目前出口平導(dǎo)己掘進(jìn)1893米。出口平導(dǎo)PDK170+394～PDK170+814段為二疊系灰?guī)r夾頁(yè)巖（P1q），Ⅲ級(jí)圍巖，采用Ⅲ級(jí)錨噴襯砌，按設(shè)計(jì)全斷面施工，其中PDK170+671處埋深約230m。47情況處治經(jīng)過(guò)2018年5月30日凌晨4時(shí)30分,朝陽(yáng)隧道出口平導(dǎo)PDK170+674掌子面在開(kāi)挖鉆孔作業(yè)時(shí)，底板中心鉆孔出現(xiàn)濁水，壓力逐漸增大，噴射約10米遠(yuǎn)，6時(shí)許水由混濁變清，8時(shí)30分停止出水，同時(shí)在出水點(diǎn)周邊水平鉆孔（4.5米）探測(cè)均未出水,9時(shí)補(bǔ)鉆剩余炮孔時(shí)，底板中心偏右及右側(cè)2個(gè)鉆孔出現(xiàn)濁水，噴射約10米遠(yuǎn)，撤人觀(guān)察至12點(diǎn)，水色變清但水量水壓一直未減，之后又在出水點(diǎn)上方水平鉆孔探測(cè)，共鉆孔8個(gè)，其中3個(gè)孔在底板上約40cm處出濁水，噴射距離大約15-20米，流量計(jì)監(jiān)測(cè)洞內(nèi)涌水量約744方/小時(shí)，未見(jiàn)減小但有變清趨勢(shì)，同時(shí)掌子面穩(wěn)定，