貴州公路隧道施工瓦斯突出結題報告

高速公路瓦斯突出隧道施工

關鍵參數與結構優(yōu)化技術研究

結題報告

貴州高速公路集團有限公司

貴州省交通建設工程質量監(jiān)督局

中南大學

蘇交科集團股份有限公司

二O一七年十一月

目錄

目錄

1項目基本情況......................................................1

1.1研究目的....................................................1

1.2研究內容及預期目標..........................................1

1.3研究技術路線................................................2

1.4項目執(zhí)行情況...............................................4

1.4.1完成任務情況..........................................4

1.4.2課題完成情況..........................................4

1.4.3技術保障措施..........................................5

2工程概況..........................................................6

2.1大山隧道工程概況............................................6

2.1.1地質條件..............................................6

2.1.2水文地質條件..........................................8

2.1.3不良地質條件.........................................10

2.2城關箸隧道工程概況.........................................11

2.2.1地質條件.............................................11

2.2.2水文地質條件.........................................12

2.2.3不良地質條件.........................................13

2.3水塘隧道工程概況...........................................14

2.3.1地質條件.............................................15

2.3.2水文地質條件.........................................16

2.3.3不良地質條件.........................................16

3煤系地層大變形支護參數與仰拱優(yōu)化研究.............................18

3.1煤系地層隧道大變形研究現狀.................................18

3.2煤系地層隧道圍巖變形與支護受力現場測試.....................20

3.2.1主要測試內容.........................................20

3.2.2監(jiān)測方法.............................................21

3.2.3YK107+303斷面現場監(jiān)測的成果及其分析.................27

3.2.4YK107+374斷面現場監(jiān)測成果及分析....................45

3.3煤系地層控制隧道圍巖大變形優(yōu)化施工措施.....................57

3.3.1施工工法對比.........................................57

3.3.2機械開挖與鉆爆綜合施工工藝流程.......................58

3.3.3機械開挖與鉆爆綜合施工工法步驟.......................59

第I頁共231頁

目錄

3.3.4隧道仰拱曲率拓撲優(yōu)化.................................61

3.3.5施工組織優(yōu)化與管理...................................65

3.4本章小結...................................................66

4瓦斯隧道不動火施工技術及動火管理制度研究.........................67

4.1瓦斯隧道不動火新型支護結構設計.............................67

4.1.1圓鋼管混凝土支架強度及極限承載力計算.................67

4.1.2鋼管混凝土支架支護數值模擬...........................69

4.1.3各級圍巖初期支護鋼管混凝土支架設計...................94

4.2煤系地層軟巖初支錨桿不動火施工技術研究.....................97

421煤系地層軟巖初支錨桿不動火施工必要性分析..............97

4.2.2煤系地層軟巖初支錨桿不動火工藝施工...................98

4.2.3煤系地層軟巖初支錨桿不動火工藝施工效果..............100

4.3瓦斯隧道動火管理制度標準化研究............................101

4.3.1隧道動火原因分析....................................101

4.3.2瓦斯隧道常用對策及其存在的問題......................102

4.3.3隧道施工動火管理措施................................103

4.4本章小結..................................................104

5隧道過瓦斯突出煤層防突參數與安全施工技術研究....................105

5.1瓦斯隧道抽、排放系統(tǒng)適用性分析............................105

5.1.1瓦斯隧道抽、排放系統(tǒng)特點.............................105

5.1.2瓦斯隧道抽、排放系統(tǒng)適用范圍........................105

5.2瓦斯隧道預留安全巖柱厚度合理閾值研究......................105

5.2.1預留安全巖柱厚度理論分析............................106

5.2.2IV2圍巖等級下不同施工方法安全巖柱厚度取值模擬.......111

5.2.3不同圍巖等級下臺階法施工瓦斯隧道預留安全巖柱厚度取值模擬

............................................................................................................................120

5.2.4不同圍巖等級下傾斜煤層臺階法施工安全巖柱厚度取值模擬..129

5.3瓦斯隧道過突出煤層安全揭煤與防突施工技術研究..............133

5.3.1煤與瓦斯突出預測技術總結............................133

5.3.2煤與瓦斯突出防治措施總結............................141

5.4本章小結..................................................145

6煤系軟巖地層隧道安全施工監(jiān)控量測指標與技術標準..................147

6.1隧道施工監(jiān)測項目..........................................147

6.1.1洞內圍巖與支護狀態(tài)觀察..............................147

第n頁共231頁

目錄

6.1.2隧道初期支護周邊位移及拱頂下沉監(jiān)測..................148

6.1.3隧道淺埋段地表沉降監(jiān)測..............................152

6.1.4圍巖變形特征分析....................................154

6.2隧道安全施工瓦斯監(jiān)控技術..................................158

6.2.1瓦斯自動監(jiān)控系統(tǒng).....................................158

6.2.2施工安全瓦斯?jié)舛鹊拇_定..............................161

6.2.3水塘隧道瓦斯監(jiān)控結果................................163

6.3通風主導型施工組織管理....................................167

6.3.1通風系統(tǒng)設計與管理影響因素..........................167

6.3.2通風主導型施工組織管理流程..........................175

6.3.3瓦斯工區(qū)測風管理....................................180

6.3.4其它主要管理措施....................................183

6.4通風系統(tǒng)..................................................188

6.4.1隧道掘進施工風量計算................................188

6.4.2通風設施與設備選型..................................191

6.4.3通風檢測類儀器、設備配置............................193

6.4.4施工通風措施........................................194

6.5本章小結..................................................195

7隧道排水系統(tǒng)地下水結晶堵管機理及防治技術研究....................197

7.1隧道病害情況..............................................197

7.1.1隧道施工期出現的工程問題.............................197

7.1.2隧道運營期出現的工程問題............................197

7.1.3隧道病害現狀........................................198

7.2水塘隧道病害原因分析......................................199

7.2.1排水管堵塞對隧道襯砌結構的影響......................200

7.2.2排水管堵塞對圍巖的影響..............................201

7.3隧道病害處整治措施........................................202

7.3.1左右幅隧道病害整治..................................202

7.3.2橫向通道病害整治....................................209

7.4排水系統(tǒng)堵管導致隧道結構破壞研究..........................210

7.4.1排水管堵塞導致隧道結構破壞模擬......................210

7.4.2計算分析............................................211

7.4.3隧道遇水軟化特性分析................................218

7.5隧道排水系統(tǒng)堵管問題的防治措施及建議......................223

第HI頁共231頁

目錄

7.5.1優(yōu)化隧道排水管結構..................................223

7.5.2隧道排水系統(tǒng)內結晶的清除............................224

7.5.3排水盲管的施工與設計................................226

7.5.4新型排水管道檢測與疏通技術..........................226

7.6本章小結..................................................227

8成果創(chuàng)新........................................................228

9社會經濟效益及成果推廣前景......................................229

9.1社會經濟效益..............................................229

9.2成果推廣及其應用前景......................................229

10項目自評情況...................................................230

11存在問題與下一步工作計劃.......................................231

第IV頁共231頁

I項目基本情況

1項目基本情況

1.1研究目的

針對目前瓦斯突出隧道設計和施工中面臨的安全控制技術難題，亟待依托典

型瓦斯突出隧道工程，開展針對性技術研究，提出瓦斯突出隧道瓦斯防治等技術

標準，預期目標將直接解決隧道建設中的相關技術難題，保障工程建設的安全、

快速、質量，同時可為類似高速公路瓦斯隧道建設和瓦斯隧道設計和施工技術指

南的完善和修訂提供技術支撐和基礎數據，預期將收到良好的安全、經濟、環(huán)境

與社會效益。

1.2研究內容及預期目標

研究內容如下：

（1）隧道過瓦斯突出煤層安全施工技術研究

1）瓦斯抽、排放系統(tǒng)適應性及技術經濟指標研究；

2）瓦斯突出影響機制與突出判定指標合理閾值研究；

3）瓦斯突出隧道安全揭煤與防突施工技術研究。

（2）煤系地層大變形支護參數與仰拱優(yōu)化研究

1）軟巖隧道支護結構剛度對圍巖大變形影響機理研究；

2）基于煤系地層松散壓力瓦斯隧道結構設計優(yōu)化研究；

3）煤系軟巖隧道仰拱結構優(yōu)化設計與施工控制技術；

4）支護結構大變形的時間與空間效應及現場試驗研究。

（3）瓦斯隧道不動火施工技術及動火管理制度研究

1）初期支護結構環(huán)向與縱向連接工藝標準化研究；

2）煤系地層軟巖初支錨桿不動火施工技術研究；

3）特殊情況下瓦斯隧道動火管理制度標準化研究。

（4）瓦斯隧道安全施工監(jiān)控量測技術研究

1）煤系軟巖地層隧道施工監(jiān)控量測指標與技術標準；

2）適應于煤系軟巖隧道不同工法預留變形量指標研究；

3）基于隧道施工監(jiān)控量測數據的信息反饋技術研究。

（5）瓦斯隧道防排水與防排瓦斯技術研究

1）外水壓力及煤系圍巖軟化對隧道受力性狀安全影響；

2）煤系地層地下水化學特征及隧道防排水優(yōu)化技術研究；

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I項目基本情況

3）瓦斯隧道防瓦斯?jié)B透設計與施工技術研究。

通過開展本項目研究，本課題計劃達到的預期目標主要有：

（1）提出瓦斯突出隧道抽排放技術指標與技術標準；

（2）提出瓦斯突出隧道安全過煤層支護結構優(yōu)化設計參數及安全施工方法;

（3）提出采空區(qū)超前探測預報及涌水量預測方法；

（4）提出瓦斯隧道不動火新型支護結構設計方法；

（5）發(fā)表核心期刊以上論文8篇，培養(yǎng)碩士/博士2-3名；

（6）申請實用新型或發(fā)明專利1-2項；

（7）申請1項省部級施工工法；

（8）將現有指南升級為地方規(guī)范或國家級標準。

1.3研究技術路線

本項目依托貴州在建盤興高速公路瓦斯突出隧道工程，通過對文獻查閱、現

場調研、理論分析、室內外試驗、工藝性試驗等方法對目前瓦斯突出隧道面臨的

設計和施工技術問題進行系統(tǒng)研究，具體技術路線如圖1-1所示：

圖1-1課題技術路線圖

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I項目基本情況

（1）查閱相關文獻，了解國內外研究現狀。

通過查閱國內外相關文獻，進一步掌握瓦斯突出隧道設計和施工中亟待解決

的技術難題，總體規(guī)劃課題研究方案，論證課題研究可行性，編制研究大綱。

（2）現場實地調研

對依托工程及貴州省與其它省份典型瓦斯突出隧道進行調查研究，掌握目前

瓦斯突出隧道設計和施工技術水平及技術需求，選擇典型依托工程，結合施工進

度，提前開展理論分析研究工作。

（3）制定試驗方案，開展室內和現場試驗研究

通過理論分析及室內與現場試驗研究瓦斯抽、排放系統(tǒng)適應性及相關技術經

濟指標的合理性，確定合理揭煤防突技術指標，總結瓦斯突出隧道安全揭煤與防

突施工技術。

（4）瓦斯隧道圍巖大變形支護參數與仰拱優(yōu)化設計及施工技術

選擇典型試驗段，開展煤系地層掌子面地質調繪，取樣進行室內試驗，通過

試驗和理論研究分析軟巖隧道支護結構縱向剛度對圍巖大變形影響機理及大變

形時間和空間效應分析，提出隧道結構設計優(yōu)化和安全控制技術。綜合安全施工

和支護結構安全，分析煤系軟巖地層隧道施工監(jiān)控量測指標與監(jiān)控頻率，總結基

于隧道施工監(jiān)控量測數據的信息反饋技術。

（5）瓦斯隧道不動火施工技術及動火管理制度研究

針對瓦斯隧道動火施工存在的安全風險，研發(fā)初期支護結構環(huán)向與縱向連接

工藝標準化及初支錨桿不動火施工技術。

（6）瓦斯隧道防排水與防排瓦斯技術研究

針對地下水與瓦斯的共生共存特性，通過理論分析和室內試驗，開展外水壓

力及煤系圍巖軟化對隧道受力性狀安全影響，采集典型地段水樣進行地下水化學

特征分析，提出瓦斯隧道防排水與防排瓦斯技術，確定基于涌水量的優(yōu)化排水系

統(tǒng)。

（7）瓦斯隧道安全風險管理及應急救援管理研究

調研總結目前瓦斯突出隧道安全風險管理與安全施工管理方面存在不足和

漏洞，提出瓦斯突出隧道突發(fā)事件的應急救援管理要求，形成相關應急救援管理

體系。

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I項目基本情況

1.4項目執(zhí)行情況

1.4.1完成任務情況

圍繞研究任務，本課題開展了大量的研究工作，其中主要包括以下五個方面

工作：

①煤系地層大變形支護參數與仰拱優(yōu)化研究

②瓦斯隧道不動火施工技術及動火管理制度研究

③隧道過瓦斯突出煤層防突參數與安全施工技術研究

④煤系軟巖地層隧道安全施工監(jiān)控量測指標與技術標準

⑤隧道排水系統(tǒng)地下水結晶堵管機理及防治技術研究

以上研究內容較好的涵蓋了研究任務所需完成的工作內容，反映了經各方共

同努力后完成的既有成果，而各項相關研究內容的具體情況在后續(xù)章節(jié)予以詳加

介紹和深入研究。

1.4.2課題完成情況

本課題以盤興高速大山隧道、城關箸隧道和水塘隧道為主要依托工程，課題

組緊跟盤興高速公路主體工程施工進度，根據本課題要求及課題研究計劃，截止

目前，主要進行了以下幾個方面的研究：

（1）通過現場測試的方法獲得了煤系地層下隧道圍巖和支護結構變形數據,

提出了一種機械開挖與鉆爆綜合施工的開挖技術，通過數值建模及分析，總結了

施工的分區(qū)、施工循環(huán)進尺及工序銜接等關鍵施工要點，并成功應用于水塘隧道

施工中，保證了隧道施工的進度、質量及安全；

（2）針對瓦斯隧道的突出特點，提出了一種不動火新型支護結構，通過數

值建模及分析，提出了在多種圍巖情況下支護結構的設計參數，在此基礎上，研

究了瓦斯隧道在初期支護工序等各工序施工過程中的不動火施工工藝技術。

（3）通過對現有隧道瓦斯抽排放系統(tǒng)的總結及大量的數值分析，提出了瓦

斯隧道預留安全巖柱厚度的合理閾值，有效地應用于瓦斯突出隧道安全揭煤與防

治施工當中，針對突出危險性煤層采取一定的技術措施，使一定范圍內的煤與瓦

斯先行釋放其能量，進而達到消除或減小突出的目的。

（6）通過查閱相關文獻及規(guī)范資料，結合大山隧道變形和水塘隧道現場瓦

斯監(jiān)測數據，在圍巖特征分析以及施工安全瓦斯?jié)舛鹊拇_定，總結了煤系軟巖地

層隧道安全施工監(jiān)控量測指標與技術標準，并提出了通風系統(tǒng)設計方案，此方案

為眾多規(guī)范、指南的施工通風措施和設計提供參考。

第4頁共231頁

I項目基本情況

（7）本論文依托水塘隧道工程，采用數值模擬和室內試驗等手段，分析了

隧道排水管中地下水結晶規(guī)律以及隧道排水系統(tǒng)堵塞對隧道結構的影響，為隧道

排水管堵塞問題提出合理的解決建議。

1.4.3技術保障措施

為保證項目保質保量、按期順利完成，在研究中采取了以下技術措施。

（1）成立專門科研條件保證部，負責科研人員工作條件及相關設備的采購，

這樣既有利于科研資金的合理利用，又有利于相關設備、條件及時到位，避免由

于研究條件問題，影響研究進度和研究質量；

（3）本課題各階段經費嚴格按經費管理辦法合理使用，主要經費用于開展

室內試驗、現場試驗和理論研究、學術成果的整理和發(fā)表、參加學術會議和課題

組學術研討、與課題相關差旅費、大量室內和現場試驗測試元件和儀器購置費及

人員補助等?，F場課題組花費了大量人力、物力對現場試驗段進行監(jiān)測和監(jiān)控,

按課題實施大綱要求開展研究過程，試驗經費投入比重相對較大，收支總體基本

平衡；

（4）加強調研、學習和實踐，了解國內外相關研究動態(tài)，實現理論和實踐

的結合，使項目的研究成果既真正具有實際應用價值，能盡快應用于生產實踐,

又能具有較高理論水平；

（5）加強學術交流，通過發(fā)表論文、舉行學術會議、和同行進行技術交流

等方式，一方面宣傳所取得的研究成果，另一方面也了解掌握反饋意見，便于及

時發(fā)現問題，調整研究思路和方法；

（6）采用合適的理論、先進的試驗方法和計算分析手段，采用多種方法綜

合分析，從不同角度認識問題；

（7）重視試驗數據的可靠性和真實性、理論分析的嚴密性，以及計算分析

手段的正確性，認真務實地開展科研工作；

（8）積極為生產實踐服務，把所取得的成果及時應用于生產實踐中，解決

工程實際問題。

第5頁共231頁

2工程概況

2工程概況

2.1大山隧道工程概況

大山隧道從斜坡下部穿越山體，進出口位于大山鎮(zhèn)司家寨村龍蟒灘坡下部，

出口位于忠義鄉(xiāng)毛草坪村田家沖左岸斜坡中下部，隧道穿越山體地屬高原中山區(qū)。

隧址區(qū)為構造剝蝕單面山地貌，山體較為雄渾，北部為單面山呈東西走向，與地

層走向基本一致；南部地形相對陡峻。隧址區(qū)地形坡度進口段總體坡度相對較緩，

一般5?8。，出口段總體坡度較陡，一般在38?46。之間，最大相對高差約120m。

隧址高程在17859?1799.07m之間，最大相對高差約20m。隧址區(qū)植被發(fā)育以灌

木為主間夾喬木松樹及柏樹

2.1.1地質條件

根據區(qū)域地質資料、野外地質調查并結合物探成果，隧址區(qū)地層為從上至下

為:第四系殘坡積層（（24過+&）、第四系崩塌堆積層。4時）、第四系全新統(tǒng)坡洪積

層（Q4&+W）、三疊系下統(tǒng)飛仙關組（Tif）及二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P21）地層。現分述

如下：

（1）第四系殘坡積層（Q^+dl）：角礫粉質粘土，棕紅色、灰黃色，稍濕、可

塑，局部含25?40%左右的粉砂巖角礫，厚2?5m,主要分布于區(qū)內緩坡段、山

脊平臺及坡腳。

（2）第四系崩塌堆積層9產，碎石土，棕紅色、灰黃色、稍濕，結構松散，

碎石含量55%,厚2?8m,主要分布于BOI、B02、B03、B04崩塌堆積區(qū)。

（3）第四系坡洪積層

坡洪積層（Q4H+PD分為兩個亞層：

角礫土：灰、灰黑、灰褐，含淤泥質，濕一飽和，松散，角礫含量在50?60%

之間，礫經一般0.5?1.5cm之間，局部含碎石，最大礫經在7cm以上，角礫、

碎石成分主要為砂巖、粉砂巖等，充填物為粉質粘土等，由于地下水的作用，粉

質粘土含量較多的部位呈軟塑一軟可塑狀，主要分布于進口緩坡地帶。

碎石土：成分以粉砂巖碎石夾砂、角礫組成，粉粘粒充填，棕紅色、灰黃色，

結構松散，碎石含量50%,厚3?8m,主要分布于區(qū)內沖溝溝內，主要分布于洞

身段及出口段。

（4）三疊系下統(tǒng)飛仙關組（If）：濱海、淺海相碎屑巖，主要由紫紅色色、

黃綠色、灰綠色泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂巖、砂巖組成。其下段厚度121?

150m,一般135m從下至上巖性中細、粗、細的變化規(guī)律。下部50m左右為灰

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2工程概況

綠色粉砂質泥巖及綠色泥質粉砂巖，夾泥質灰?guī)r薄層、條帶及透鏡體，含少量植

物碎屑；中部40m左右以綠色粉砂巖及細砂巖為主，局部夾泥質粉砂巖、含黃

銅礦細晶及球狀鈣質結核；上部45m左右以綠紫及紫綠色泥質粉砂巖為主，夾

粉砂巖及粉砂質泥巖。中、下部分界處見不穩(wěn)定的鮑粒狀灰?guī)r或生物屑灰?guī)r，厚

度1.0m左右。全段含腕足類舌形貝及瓣鯨類動物化石，其上段厚度110?170m,

一般140m。以紫紅色粉砂質泥巖、紫色粉砂巖及泥質粉砂巖為主，局部夾細砂

巖。富含蠕蟲狀方解石，頂、底部含瓣鯉類動物化石。

（5）二疊系下統(tǒng)龍?zhí)督M（P21）：一套以陸相為主的海陸交替相含煤沉積，主

要由灰色、棕紅色色粘土巖、頁巖、砂質頁巖、細砂巖、粉砂巖及煤層巖組成，

厚度234?299m,平均265m含煤20?35層，一般25層左右，可采及局部可采

11層。本組厚度約165?480m,巖層產狀140?145。/11。。

（6）地質構造

1）褶皺

隧址區(qū)位于盤南背斜南翼中部，區(qū)域上屬于上揚子板塊黔南坳陷六盤水斷坳,

黔西南渦輪構造盤縣褶斷帶的主干褶皺，為單斜構造。其地層總體走向北西西，

傾向南南西，傾角10。左右。

2）斷層

隧址區(qū)共發(fā)育3條斷層，其中大山隧道隧址區(qū)左側距軸線1020m順初發(fā)育

1條北北東一偏南方正斷層（FQ）,距軸線150?800m發(fā)育1條北東一南西向正

斷層，西側約52?383m順軸線發(fā)育1條北東一南西向正斷層（Fw）,隧道區(qū)受

地質構造作用強烈，斷層發(fā)育，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，對隧道圍巖穩(wěn)定性不利，但

斷層并未直接穿越隧道。現分述如下：

F15斷層位于小河邊煤礦西部邊界、爛泥箸煤礦東部邊界，介于兩煤礦之間。

斷層總體走向北北東，傾向近東，傾角60?70。。斷層上盤地層為二疊系上統(tǒng)上

段和飛仙關組地層，斷層下盤地層為二疊系上統(tǒng)下段地層，局部出露飛仙關組下

段地層。該斷層向北向南延伸出井田外，落差80?100m,斷層破碎帶寬約25?

50m之間，最寬處為隧道進口段。

F16斷層位于爛泥箸煤礦西部邊界，發(fā)育于大山隧道東側，其起始端距離大

山隧道進口約560m,終端距大山隧道僅150m。斷層總體走向北東一南西，傾向

南東，近125?150。，傾角60~80%斷層上盤地層為二疊系上統(tǒng)上段和飛仙關

組下段地層，斷層下盤地層為二疊系上統(tǒng)下段地層。北抵斷層B5,總長約1600m,

盤間落差5?10m左右，斷層破碎帶寬約1?1.5m,破碎帶多以斷層角礫為主，

間夾碎石。

F17斷層位于大山隧道西側，斷層總體走向北東一南西，傾向南東近125。，

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2工程概況

傾角70?80。。斷層上盤及下盤地層均為二疊系上統(tǒng)下段地層。該斷層總長約

2300m,盤間落差20?30m左右，斷層破碎帶寬約3?5m,破碎帶多以斷層角礫

為主，間夾碎石。

2.1.2水文地質條件

(1)地表水

隧址區(qū)山高坡陡，且表土多為含角礫粉質粘土，大氣降水迅速轉為地表徑流。

地表徑流通過溝谷排泄，溝谷帶多為含角礫碎石土，透水性較好，同時受斷層影

響，洞身段裂隙較為發(fā)育，，地表易沿裂隙下滲補給地下水。隧址區(qū)地表水豐水

期在6-10月，其流量占全年徑流量75%,而11月至次年5月七個月的徑流量,

僅占全年徑流量的25%,最大豐水月為7月，最枯月為3-4月，地表河流屬雨源

型河流，其枯、洪流量變幅顯示了山區(qū)河流暴漲暴落的特點，雨季河水猛漲、枯

季水位劇降，甚至近于干涸。隧址區(qū)內無大的河流，僅大山隧道洞身段臥落溝和

楚皮林溝見小溪流。據2013年10月5日調查測流，臥落溝水流量約5L/s,楚皮

林溝約1?2L/s,據訪問和洪水痕跡推測，洞身豐水期臥落溝流量達20-30L/S

以上，隧道出口田家沖汛期流量約5?10L/S。綜上所述，隧道區(qū)沖溝細溝等橫向

溝較發(fā)育，枯季多為干溝，多均屬雨水型，具山區(qū)易漲易落山溪水特點，枯、豐

期流量變化大。

(2)地下水

隧址區(qū)地下水受巖性、構造和地形地貌等因素控制，地下水的補給又與降雨

等密切相關。按地下水的賦存條件可分為松散堆積層孔隙水、碎屑巖風化裂隙水

兩大類。

除煤窯采空區(qū)可能發(fā)生涌突水外，其余隧道段隧道開挖時地下水大多以線狀

滴水、細股狀滲水為主，局部可能會發(fā)生涌突水現象。只要采取有效的排水措施，

地下水對洞室開挖影響不大。

(3)隧道涌水量評價

本隧道左右側均為低洼溝谷，高程低于隧道高程，不存在補給邊界，基本無

補給條件，主要考慮隧道兩側進水。按地下徑流模數法計算的隧道地下水徑流量

為783.16m3/d；按降水入滲系數法計算的隧道地下水徑流量為920.50m3/d；按水

動力學法計算的隧道地下水徑流量804.12m3/do隧道分段正常涌水量預測見表2-

lo

本次選取地下水徑流模數法計算結果作為全隧道正常涌水量的推薦值，即隧

道設計枯水期涌水量為783.16m3/d,隧道設計平水期涌水量(通過勘查區(qū)多年平

均降雨量的枯、平、豐雨量分配，平水期降雨量約為枯水期的3倍)為2349.480?4,

第8頁共231頁

2工程概況

隧道設計豐水期涌水量(通過勘查區(qū)多年平均降雨量的枯、平、豐雨量分配，豐水

期降雨量約為枯水期的4倍)為3132.64m3/d。

經計算分析，隧道開挖時地下水大多以滲滴水、線狀及小股出水為主，局部

可能有淋雨狀、大股狀流水，如揭露大的裂隙，且其存在在小煤窯采空區(qū)(如

K36+396?480,K36+813?860)發(fā)生較大的涌突水危害的可能性，故穿越采空

區(qū)時需采取有效的排水措施，保證洞室開挖安全。另須注意的是破碎巖帶當有股

狀或淋雨狀地下水流出，因巖體破碎巖體強度降低而對隧道圍巖穩(wěn)定的不利影響。

表2-1大山隧道分段正常涌水量預測表

K36+38K36+49

K35+967K36+199K36+795

0?3?

里程合計

K36+49K36+79

K36+199K36+380K37+163

35

砂質泥砂質泥砂質泥巖

泥質砂巖砂質泥巖

巖夾泥巖夾泥夾泥質砂

構造部位及巖性夾泥巖及夾泥質砂

質砂巖質砂巖巖及煤層

煤層石L1-I.

及煤層

隧道通過段長度L(km)0.2320.1810.1130.3020.3671.195

補給寬度(m)17001700170017001700

均衡面積

0.3540.1810.1130.3020.29

地下徑流F(km2)

模數法地下水徑流模

7.317.317.317.317.31

Q=86.4F數M(l/s,km2)

M小計水量

223.58114.3271.37190.74183.16783.16

(m3/d)

均衡面積

0.3540.1810.1130.3020.29

F(km2)

降水入滲降雨入滲系數

0.30.150.150.150.15

法a

Q=1000F多年平均降雨

1405.21405.21405.21405.21405.2

Xa/365量X(mm)

小計水量

408.86104.5265.26174.40167.47920.50

(m3/d)

水位標高(m)1786.91791.761794.461798.141802.71

滲透系數

0.350.20.20.20.2

k(m/d)

水動力學

含水層厚度

法1530505015

H(m)

Q=L.K.H2

影響半徑

/2R394.18317.6317.60317.60317.60

R(m)

小計水量

23.17102.29177.71474.9526.0804.12

(m3/d)

第9頁共231頁

2工程概況

含水層疏干半

394.18317.60317.60317.60317.60

徑R(m)

給水度H0.0150.0070.0070.0070.007

疏干水量掘進速度

22222

Q=p.R.S.v(m/d)

V水位降深

1530505015

S(m)

小計水量

177.38133.39222.32222.3266.70822.11

(m3/d)

2.1.3不良地質條件

(1)地質災害

受煤層亂采掘影響，隧道K36+900左右后山斜坡順崖發(fā)育崩塌3處，其中

偏左320m崩塌系由1#、12#兩礦采掘所誘發(fā)，危巖帶長約75m,高約40~50m,

厚約4?6m,規(guī)模約1.7萬方，崩落方向30。，目前約1.22萬方已經崩落堆積于

斜坡中部原公路內側，該崩塌距隧道軸線較遠，無影響，危害性??；偏左50m崩

塌系由2#、3#兩礦采掘所誘發(fā)，危巖帶長約70m,高約40?45m,厚約3?5m,

規(guī)模約1.26萬方，崩落方向10。，與隧道軸線方向幾近平行，目前約1.0萬方已

經崩落堆積于斜坡中部原公路內側，該崩塌距離隧道近，但其距進口距離約220m,

且公路上方及下方斜坡較平緩，緩坡帶長約65m,調查表明該崩塌崩落塊徑約

0.3?0.5m,經計算其最遠崩落距離約140m,亦即最遠崩落距離在現公路附近，

故而該崩塌對線路有一定影響，危害性較小，危險性中等；偏右70m崩塌系由

4#—11#8處煤窯采掘所誘發(fā)，危巖帶長約248m,高約40?45m,厚約3?5m,

規(guī)模約3.96萬方，崩落方向30。，與隧道軸線方向小角度相較，目前約3.0萬方

已經崩落堆積于斜坡中部原公路內側，該崩塌距進口距離約240m,且公路上方

及下方斜坡較平緩，緩坡帶長約65m,調查表明該崩塌崩落塊徑約0.3?0.5m,

經計算其最遠崩落距離約160m,亦即最遠崩落至公路內側，故而該崩塌對線路

有一定影響，但影響小，危害性較小，危險性中等。洞身段K36+600偏左發(fā)育崩

塌1處，此崩塌系因斷層F16自其后緣通過所致，系表層崩滑，崩塌危巖帶長約

60m,高約40?50m,厚約2?4m,規(guī)模約0.81萬方，崩落方向260。，目前約

0.3萬方崩落堆積于斜坡中下部，該崩塌距線路軸線350m,且在臥落溝的偏東

側，故其對線路無影響，危害性小。綜上，受采煤及斷層影響，隧址區(qū)地質災害

較為發(fā)育，但規(guī)模較小，同時離線路較遠，對線路危害性小，危險性中等，建議

對其于公路內側采取必要工程如攔石墻等進行防護。

(2)隧道含煤地層

大山隧道主要穿過的煤系地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，分布于洞身K36+000?

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2工程概況

K37+060段。二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M為灰色、黃褐色粘土巖、頁巖、砂質頁巖、細砂

巖、粉砂巖及煤層組成，其含煤層約20?35層，一般25層左右，煤層總厚度

21.21?41.37m,平均31.19m,含煤系數為11.80%,其中隧址區(qū)可采煤層8層,

編號為3、5.2、7、9、12」、171、19、26,其厚度由分別為3.83m、4.24m、0.82m、

0.95m^1.12m、4.12m、3.95m、4.45m,總厚度22.37m。

2.2城關箸隧道工程概況

城關箸隧道位于貴州省盤縣西沖鎮(zhèn)，隧道進口位于城關箸村，設計起點里程

樁號K2+076,設計洞底標高1900.74m,隧道進洞口形式設計為削竹式；隧道出

口位于爬山村，設計終點位里程樁號K5+675,洞底標高1828.09m,出洞口形式

設計為削竹式；行駛方向主要縱坡為單向坡，坡度為-2.0%,隧道線型略呈直線

形，隧道洞內排水方式設計為中心排水?？傮w軸線方向165。，隧道全長3599m,

最大埋深281.41m,屬深埋特長隧道。進口接擬建連接路基，出口接接擬建連接

路基。城關箸隧道位于貴州省盤縣西沖鎮(zhèn)，隧道進口位于城關箸村，設計起點里

程樁號K2+076,設計洞底標高1900.74m,隧道進洞口形式設計為削竹式；隧道

出口位于爬山村，設計終點位里程樁號K5+675,洞底標高1828.09m,出洞口形

式設計為削竹式；行駛方向主要縱坡為單向坡，坡度為-2.0%,隧道線型略呈直

線形，隧道洞內排水方式設計為中心排水?？傮w軸線方向165。,隧道全長3599m,

最大埋深281.41m,屬深埋特長隧道。進口接擬建連接路基，出口接接擬建連接

路基。

2.2.1地質條件

（1）城關箸隧道所穿越的山體地形上為一呈北西?南東走向展布的山體，

其山脊走向呈北西至南東走向，地形陡峭。隧道進口處地形較平緩，為地形坡度

僅9。的緩坡，表層為崩坡積碎石土覆蓋，局部基巖出露；出口位于斜坡坡腳山間

洼地中，地形坡度僅4。，為坡洪積含碎石粉質粘土及碎石土覆蓋。隧道穿越山脊

高聳，頂部最高高程為2169.67m,隧道出口溝床高程1825.70m,嶺谷相對高差

達344m,屬中山構造剝蝕地貌。

（2）根據區(qū)域地質資料及野外地質調查，隧址區(qū)出露地層復雜，主要有第

四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4c+dl）、第四系全新統(tǒng)坡洪積（Q4dl+pl）及三疊系飛仙關

組、永寧鎮(zhèn)組，二疊下統(tǒng)龍?zhí)督M地層。現由新到老分述如下。

（3）第四系（Q）

1）第四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4c+dl）

碎石土：灰黃色、褐灰色及暗棕紅色，結構松散；碎石成分主要為灰?guī)r、泥

灰?guī)r、粉砂巖、砂巖，次為白云巖、玄武巖，次棱角?棱角狀，多呈弱風化狀;

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2工程概況

粒徑大于20cm的塊石占15?25%,最大塊徑可達50cm,6~20cm的碎石占40~

50%,2~6cm的角礫占10?15%,細角礫、巖屑及粉粘粒充填。主要分布于斜

坡下部及坡腳，厚度一般2?5m。

塊石土：褐灰色、褐黃色、暗棕紅色，結構松散；塊石成分主要為灰?guī)r、泥

灰?guī)r、粉砂巖，次為白云巖，次棱角?棱角狀，多呈弱風化狀；粒徑大于20cm

的塊石占50?65%,據地面調查，塊石最大粒徑可達1.2m以上，局部具架空現

象，6?20cm的碎石占15?25%,2?6cm的角礫含量約占5~10%,細角礫、巖

屑及粉粘粒充填。主要分布于陡傾斜坡坡腳，厚度2?10m。

2)第四系全新統(tǒng)坡洪積(Q4dl+pl)

碎石土：褐黃色、灰褐色，結構松散；碎石成分主要為灰?guī)r、粉砂巖、石英

砂巖，次為玄武巖，次棱角?棱角狀，多呈弱風化狀；粒徑大于20cm的塊石占

5?15%,據地面調查，最大塊徑可達50cm,6~20cm的碎石占50?60%,2~

6cm的角礫占10?15%,粉質粘土及細角礫、巖屑充填，結構不均，局部為含碎

石粉質粘土。主要分布于隧道出口下方溝谷地帶，厚度3?8m不等。

(4)三疊系(T)

1)三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組(Tlyn)

主要由灰、灰白色灰?guī)r、白云質灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r與雜色泥巖不等厚互

層組成，石芽、溶溝及漏斗、落水洞等淺表巖溶強烈發(fā)育，中下部(K2+611?

K2+821)為一層厚度約75m的灰黃色、紫色、棕紅色泥巖(見照片2—1)。主要

分布在隧道進口至K3+642路段，厚度527?911m。

2)三疊系下統(tǒng)飛仙關組(Tlf)

主要為黃綠、灰綠、紫紅色粉砂質泥巖為主夾泥質粉砂巖、粉砂巖組成，中

上部夾1層中厚層狀灰?guī)r，底部為厚層狀灰綠色粉砂巖。厚度288?864m。

(5)二疊系(P)

上統(tǒng)龍?zhí)督M(P21)

為灰色、黃褐色泥巖質、頁巖、細砂巖、粉砂巖及黑色煤層組成，主要分布

在隧道K5+100?出口段。據地調和CCGSZK3鉆孔接露(4層煤)、CCGSZK4

鉆孔接露(1層煤)、SCGSZK3揭露(6層煤)洞底以上共有13層煤層，厚度在

0.2?2.7m,可采煤主要有4?6層。

2.2.2水文地質條件

(1)地表水

隧址區(qū)處珠江水系支流北盤江分水嶺地帶。山高坡陡，溝谷縱坡陡，大氣降

水迅速轉為地表徑流，該區(qū)又是巖溶強烈發(fā)育區(qū)，石芽、溶溝及漏斗、落水洞甚

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2工程概況

至巖溶洼地發(fā)育，大氣降水迅速沿溶蝕裂隙、漏斗、落水洞進入地下，因此，隧

址區(qū)地表徑流少見，多為干溝，僅在暴雨季節(jié)方有地表徑流。隧址區(qū)地表水豐水

期在6?10月，其流量占全年徑流量75%,而11月至次年5月七個月的徑流量，

僅占全年徑流量的25%,最大豐水月為7月，最枯月為3?4月，地表河流屬雨

源型河流，其枯、洪流量變幅顯示了山區(qū)河流暴漲暴落特點，雨季河水猛漲、枯

季水位劇降，甚至近于干涸。

（2）地下水

隧址區(qū)地下水受巖性、構造和地形地貌等因素控制，地下水的補給又與降雨

等密切相關。按地下水的含水介質與賦存條件，隧道區(qū)可分為碳酸鹽巖夾碎屑巖

裂隙溶洞水及碎屑巖裂隙水兩大類。碳酸鹽巖夾碎屑巖裂隙溶洞水含水巖組為三

疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組（lyn）地層，碎屑巖裂隙水含水巖組為三疊系下統(tǒng)飛仙關組

（Tif）及二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P21）地層。另外，第四系松散堆積層孔隙水分布

于隧道進出口及隧道兩側低洼地帶，為崩坡積、坡洪積碎石土構成。

2.2.3不良地質條件

隧道區(qū)不良地質主要有巖溶、地質災害及采空區(qū)，現分述如下。

（1）巖溶

隧址區(qū)分布三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)組，巖性為灰?guī)r、白云質灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云

巖炭酸鹽巖夾薄?厚層泥巖。據地面調查，隧道區(qū)碳酸鹽巖分布區(qū)石芽、溶溝（槽）、

漏斗、落水洞、溶隙、溶縫及巖溶洼地等淺表巖溶強烈發(fā)育，推測深部溶蝕裂隙、

溶隙發(fā)育，局部溶洞發(fā)育。隧道區(qū)巖溶屬較強發(fā)育區(qū)，水的流動是巖溶發(fā)育的必

備條件，巖溶發(fā)育的垂直分帶取決于水文地質的垂向分帶。隧道雖為越嶺隧道，

由于地形切割較強烈，隧道進口及兩側侵蝕基準面低于隧道區(qū)，巖溶發(fā)育和地下

水運動受隔水層和排泄基準面控制，地下水多具當地補給、就近排泄的特點，巖

溶地下水主要處于垂直滲入帶?季節(jié)交替帶，部分洞段處于水平徑流帶。垂直循

環(huán)帶溶蝕裂隙、溶隙、落水洞、豎井、溶洞發(fā)育，是大氣降水補給地下水的良好

通道。根據1：20區(qū)域水文地質普查報告及本次調查，隧道區(qū)巖溶發(fā)育主要受構

造控制，即沿巖層走向發(fā)育為主，隧址區(qū)灰?guī)r巖層走向與隧道軸線呈大角度相交，

局部近于正交，因此，隧址區(qū)巖溶水主要沿巖層走向運移、徑流，于遠處低洼溝

谷以泉的方式排泄，其中尤以灰?guī)r與砂泥巖接觸面（相對隔水層）最為發(fā)育，這

也是隧址區(qū)未見巖溶泉、暗河出露的原因。綜上所述，本隧道碳酸鹽巖分布區(qū)巖

溶發(fā)育，對本隧道有較大的影響。

（2）地質災害

隧址區(qū)地質災害僅發(fā)育一處滑坡（H1）,位于K5+060左50m處，為松散堆

第13頁共231頁

2工程概況

積層滑坡，滑坡縱長約50m、橫寬約30m、平均厚度約5m,體積約7000m3,

為小型松散堆積層滑坡（見照片3—5、3-6）。目前該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，

常有小規(guī)?；瑒?，前緣不斷坍滑進入坡面沖溝，在暴雨的激發(fā)下近期