・隧道／地下工程・ 宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 申志军 （铁道部宜万铁路建设指挥部，湖北恩施４４５０００） 摘要：宜万铁路是目前国内外已建和在建工程中岩溶及岩溶 马鹿箐隧道全长７ ８７９ ｍ，隧道最大埋深６６０ ｍ。 水最发育、最复杂的工程，其中，野三关等５座隧道岩溶及断层 处理又最为复杂。野三关６０２溶腔、大支坪９９０溶腔、云雾山 ６１７组合溶腔、马鹿箐９７８溶腔、齐岳山Ｆ１１断层等工程难点的 地表岩溶强烈发育，断层、漏斗、落水洞、地下暗河、溶 腔、溶槽、溶管星罗棋布。难点为９７８溶腔。 ９７８溶腔共发生１９次大型突水突石灾害，突水总 处理措施主要有：建立水文观测来分析降雨、水量、水压之间的 关系；超前地质预报特别是钻探判断溶腔规模；建立避险预警 系统和视频监控，对相邻洞室进行封堵，规划泄水线路，将潜在 的工程风险转化成工程措施；针对不同溶腔特点采用释能降压 与加固注浆、管棚等措施相互组合，对高压富水断层采用排堵 结合，采取信息化跟踪注浆工艺，效果较好；结构处理中对开挖 线以外一定范围内的空腔回填混凝土，加强初期支护和二次衬 砌，对结构进行长期观测以判断其安全性。 关键词：宜万铁路；铁路隧道；复杂岩溶；释能降压；高压富 水：施工 中图分类号：Ｕ４５５．４９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—２９５４（２０ｌＯ）０８—００６２—０６ １ 工程概况及难点 宜万铁路东起宜昌，西至万州，全长３７７ ｋｍ， ２００４年元月开工，２００９年１２月１０日全部隧道贯通， ２０１０年１１月底将建成开通运营。 宜万铁路所经区域广泛出露碳酸盐岩地层，约占 全线的７５．３％，是我国岩溶最发育、最典型的地区之 一。长期以来，该地区一直被视为工程建设的禁区，被 路内外专家誉为世界级难题。 全线共有隧道１５９座，３３８ ｋｍ，其中９１座为岩溶 隧道，岩溶发育区段总长度２３９ ｋｍ。２５座隧道施工中 揭示大型溶腔，１５座隧道施工中遭遇过水岩溶管道、 暗河，产生突水、突泥。在岩溶隧道施工中，突泥量为 １ ０００ ｍ 到１万ｍ 的发生过１００余次；突泥量为１万 ｍ 到ｌ０万ｒｎ 的发生过１０余次。瞬间突水突泥总量 超过１０万ｍ 的发生过７次。 岩溶地质最复杂的隧道为野三关、大支坪、云雾 山、马鹿箐、齐岳山隧道等５座，在施工过程中，遭遇了 罕见的地质灾害。 ２马鹿箐隧道９７８溶腔 ２．１ 溶腔情况及规模 收稿日期：２０１０—０５—２６；修回日期：２０１０—０６—０７ 作者简介：申志军（１９７１一），男，高级工程师，１９９６年毕业于西南交通 大学地下工程与隧道工程专业，工程硕士。 ６２ 量约４０１万ｍ 、突泥突石约１８．３万ｍ 。其中出口突 水突石４次，进口泄水洞突水突石１５次。 根据正洞、平导、排水洞、排水支洞、高位支洞及Ｉ 线、Ⅱ线隧道的钻探和开挖揭示，溶腔纵向长ｌ２～ ２３．５ ｍ（Ｉ线长２３．５ ｍ、Ⅱ线长１２ ｍ、排水洞长 １６．５ ｍ），见图１和图２，横向在Ⅱ线左边墙外侧发育 大于４００ ｍ，向下发育至隧底以下约１１ ｍ，拱顶以上发 育约２５ ｍ。 宜昌 图１ 马鹿箐隧道９７８溶腔平面示意 图２马鹿箐隧道９７８溶腔横断面（单位：ｍ） ９７８溶腔岩溶水主要通过管道径流至溶腔，岩溶 水在汇集过程中，除在９７８溶腔附近产生聚集外， ９７８溶腔外岩溶发育部位也可能产生聚集；由于降雨 的间歇性、降雨组合强度的变化，溶腔充填物在地下水 不同压力、流速的作用下产生疏通、淤积，形成反复突 （涌）水。岩溶水对降雨的响应时间４～３８ ｈ，岩溶水 的峰值滞后时间１０～５１．５ ｈ，岩溶水到达峰值后流量 衰减到降雨前水平的时问为９～８８ ｈ。 铁道标准设计 ＲＡ儿ＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） 申志军一宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 ２．２溶腔处理 ２．２．１ 抢险措施 采用洞外向洞内注浆封堵的方案，在高出隧道顶 ３５０ ｍ的山坡上向平导内灌注水泥浆施作止水塞，以 隔断溶腔水源。洞内进行抽水、清淤，逐个封堵横通 道，再抽水、清淤。 ２．２．２超前预报及水文观测 （１）超前地质预测预报 施工中采用了地震反射波法、地质雷达、红外线探 测仪等物探手段，采用有效钻距可达３５０ ｍ的国内先 进钻机，进行长距离超前地质探孔。 （２）水文观测 ２００６年１月以来，一直坚持对龙潭、蝌蚂口、隧道 进出口等多个水文观测点位以及洞外降雨情况进行 ３个水文年长期不问断水文观测。并得出了枯水季节 是处理富水溶腔的黄金季节的基本结论。 ２．２．３ 泄水措施 ９７８溶腔泄水及释能降压具体实施分三阶段四期 进行：泄水不泄泥（泄水洞、平导钻孔泄水）、泄水支洞 方式及在高位直接揭示溶腔、低位直接揭开溶腔方式。 在泄水洞逼近溶腔时采用“钻孔排水降低水压、高位 支洞揭通溶腔”的排水方案，进行了四期泄水工程，在 四期泄水的最后阶段，确定了溶腔爆破揭示放水放泥 释放能量的技术方案。 ２．２．４处理措施 在泄水洞逼近溶腔时采取“钻孔排水降低水压、 高位支洞揭通溶腔”的四期泄水方案后，在泄水支洞 内增设了泄水分支洞，确保运营期间隧道结构安全；Ｉ 线溶腔采取超前预支护、加强支护、分部开挖通过，Ⅱ 线溶腔段采取盖挖逆筑法通过。 （１）泄水分支洞 为保证运营期间隧道结构安全，保持泄水洞排水 通畅，泄水洞进水口设置混凝土围堰，采用塔式进水， 保证溶腔低水位情况下排水通畅、并在泄水洞内设置 型钢混凝土拦污栅，防止块石冲入泄水洞。增加泄水 分支洞，泄水分支洞进水口处设置型钢混凝土拦污栅， 与泄水洞在空间上形成低、中、高位分区泄水，保证溶 腔排水通畅。 （２）Ｉ线溶腔段 ＤＫ２５５＋９２５～ＤＫ２５５＋９７６段采取“帷幕注浆＋拱 墙大管棚＋小导管超前预注浆”超前支护加固溶腔体， 采用加固圈５～８ ｍ的帷幕注浆加固溶腔充填物，拱墙 设置密排超前４，１ｏ８ ｍｍ大管棚、４，４２ ｍｍ超前小导管 等超前预支护，初期支护采取间距为５０ ｃｎｌ的Ｉ２０ｂ型 钢拱架（溶腔段双层）、３０ ｃｍ厚锚喷钢纤维混凝土。 采用三台阶分部开挖工法，钢筋混凝土二次衬砌的加 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） ・隧道／地下工程・ 强型隧道结构，隧底采用桩基础跨越。 （３）Ⅱ线溶腔段 通过Ⅱ线出口向溶腔内泵送回填混凝土，在隧道 拱顶形成混凝土护拱，采用盖挖施工。 采用小导管超前预注浆超前支护加固溶腔体后， 采用同Ｉ线隧道的开挖、支护、隧底处理措施。 ３ 云雾山隧道５２６和６１７组合溶腔 ３．１ 溶腔情况及规模 云雾山隧道全长６ ６４０ ｍ，隧道最大埋深８００ ｍ。 施工揭示和产生较大影响的岩溶１１处，发生较大 规模的突水突泥９次，突泥累计７万ｒｎ 。难点是 “５２６”和“６１７”组合溶腔。 ２００８年７月２１ Ｅｔ，云雾山隧道出口ＤＫ２４５＋ ６４５掌子面超前探孔时发生突水涌砂，造成Ｉ线淹井 ９３５ ｍ，ＩＩ线淹井５５３ ｍ。 通过对４个掌子面的超前地质预报、放水试验、充 填物特性分析、注浆试验及开挖揭示，溶腔规模为：在 隧道范围内发育主要有３段，分别为Ｉ线ＤＫ２４５＋ ５７４～ＤＫ２４５＋６３４段６０ ｍ、Ⅱ线Ｉ１ ＤＫ２４５＋５２３～Ⅱ ＤＫ２４５＋５４３段１０ ｍ，ⅡＤＫ２４５＋６３７～ｌＩ ＤＫ２４５＋６５８段 ２１ ｍ，Ｉ、Ⅱ线溶腔相互连通，见图３。 图３ 云雾山隧道５２６和６１７组合溶腔群平面 ３．２溶腔处理 处理原则为“迂导绕行、释能降压、清护结合、综 合治理”。 ３．２．１ 准备工作 （１）水文监测 设雨量观测点１个、涌水观测点３个、水压测试孔 ２孔。 （２）洞内外预警监控系统 建立声光报警系统、应急通信及电视监控系统、逃 生通道及疏散标志、应急照明及供电系统、逃生装备和 应急排水系统。 （３）洞内、ｔ＇ｌ－ａ￣水系统 对Ｉ、Ⅱ线正洞间横通道采用Ｃ２０混凝土全断面 封堵，并在洞外新建了１．５ ｋｍ长的导流明渠，将溶腔 涌水排至附近地表消水洞内。 排水路径：“６１７”溶腔群岩溶水一Ⅱ线正洞一横 ６３ 隧道／地下工程・ ・申志军一宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 ３．２．３ 结构处理 洞一导流明渠一地表消水洞。 （４）增设横通道、迂回导坑、排水洞 云雾山隧道出口Ｉ线隧道探遇ＤＫ２４５＋６１７溶腔 后，在Ｉ线ＤＫ２４５＋５３５、ＤＫ２４５＋７１０处向Ⅱ线增设横 溶腔及岩溶裂隙，初期支护２５ ｃｍ厚Ｃ２０网喷混凝 土，内置Ｉ１８或Ｉ２０型钢架，二次衬砌采用７５ ｃｍ厚Ｃ３５防 水钢筋混凝土，空腔采用混凝土回填，见图５和图６。 通道，为充分利用进口工区顺坡排水的有利条件，保证 出口施工安全，在ＤＫ２４５＋５３５～ＤＫ２４５＋６６７段线路右 侧设置一１４５ ｍ的迂回导坑，并增设１条排水洞。 ３．２．２ 释能降压 鉴于溶腔群连通性较好，Ⅱ线进口溶腔发育规模 不大，充填物较少，为充分利用进口顺坡排水、施工干 扰小的有利条件，在ⅡＤＫ２４５＋５２５掌子面采用爆破揭 宜昌 示溶腔，释能降压的处理方案。 ２００８年１１月２５ Ｅｔ，１１ＤＫ２４５＋５２５掌子面实施控制 爆破，直接揭示溶腔。爆破后，溶腔填充物与岩溶水一 起涌出，１５ ｒａｉｎ后溶腔水到达横洞口，峰值水位达到 图５云雾山隧道１Ｉ ＤＫ２４５＋５２３—１Ｉ ＤＫ２４５＋５４７段 溶腔处理纵断面（单位：ｃｍ） １００ ｃｍ，持续２ ｒａｉｎ后水位下降至１０ ｃｍ。横洞口总涌水 量约７ ４２２ ｍ （部分涌水通过横洞口有一溶腔口流入 ＤＫ２４２＋８５２大溶腔），溶腔突出泥沙堆积正洞２００余ｍ， 突出物以泥沙为主，局部夹块石，最大直径达１．８ ｍ。溶 腔爆破后，拱顶以上为空溶腔，有一股常流水２００ ｍ ／ｈ （随降雨增大）从１ＩＤＫ２４５＋５２３上方流出。 ＩＩ ＤＫ２４５＋５２６溶腔爆破７ ｈ后溶腔群其余各溶腔 水压均降至零，除１Ｉ ＤＫ２４５＋５２３上方常流水及Ⅱ ＤＫ２４５＋６４０左边墙处约１０ ｍ ／ｈ出水点外，其余各溶 腔处已无水。在各项安全保障措施下，对各掌子面前 宜昌 万州 图６ 云雾山隧道ＤＫ２４５＋５７４一ＤＫ２４５＋６３４段 溶腔处理纵断面 ４大支坪隧道９９０溶腔 ４．１ 溶腔情况及规模 大支坪隧道长８ ７８９ ｍ，难点为９９０溶腔，ＤＫ１３２＋ ９００～ＤＫ１３３＋０３０段遭遇大规模突水、突泥１４次，最 大涌水量实际达３万ｍ ／ｈ，突泥累计８万ｍ ，最大水 压１．２ ＮＰａ。 方溶腔直接爆破揭示，逐段清淤、稳步掘进。Ⅱ ＤＫ２４５＋５２６溶腔揭示后掌子面见图４。 溶腔规模：Ｉ线ＤＫ１３２＋９４７～ＤＫ１３２＋９５７ （１０ ｍ）、ＤＫ１３３＋００７～ＤＫ１３３＋０２７（２０ ｍ）段、Ⅱ线Ⅱ ＤＫ１３２＋９１３～１Ｉ ＤＫ１３２＋９２ｌ（８ ｍ）、１Ｉ ＤＫ１３２＋９７３～ １Ｉ ＤＫ１３２＋９９７（２４ ｍ）段发育大型富水充填溶腔，见图 图４ 云雾山隧道ⅡＤＫ２４５＋５２６溶腔揭示后掌子面 ７，沿层面及岩层走向发育，Ｉ、Ⅱ线溶腔连通，溶腔在 图７大支坪隧道９９０溶腔平面（单位：ｍ） 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） 申志军一宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 ・隧道／地下工程・ 拱顶以上发育高度大于２０ ｍ、隧底以下发育深度为 ８～１８ ｍ、线路左侧发育宽度大于２０ １＂１３、线路右侧尖灭 于排水洞左边墙。“＋９９０”溶腔发育于三叠系嘉陵江 组灰岩中，地表为水谷坝洼地，向斜构造，岩溶和地下 水发育，地下水流向由北东流向南西，排泄于野三河下 游。地下水主要接受大气降水补给。 ４．２ 处理方案 借鉴云雾山隧道５２６和６１７组合溶腔释能降压的 成功经验，９９０溶腔处理原则为“释能降压、超前支护、 稳步掘进、综合治理”。 （１）准备工作 水文监测：设雨量观测点１个、涌水观测点１４个 及水压测试孔４孔。 图８ 高位排水支洞揭示溶腔口 ＤＫ１３３＋００５～ＤＫ１３３＋０１７溃口段采用“Ｃ２０混凝 土内嵌型钢骨架封堵墙、衬砌前利用预留孔注浆回填 及抗水压加强复合式衬砌”的综合处理方案。 隧底处理采用调整板方案，并对调整板下５ ｍ范 围充填物进行注浆固结。 ５野三关隧道６０２溶腔 洞内相邻洞室分隔：将９９０溶腔附近的横通道封 堵，并设砂袋消能墙，减缓水流及淤积物的排放速度。 洞内外预警监控系统：在隧道内建立声光报警系 统、应急通信及电视监控系统、逃生通道及疏散标志、 ５．１ 溶腔情况及规模 野三关隧道长１３ ８３３ ｍ，为全线最长隧道，难点为 ６０２溶腔，该溶腔先后５次发生大的突水突泥，累计突 应急照明及供电系统、逃生装备和应急排水系统。 排水系统：规划９９０溶腔内的地下水引排至排水 洞排放。 泥突石约１ １万ｍ ，雨季期涌水量为１３～ｌ６万ｍ ／ｄ， 最大瞬时涌水８９万ｍ ／ｄ，最高水压１．０ ＭＰａ。 ２００７年８月５日，Ｉ线隧道ＤＫ１２４＋６０２掌子面突 （２）释能降压 掌子面爆破揭示溶腔：２００８年１２月１６ Ｈ对Ｉ线 发突水突泥，突水量１０万～１１万ｍ ／ｈ，并伴有大量泥 砂块石涌出，持续时间０．５ ｈ，突水１５．１万ｍ ，突出泥 隧道大里程掌子面实施爆破揭示溶腔，爆破后，未见大 量地下水、充填物涌出，进洞查看后发现：该次爆破长 度约３ ｍ，掌子面附近堆积灰岩洞砟，左侧为完整灰 岩、右侧揭示溶腔，溶腔内充填软塑状黏土夹砂，具有 一石５．３５万ｍ 。突水点附近约２００ Ｉｌｌ洞身基本被突出 的块石、泥沙充满，距突水点５００ ｍ处淤积泥沙厚度约 ３ １ＴＩ ｏ 定的自稳能力，掌子面后方仅积聚少量地下水。然 高位排水支洞爆破揭示溶腔：为确保施工及长期 溶腔规模：Ｉ线ＤＫ１２４＋５８２～ＤＫ１２４＋６０５段穿越 该高压富水溶腔，隧底发育范围为ＤＫ１２４＋５８２～ 后对Ⅱ线大里程掌子面进行爆破揭示，实施释能降压。 运营安全，在排水洞设置长约７０ ｍ的排水支洞接通 ＤＫ１２４＋６０２．５段、发育深度６～１０ ｍ。其主要蓄水溶 腔位于Ｉ线左侧４０ ｍ、上方１００～ｌ５０ ｍ附近，沿层面 发育岩溶通道与３号暗河和水洞坪岩溶洼地相连通， 最高灰岩含水层高出隧道２００ Ｉｌｌ以上。溶腔水源主要 来自于溶蚀洼地地表降雨汇水区，与３号暗河有关的 岩溶水和苦桃溪河水，见图９。 ５．２ 处理方案 ９９０溶腔排水，２００９年６月９日排水支洞成功爆破揭 示Ⅱ线９９０溶腔，见图８。 （３）结构处理 对溶腔充填物段采用双层３．５ ＩＴＩ长的＋４２ ｍｍ小 导管或＋３２ ｍｍ自进式注浆锚杆预支护。 溶腔及其影响段采用加强型复合式衬砌，溶腔、裂 隙发育、破碎岩体段初期支护内置型钢钢架。 溶腔处理前，完成水文监测、钻孔排水、清淤等前 期工程，溶腔处理经历了两个阶段，即前期准备阶段和 ｉ 图９野三关隧道６０２溶腔溶腔与隧道关系平面（单位：ｍ） ６５ 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） ・隧道／地下工程・ 中志军一宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 方案实施阶段。 ５．２．１ 前期准备 用Ｃ２５混凝土，２００９年２月２ １３实现了上半断面 贯通。 水文监测：设雨量观测点１个、涌水观测点１１个 及水压测试孔４孔。 （４）溃口处理 ２００９年５月１５ １３～１６日连降大雨，造成溶腔段 发生突水突泥突石，突出物以块石为主、夹杂部分泥 沙，导致１６ ｍ溶腔段已施作的初期支护、横撑及扇形 支撑被破坏。 钻孑Ｌ排水：在Ⅱ线向Ｉ线溶腔部位设置３０个 西ｌｌ０ ｍｍ排水孔，实施排水降压。 清淤：逐步清理洞内的淤积物接近溶腔部位，清淤 至ＤＫ１２４＋６９４处后，停止清淤，对清淤面坡脚施作混 凝土挡墙、预留排水管并进行安全监测。 高位揭示溶腔：在既有排水支洞前方增设长８２ ｍ 的高位排水支洞，直接爆破揭示６０２溶腔，实施进一步 排水支洞：在隧道左侧设置排水支洞，排水支洞施 的释能降压。揭示溶腔后，通过连续清淤清石排水，高 工至ＤＫ１２４＋６５８时，超前地质预测预报发现存在大型 溶腔，充填泥砂、富水，推测与溶腔突水点相连，施作 ３ ｍ厚混凝土封堵墙封闭，增设排水孔。 小里程开辟工作面：为实现两个方向对溶腔处理， 在Ⅱ线增设横通道，６０２溶腔反向开辟工作面。 ６０２溶腔处理原则为：“释能降压、超前支护、稳步 掘进、加强结构”。 ５．２．２ 方案实施 （１）准备工作 在６０２溶腔及相关区域进行水文监测、洞内相邻 洞室分隔、洞内外预警监控系统、排水系统等准备 工作。 （２）爆破揭示 ＤＫ１２４＋５８０掌子面爆破揭示溶腔：掌子面下半部 分揭露溶腔，溶腔可见高度约２．７ ｍ左右，充填硬塑状 褐色粉细砂，溶腔基本沿层面发育，横穿Ｉ线掌子面， 并斜向大里程、隧底、Ⅱ线方向发育，掌子面右侧充填 物与灰岩交界处出现股状流水、水量约１ ０００ ｍ ／ｄ。 １ ｄ后淤泥开始出现缓慢蠕动、又发生多次溜塌、突水 突泥导致Ｉ线１４０ ｍ、ＩＩ线１３０ ｒｎ被泥沙、块石充填。 排水支洞爆破揭示溶腔：爆破揭示后，发生突水突 泥，导致整个排水支洞、Ｉ线正洞内约３００ ｍ范围被泥 砂充填，清淤后，逐渐暴露出溶腔大厅，且水流畅通，基 本消除了施工风险。６０２溶腔局部见图１０。 图１０野三关隧道６０２溶腔局部 （３）开挖支护 Ｉ线隧道溶腔段采用三台阶分部开挖法、并设置 扇形支撑、横撑、因充填物溜坍等原因造成的空洞，采 ６６ 位排水支洞水量逐渐加大，正洞各涌水点涌水量逐渐 变小，见图１１。 图１ １ 野三关隧道排水支洞揭示溶腔口 注浆加固：在确保排水支洞、高位排水支洞排水畅 通的前提下，ＤＫ１２４＋５７８～ＤＫ１２４＋５９８段采用超前注 浆加固，拱墙加固范围为开挖轮廓外６ Ｉｎ、隧底加固范 围为开挖轮廓外４ Ｉｎ，对隧底以下８ ｒｎ范围内的充填 物、破碎围岩进行径向注浆加固。 开挖支护：拱墙采用＋１ｏ８ ｍｍ的超前长管棚注浆 支护，管棚进入完整基岩长度不小于２ Ｉｎ；其他溶腔部 位、破碎岩体地段采用小导管预支护。溶腔段采用三 台阶分部开挖法、并设置临时横撑闭合，影响段采用台 阶法开挖。 增设排水洞：出口增设５７００ ｍ排水洞，与排水支 洞、高位排水洞相连，并引排全隧裂隙水。 ６齐岳山隧道 ６．１ Ｆ１ １断层情况及规模 齐岳山隧道全长１０ ５２８ ｍ，隧道最大埋深６７０ ｍ， 隧道通过规模较大的断层１５条，隧道累计遭遇溶腔 １７１处，其中严重影响隧道施工的溶腔２２个，隧道曾 先后遭遇５次大型突水突泥，施工至Ｆ１１断层处时，进 口段已采用６级泵站抽排水，抽排水量已超 过５ ２００万ｒｎ 。 ＦＩ １断层为区域性断层，沿得胜场槽谷西侧分布， 断层与槽谷走向基本一致，见图ｌ２，断层及影响带范 围为平导ＰＤＫ３６５＋０９０～ＰＤＫ３６５＋３５９段２６９ ｍ和正 洞ＤＫ３６５＋０８５～ＰＤＫ３６５＋３５３段２６８ ｍ。断层带岩性 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） 中志军一宜万铁路隧道复杂岩溶及断层处理技术 成分复杂，主要由灰岩、泥质灰岩、泥灰岩、断层泥、断 层角砾岩、糜棱岩组成，胶结差；呈碎裂结构或角砾岩 化，岩性软硬不均，裂隙发育、软弱破碎，尤其是上盘裂 隙更为发育，导水能力强。超前钻孔实测最大单孔流 量７９０ ｒｎ ／ｈ，并伴有喷石现象，其余地段导水能力一 般，钻孔水量一般在ｌ０～７０ ＩＴＩ ／ｈ，水压２．６ ＭＰａ。降 雨对水量、水位影响小。 图１２得胜场槽谷地形地貌 ６．２ 断层处理 该断层处理经历了两个阶段。 ６．２．１ 第一阶段 第一阶段处理原则“以堵为主、限量排放”。 平导：ＰＤＫ３６５＋３６７～ＰＤＫ３６５＋３０８段采取５～８ ｍ 加固圈超前帷幕注浆预加固，拱墙设置＋１ｏ８ ｍｍ超前 大管棚预加固。 ２００９年３月１日，施工至ＰＤＫ３６５＋３１３掌子面时， 受断层不均一性的影响，在进行超前钻探时，掌子面发 生突涌水，淤塞平导约３７４ ｍ，在确保安全的情况下， 采取砂袋进行临时挡护，加强水量、水质观测，于 ＰＤＫ３６５＋３８０附近线路左侧设置迂回导坑。 正洞：ＤＫ３６５＋３５７．５～ＰＤＫ３６５＋３２７．５段采取７～ １０ ｍ加固圈超前帷幕注浆预加固地层，ＤＫ３６５＋３５１～ ＰＤＫ３６５＋３３３段拱墙采取西１０８ ｍｍ超前大管棚预支 护，ＤＫ３６５＋３５７．５～ＰＤＫ３６５＋３３３段采取加强型复合 式衬砌结构，按照上述处理措施，施工至ＤＫ３６５＋ ３３３掌子面。 ６．２．２ 第二阶段 处理原则调整为“注浆加固、分水降压、快挖快 封、加强监控、综合治理”。 （１）分水降压 为降低正洞和迂回导坑注浆施工中的水压，利用 平导ＰＤＫ３６５＋３１３掌子面涌突水点进行分水降压。 在１２号横通道内平导与正洞之间设置１００ ｍ长 的高位排水支洞，排水洞端头设置２．０ ＩＴＩ厚Ｃ２５混凝 土封堵墙，并预埋８～１０个＋２００ ｍｍ孔口管。平导 （迂回平导）以及排水支洞均设置为透水结构。 （２）注浆加固 平导（迂回平导）：ＰＤＫ３６５＋０９０～ＰＤＫ３６５＋１０２采 取超前探孔注浆封堵和开挖后５ ｍ径向注浆加固。 正洞：ＤＫ３６５＋０７０～ＰＤＫ３６５＋０９０段采取超前探 铁道标准设计ＲＡ儿ＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） ・隧道／地下工程・ 孔注浆封堵和开挖后５ ｍ径向注浆加固，ＤＫ３６５＋ ０９０～ＰＤＫ３６５＋３３３段采用加固圈８ ｍ的超前注浆加 固地层。 （３）结构处理 平导（迂回平导）：ＰＤＫ３６５＋０９０～ＰＤＫ３６５＋１０２局 部地段开挖前拱部采用，／，４２ ｍｍ超前小导管注浆预支 护；ＰＤＫ３６５＋１０２～ＰＤＫ３６５＋２１５段拱部采取６７６ ｍＩｌｌ （或＋１ｏ８ ｍｍ）超前大管棚预支护；迂回平导ＹＨＤＫ０＋ ０００～ＹＨＤＫ０＋０４５段拱部采取６４２ Ｉｌｌｍ超前小导管注 浆预支护，ＹＨＩ）Ｋ０＋０４５～ＹＨＤＫ０＋１７７段拱部采取 ＋７６ ｍｍ（或６１ｏ８ ｍｍ）超前大管棚预支护，管棚施工均 不设置工作间，采取钻杆把管棚推至开挖轮廓线外。 正洞：ＤＫ３６５＋０９０～ＤＫ３６５＋３３３段拱部设置 ，４１ｏ８ ｌＩｌＩＴＩ（或４，７６ ｍｍ）的超前大管棚预支护并配合 ，４４２ ｍｍ超前小导管预支护，管棚施工均不设置工作 问，采取钻杆把管棚推至开挖轮廓线外。 （４）支护结构 平导和迂回平导：ＰＤＫ３６５＋０９０～ＰＤＫ３６５＋２１５ 段、ＰＤＫ３６５＋３６７～ＰＤＫ３６５＋３ｌ３段以及迂回平导 ￣ＨＤＫ０＋０３５～ＹＨＤＫＯ＋１７７段均采用透水结构，迂回 平导ＹＨＤＫ０＋０００～ＹＨＤＫ０＋０３５段采取喷锚支护整 体式衬砌。 正洞：ＤＫ３６５＋０９０～ＤＫ３６５＋３１７段采用加强型复 合式衬砌结构，初期支护为３０ ｅｍ厚Ｃ２５钢纤维喷射 混凝土（设置Ｉ２０ａ型钢，间距０．５ ＩＴＩ），二次衬砌为 ６５ ｅｍ厚Ｃ４０防水钢筋混凝土。 ７体会与思考 （１）富水充填性溶腔中０．１ ＭＰａ的水压就可能造 成突水突泥突石，其危害性及灾难性较大。 （２）复杂岩溶地段特别是长大隧道，需做好降雨 量、水量、水压等项目的水文观测工作，富水溶腔与降 雨量具有相关性。 （３）超前地质预报以物探、钻探相结合，遇到溶腔 后，应以长、短钻探为主，探明溶腔边界及充填物性质 和水压。 （４）溶腔处理过程中，需建立安全进洞条件、避险 预警系统和视频监控系统，并增加了排水洞。 （５）溶腔处理的注浆和释能降压技术应根据现场 具体条件选用，应贯彻将风险转变成工程措施的理念， 将安全风险降到最低。 （６）断层处理的注浆应进行信息跟踪注浆，效果 评价以过程评价和孔内摄像判断其效果，洞内管棚施 工取消工作问。 （７）复杂岩溶及断层的处理需要建设单位牵头， （下转第７７页） ６７ 薛 斌，韩小敏一宜万铁路岩溶隧道地质综合超前预报技术 ・隧道／地下工程・ 否卡钻）、返水颜色、水量大小、充填物涌出等指标判 断前方地质情况。在靠近钻机侧，由完整或较完整基 岩进入充填溶腔时，有一个明显的突变过程，所以能准 的综合预报原则，通过试验研究选定地质素描、地震波 法、地质雷达、深孔水平钻探、加深炮孑Ｌ ５种方法为宜 万铁路岩溶隧道地质超前预报项目是合理的。 （３）岩溶隧道超前地质预报的核心是风险预报， 规避施工风险。高风险岩溶隧道通过建立地表（降雨 量）一洞内（水量、水压力）水文观测体系，采用“地质素 描、地震波法、多孔水平超前钻探、地质雷达、加深炮 确锁定靠钻机侧的溶腔边界；对大型含水充填溶腔，在 进入对面基岩前，由于长距离在充填溶腔中钻探，钻机 钻进效率降低，并且在进入对面基岩后，钻进速率、返 水颜色、水量大小、充填物涌出等指标没有明显突变过 程，在钻探时，是否进入对面基岩的判断要求钻机操作 孔”预报模式，能有效探遇前方溶腔风险源，查明溶腔 规模、地质特征，为溶腔处理方案的选择和实施奠定了 基础。其中物探等方法只能是施工阶段的辅助手段； 科学的布孔、一定数量的超前探孔、地质取芯是定量查 明溶腔的必要手段；加深炮孑Ｌ是防范掌子面突水突泥 风险的最后一关，是不可替代、必须实施的探测 手段 ～ 。 人员有丰富的经验。通过现场实践，一般的钻探人员 或技术人员不具备这方面的判断能力，即使是经验丰 富的钻机操作人员，也会因岩溶的复杂性而存在判断 偏差。②取芯钻探通过取芯芯样、水量大小判断前方 地质情况，在岩溶地区，由于目前取芯工艺由于坍孔、 机械破碎等原因，取出芯样与实际地质情况存在偏差， 对判断溶腔对面边界依然存在不确定性。③岩溶的不 规则性和复杂性：超前钻探（一孔或多孑Ｌ）均是以钻孔 （４）复杂岩溶地区的地质超前探测，专业化发展 是方向 ～ 。物探方法（地震波法、地质雷达）的关键 是减少干扰因素，提高判释水平；超前钻探技术的关键 是钻机选型和钻探资料判释。由于施工单位普遍缺乏 施工地质超前预报方面的专业机械与人才，多数施工 确定的点，按推测最不利情况连成溶腔可能发育范围 的包络线，由于岩溶发育的不规则性和复杂性，通过超 前探测，很难锁定溶腔的准确范围。 （４）对于岩溶裂隙（或纵向长度在５ ＩＴＩ以下的溶 腔），通过超前钻探能较为准确地锁定裂隙（或溶腔） 范围及与隧道的空间关系，如Ｉ线ＤＫ１３２＋９９５、Ⅱ线 ＩＩ ＤＫ１３２＋９４０、１１ ＤＫ１３３＋０１０岩溶裂隙。 （５）超前地质预报对溶腔形态的描绘是一种通过 单位采取的是外委方式，这其实上是一个专项转包，为 使超前预报工作开展的更好，发展的更快，应引入市场 机制，实行专业化承包，让真正有实力、有能力的队伍 来完成该项工作。 参考文献： ［１］ 申志军．宜万铁路岩溶隧道施工地质技术［Ｊ］．中国工程科学， ２００９（１１）：４７—５２． 物探、钻孔的一些具体参数进行分析后的预报，不可能 与实际的溶腔形态完全一致，在开挖掘进中，必须施作 加深炮孔，通过加深炮孔短距离进一步探测溶腔，评估 风险。 ６ 结论 ［２］ 朱鹏飞．宜万铁路隧道工程施工地质超前预测预报策划与应用效 果评价［Ｊ］．现代隧道技术，２００５（５）：５２—５９． ［３］ 朱鹏飞．宜万铁路别岩槽岩溶及岩溶水治理技术［Ｊ］．铁道标准设 计，２００８（３）：１０２—１０７． ［４］ 龚彦峰．岩溶隧道灾害整治技术［Ｊ］．铁道标准设计，２００９（５）： ８ｌ一８４． （１）宜万铁路在国内铁路建设首次系统构建了一 套基于岩溶隧道风险分级和施工地质分级基础上的岩 溶隧道地质超前预报模式，并把地质超前预报首次纳 ［５］ 苗德海．宜万铁路隧道灾害及防治对策［Ｊ］．铁道标准设计， ２００７（７）：９６—９９． ６］ 殷怀连，苗德海．齐岳山隧道超前地质预测预报系统［Ｊ］．铁道标 准设计，２００７（Ｓ１）：２０８～２１１． ［７］ 吕小应，胡子平．宜万铁路工程特点难点分析及对策措施［Ｊ］，铁 道标准设计．２００６（Ｓ１）：７０—７２． 入工序管理，对宜万铁路岩溶风险隧道的顺利建成起 到了关键性的作用，对中国西南地区岩溶隧道修建具 有借鉴意义。 （２）宜万铁路岩溶隧道采用“地质～物探一钻探” ●●●◆● （上接第６７页） ２］ 关宝树．隧道工程施工要点集［Ｍ】．北京：人民交通出版社，２００３． ３］ 张民庆，彭峰地下工程注浆技术［Ｍ］．北京：地质出版社，２００８． ［４］ 刘兆伟，张民庆，王树仁 岩溶隧道灾变预测与处治技术［Ｍ］．北 京：科学出版社，２００７． 设计、施工和监理单位既各负其责，又联合作业，共同 攻关。 （８）选择５座隧道溶腔和断层段的典型断面进行 结构安全监测，１年的监测数据表明结构目前是安 全的。 ［５］ 苗德海．宜万铁路隧道灾害及防治对策［Ｊ］．铁道标准设计， ２００７（７）：９６—９９． ［６］ 殷怀连，苗德海．齐岳山隧道超前地质预测预报系统［Ｊ］．铁道标 准设计，２００７（Ｓ１）：２０８～２１１． 参考文献： ［１］关宝树．隧道工程设计要点集［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００３． 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（８） ７７
