宜萬(wàn)鐵路野三關(guān)隧道高壓富水巖溶治理技術(shù)

韓小敏

(武漢鐵路局宜萬(wàn)鐵路工程建設(shè)指揮部，湖北宜昌 443005)

1 工程概況

宜萬(wàn)鐵路(湖北宜昌至重慶萬(wàn)州鐵路)是滬漢蓉快速通道的重要組成部分。野三關(guān)隧道位于恩施州巴東縣碗口河和支井河之間，全長(zhǎng)13 833 m，為全線最長(zhǎng)隧道，是全線八座Ⅰ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道的典型代表［1］。野三關(guān)隧道縱斷面圖見圖1。

全隧施工最難點(diǎn)為“DK124+602高壓富水充填溶腔”(以下簡(jiǎn)稱“602溶腔”)，存在重大的突水、突泥地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)。

2 “602溶腔”工程及水文地質(zhì)

圖1 野三關(guān)隧道縱斷面圖

“8·5”突水突泥事故后，采用物探、鉆探、水文觀測(cè)等多種手段對(duì)“602溶腔”地質(zhì)特征進(jìn)行探測(cè)和研究。

經(jīng)探測(cè)與開挖揭示，確定溶腔規(guī)模為:主溶腔位于Ⅰ線DK124+580～DK124+640左側(cè)40m，向上與地表接通，向右側(cè)逐漸減小，發(fā)育成寬張裂隙。充填物為灰?guī)r塊石、砂卵石、淤泥及水，“602溶腔”突水突泥突石潰口在DK124+602～DK124+605左側(cè)邊墻，總涌水量達(dá)2 600萬(wàn)m3?！?02溶腔”典型橫斷面圖見圖2。

圖2 “602溶腔”典型橫斷面圖（單位：m）

3 巖溶治理技術(shù)

根據(jù)溶腔規(guī)模、與隧道空間關(guān)系、充填性質(zhì)、涌水量補(bǔ)給等工程地質(zhì)水文特征，綜合考慮隧道施工安全、進(jìn)度、工期、投資等因素，參考國(guó)內(nèi)外相關(guān)工程案例［3-5］，并經(jīng)歷次專家會(huì)論證，確定采用“釋能降壓、注漿加固、超前支護(hù)、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)”的原則對(duì)“602溶腔”進(jìn)行處理。

圖3為“602溶腔”處理平面示意圖。

圖3 “602溶腔”處理平面示意圖

3．1 釋能降壓

采取增設(shè)排水洞及高位排水洞、清石排水等多種釋能降壓方式，確保施工及運(yùn)營(yíng)安全。

1)排水洞泄水。

考慮到“602溶腔”規(guī)模宏大、富水、含泥，并可能伴有大量的充填物，為保證后續(xù)工程順利實(shí)施，采用排水洞直接接通溶洞排水的方案，即將線左20 m位置設(shè)置的5 250 m排水洞延長(zhǎng)210 m至溶洞部位，實(shí)現(xiàn)釋能降壓的目的。

利用旱季采用臨界爆破揭示溶腔技術(shù)一次爆破揭示溶腔體，最大限度進(jìn)行釋能降壓，為溶腔結(jié)構(gòu)安全快速處理提供安全保障。為安全成功爆破揭示溶腔，采用超前水平鉆孔及超長(zhǎng)炮孔精確鎖定溶腔邊界，制定專項(xiàng)爆破揭示溶腔鉆爆設(shè)計(jì)及安全預(yù)案穩(wěn)妥推進(jìn)，并于2008年12月9日成功爆破揭示大型溶腔，排泄泥砂7 000 m3，釋放水能8 000 m3。排水洞接通溶腔前后排水情況見圖4，圖5。

圖4 排水洞接通溶洞前排水情況

圖5 排水洞接通溶洞后排水情況

排水洞洞口采取接近溶洞段設(shè)置反濾層，其后設(shè)置混凝土擋墻，擋墻內(nèi)埋設(shè)適量的可控制的排水管，實(shí)施限量排放。

2)高位排水洞釋能降壓。

高位排水支洞于2009年6月20日下午成功爆破揭示。掌子面充填物經(jīng)過多次爆破擾動(dòng)及涌水浸潤(rùn)，于6月25日突出部分泥石，涌水量2萬(wàn)m3/d，進(jìn)一步起到釋能降壓及引排水至排水洞的目的。圖6為排水洞、高位排水洞平面布置及爆破揭示圖。

圖6 排水洞、高位排水洞平面布置及爆破揭示圖

3．2 注漿加固

一般巖溶裂隙發(fā)育段采用3 m徑向注漿，溶腔及潰口部位采用5 m～8 m徑向注漿。注漿孔，環(huán)、縱向間距2 m，擴(kuò)散半徑為1．5 m;首選水泥單液漿，必要時(shí)采用水泥—水玻璃雙液漿，注漿壓力0．5 MPa ～2．0 MPa。

3．3 超前支護(hù)

溶腔段采用5 m的φ32 mm超前自進(jìn)式注漿錨桿、φ42 mm超前小導(dǎo)管注漿等預(yù)支護(hù)措施，環(huán)向間距0．2 m，縱向2 m～3 m一環(huán)，潰口部位采用密排超前大管棚注漿預(yù)支護(hù)。

3．4 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)

1)結(jié)構(gòu)方案。

溶腔段采用雙層初期支護(hù)，一次、二次支護(hù)均采用30 cm厚C25網(wǎng)噴鋼釬維混凝土(內(nèi)嵌全環(huán)Ⅰ22b鋼架、0．5 m/榀);一次、二次支護(hù)鋼架基腳墊設(shè)通長(zhǎng)25號(hào)槽鋼。二襯采用C35防水鋼筋混凝土。典型斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖見圖7。

2)施工工法。

溶腔及潰口段采用三臺(tái)階分部開挖法，上臺(tái)階采用預(yù)留核心土分部開挖工藝，開挖過程中在鋼架基腳處設(shè)置Ⅰ22b橫向鋼支撐;下臺(tái)階開挖完成后及時(shí)澆筑混凝土底板，以保證隧底補(bǔ)勘及后續(xù)作業(yè)的安全。典型斷面工法見圖8。

圖7 典型斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖8 典型斷面結(jié)構(gòu)施工圖

4 結(jié)論與體會(huì)

1)勘測(cè)設(shè)計(jì)應(yīng)采用多種手段，查明富水構(gòu)造的范圍、發(fā)育位置、水壓力等特征。

2)進(jìn)一步優(yōu)化、細(xì)化對(duì)隧道周邊進(jìn)行探測(cè)的技術(shù)要求、實(shí)施步驟及探測(cè)方法，明確隧道施工超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的方法和要求，加強(qiáng)對(duì)隧道掌子前方上、下與兩側(cè)的探測(cè)。

3)按照“釋能降壓、注漿加固、超前支護(hù)、結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、綜合治理”原則治理高壓富水巖溶，可降低施工風(fēng)險(xiǎn)并確保運(yùn)營(yíng)安全。

［1］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院．宜萬(wàn)鐵路宜昌至萬(wàn)州段新建工程施工圖——野三關(guān)隧道設(shè)計(jì)圖［R］．2004．

［2］中鐵第四勘察設(shè)計(jì)研究院．宜萬(wàn)線長(zhǎng)大巖溶隧道專項(xiàng)地質(zhì)勘察——野三關(guān)隧道工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］．2004．

［3］梅志榮．高速鐵路巖溶隧道突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)研究［A］．中國(guó)高速鐵路隧道國(guó)際技術(shù)交流會(huì)論文集［C］．2006．

［4］劉招偉，張民慶，王樹仁．巖溶隧道災(zāi)變預(yù)測(cè)與處治技術(shù)［M］．北京:科學(xué)出版社，2007．

［5］張民慶，韓占波，孫國(guó)慶．圓梁山隧道PDK354+255～+275溶洞段施工技術(shù)［J］．鐵道工程學(xué)報(bào)，2002(4):71-78．