長(zhǎng)大隧道巖溶段綜合處理技術(shù)研究

秦高峰

摘 要：長(zhǎng)大隧道修建過(guò)程中，經(jīng)常遇到突水突泥等大型地質(zhì)災(zāi)害，輕則沖毀機(jī)具、貽誤工期，重則造成人員傷亡和重大財(cái)產(chǎn)損失。文章根據(jù)巖溶洞穴的大小及洞穴與隧道部位的關(guān)系，研究制定了巖溶隧道溶洞處治措施以及突水突泥風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)措施，有效治理巖溶隧道施工中的突水突泥病害，以期對(duì)同類工程有所借鑒。

關(guān)鍵詞：鐵路;長(zhǎng)大隧道;巖溶治理

1 項(xiàng)目概況

九萬(wàn)大山1號(hào)隧道位于貴州省黔南州荔波—環(huán)江區(qū)間，進(jìn)口里程DK177+048，出口里程DK194+060，全長(zhǎng)17 012 m，最大埋深約488 m，隧道坡度設(shè)計(jì)為“人”字坡，最大坡率為22.5‰，設(shè)計(jì)為雙線單洞隧道，設(shè)計(jì)速度350 km/h（圖1）。

該隧道地質(zhì)復(fù)雜多樣，穿越9套地層，3條斷層，2條可溶巖與非可溶巖接觸帶。有14611m的洞身（占隧道全長(zhǎng)的85.8%）穿越巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地段，且地表洼地大量發(fā)育。在DK184+900附近上跨暗河，預(yù)測(cè)涌水量達(dá)43.5萬(wàn)m3 /天，最高涌水量達(dá)70萬(wàn)m3 /天，最高水位低于隧道軌面約11 m，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)極高。部分洞身穿越低瓦斯區(qū)段，風(fēng)險(xiǎn)管控嚴(yán)。

為滿足工期要求，解決隧道排水、施工通風(fēng)兼顧防災(zāi)救援要求，工程采用了“1橫洞+ 1泄水洞+ 2通風(fēng)豎井+ 1出口平導(dǎo)”輔助坑道模式。其中出口平導(dǎo)單向掘進(jìn)9 297 m，其通風(fēng)、物流、施工組織難度大。全隧道土建工期為52.8個(gè)月，工期壓力大。

2 隧道巖溶處理難點(diǎn)

（1）九萬(wàn)大山1號(hào)隧道巖溶中等至強(qiáng)烈發(fā)育地段，占隧道總長(zhǎng)度的80.08%。隧道施工地質(zhì)復(fù)雜、不良地質(zhì)較多、安全風(fēng)險(xiǎn)高，其中，DK178+570附近發(fā)育懂架平推斷層，破碎帶洞身影響長(zhǎng)度約60 m，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，圍巖穩(wěn)定性較差;DK180+743附近發(fā)育1條逆斷層，洞身影響長(zhǎng)度約200 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)大;DK184+860附近發(fā)育1條正斷層，洞身影響長(zhǎng)度約220 m，斷層帶巖體破碎，含水豐富，突水突泥風(fēng)險(xiǎn)大。

（2）在出口平導(dǎo)里程為PDK192+437.6的掌子面打鉆至深度2.5m左右開始出水，之后在施作加深炮孔時(shí)，掌子面右側(cè)拱腰3號(hào)加深炮孔（距平導(dǎo)設(shè)計(jì)坑底面3.1m）鉆進(jìn)2 m左右開始出現(xiàn)突水，呈黃色，內(nèi)含砂夾卵礫石，出水量不斷增大，鉆至3～4 m左右出現(xiàn)卡鉆打不進(jìn)去。出水范圍：以平導(dǎo)中心線，掌子面右側(cè)所有炮孔全部出水，其中右側(cè)拱部1/4位置約3排炮眼、近30個(gè)炮孔出水壓力較大，最大的出水點(diǎn)位置距離底板高6.2 m，噴射距離最遠(yuǎn)9 m，填充物為細(xì)沙及細(xì)粒光圓卵礫石（圖 2）。根據(jù)出水點(diǎn)高度及瞬時(shí)流量粗略計(jì)算得出水頭高度為12 m，瞬時(shí)流量0.01 m3 / s，瞬時(shí)流速 9m / s。

3 隧道巖溶處理技術(shù)方案與應(yīng)對(duì)措施

3.1 處理方案

根據(jù)九萬(wàn)大山1號(hào)隧道出口平導(dǎo)PDK192 + 441～PDK192 + 411段地質(zhì)調(diào)查資料及超前地質(zhì)鉆探預(yù)報(bào)成果，并結(jié)合物探及其他相關(guān)地質(zhì)勘探資料，綜合分析預(yù)測(cè)PDK192 + 441～PDK192 + 411段巖性為弱風(fēng)化灰?guī)r，圍巖整體較完整，節(jié)理、裂隙發(fā)育密集，巖溶中等～強(qiáng)烈發(fā)育，含水;PDK192 + 433.3～PDK192 + 433.2、PDK192 + 432.5～PDK192 + 432.2段發(fā)育裂隙或溶腔，由黃色粉質(zhì)黏土充填，含水（流量約1m3 /h）;PDK192 + 441～PDK192 + 433段溶蝕較發(fā)育、由粉質(zhì)黏土充填或局部發(fā)育小型溶腔，局部含水;PDK192 + 436～PDK192 + 428段自掌子面右側(cè)向左側(cè)溶蝕夾泥，局部發(fā)育小型溶腔，含水。

處理方案：掌子面增加超前水平鉆孔（特別是側(cè)向與斜向），以便更好地鉆探出掌子面及周邊的地質(zhì)情況;平導(dǎo)下穿正洞時(shí)提前下穿，原設(shè)計(jì)下穿拐彎里程是PDK192+162，改為在現(xiàn)有掌子面里程往洞口方向后退20 m（里程為PDK192+458）處提前拐彎下穿正洞;根據(jù)探測(cè)及揭示情況，若出水量較大，則在平導(dǎo)內(nèi)增加排水通道，排水與物流通道分開設(shè)置。

3.2 應(yīng)對(duì)措施

在隧道施工的過(guò)程中，如果遇到巖溶性危害，在進(jìn)行處理時(shí)需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取對(duì)應(yīng)的措施，常用的措施主要有引流、跨域、注漿、加固等方式，在具體操作實(shí)施中為達(dá)到較好的效果可采用多種方式進(jìn)行綜合治理。

（1）當(dāng)隧道需要穿過(guò)巖溶區(qū)時(shí)，首先應(yīng)對(duì)溶洞做具體勘察，明確其類型和所處的范圍，然后根據(jù)地下水情況、巖層穩(wěn)定狀況等信息來(lái)制定對(duì)應(yīng)的施工方案。

（2）如果隧道所需穿過(guò)的巖溶區(qū)有著相對(duì)穩(wěn)定的巖層結(jié)構(gòu)，且已經(jīng)停止發(fā)育，同時(shí)該區(qū)域范圍內(nèi)有著較小的地下水量，在施工過(guò)程中可應(yīng)用物探、探孔等方法進(jìn)行實(shí)際地質(zhì)勘查，以便發(fā)現(xiàn)狀況及時(shí)采取補(bǔ)救措施。如果巖溶區(qū)正處于發(fā)展?fàn)顟B(tài)或者區(qū)域范圍內(nèi)地下水量較大，在施工之前必須充分探明地下水的流向和大小，以便在施工時(shí)有效處理排水問(wèn)題，通常在施工時(shí)可以采用平導(dǎo)方案，如果在施工過(guò)程中涌出較多地下水，可以將此作為泄水通道，而且通過(guò)該方法能夠避免正洞堵塞時(shí)出現(xiàn)停工的情況，可繼續(xù)在前方掘進(jìn)，有助于提升整體工作效率。

（3）引排水。在施工中如果發(fā)現(xiàn)溶洞有水流排出時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能采用引排水措施，不宜對(duì)之進(jìn)行封堵。通常應(yīng)在明確溶洞水流向的情況下，通過(guò)應(yīng)用各種設(shè)施在合適位置開鑿泄水洞的方式將水引出到溶洞之外。如果溶洞中水流分布在隧道頂部上方，在施工之前應(yīng)先采取引水斜洞的方式降低水位，使之低于隧道標(biāo)高，然后再開展引排水工作。

（4）堵填。如果溶洞已經(jīng)停止發(fā)育，且其內(nèi)部無(wú)水，跨徑相對(duì)較小，此時(shí)可采用堵填施工方式，主要應(yīng)用混凝土、漿砌片石等填充溶洞與隧道相交的位置。同時(shí)結(jié)合溶洞的地質(zhì)情況，考慮是否需要對(duì)邊墻做加固處理，如果在隧道頂部存在空溶洞，可注意觀察巖石的破碎程度，然后對(duì)之采用合適的加固處理措施，常用的方法主要有錨桿加固、注漿加固、錨噴網(wǎng)加固等方式。

（5）跨越。如果在隧道施工中一側(cè)遇到跨徑較長(zhǎng)的溶洞，在施工時(shí)應(yīng)注意在該側(cè)加固邊墻基礎(chǔ)，采用此方式通過(guò)溶洞區(qū)域。如果在隧道的底部區(qū)域遇到較大的溶洞結(jié)構(gòu)，且含有較多水量時(shí)，可采用支承隧道施工方式，于隧道底部修筑圬工支墻。如果局部位置不能進(jìn)行加深邊墻施工，可以采用筑拱跨過(guò)方式。如果在隧道的中部區(qū)域遇到深狹溶洞，則在施工時(shí)應(yīng)對(duì)兩側(cè)邊墻基礎(chǔ)都進(jìn)行加固處理，以此實(shí)現(xiàn)跨越通過(guò)。

（6）繞行施工。在遭遇巖溶區(qū)結(jié)構(gòu)時(shí)，部分區(qū)域可能會(huì)出現(xiàn)處理嚴(yán)重耗時(shí)的情況，此時(shí)可采用迂回繞過(guò)的施工方式，這樣有助于提升施工效率，加快施工進(jìn)度。但在繞行開挖施工過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)做好洞壁失穩(wěn)預(yù)防處理工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

九萬(wàn)大山1號(hào)隧道地處喀斯特地貌區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶中等至強(qiáng)烈發(fā)育地段占隧道總長(zhǎng)度的80.08%;隧道施工地質(zhì)復(fù)雜、不良地質(zhì)較多、安全風(fēng)險(xiǎn)高，當(dāng)隧道施工遭遇巖溶危害時(shí)，首先應(yīng)對(duì)巖溶情況進(jìn)行查明，分析其對(duì)隧道可能造成的影響，然后采取科學(xué)的應(yīng)對(duì)處理措施，從而降低其帶來(lái)的不良影響。

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收稿日期 2020-03-04

責(zé)任編輯 朱開明