高压富水岩溶深埋特长隧道修建技术
岩溶构造区特长隧道富水环境的施工降效与引排水技术
DOI：10.16661/ki.1672-3791.2020.13.068岩溶构造区特长隧道富水环境的施工降效与引排水技术张扬扬 罗俐 曹成 王红运 邵德华 何博(中国建筑一局(集团)有限公司 北京 100071)摘 要：该文以西南山岭地区岩溶构造区域内的某特长公路隧道为依托，简要阐述了在富水环境下，隧道施工尤其是洞身开挖和初期支护的施工降效情况，并且通过理论计算与现场实践，形成了一套特长隧道引排水技术，充分考虑了各施工面的富水条件，最终确保了该特长公路隧道的正常施工，希望为同类型的施工情况提供借鉴。
关键词：特长隧道 富水环境 施工降效 引排水技术中图分类号：U453 文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2020)05(a)-0068-02某西南地区公路隧道为分离式特长隧道，隧道左右线均位于+2.35%的单向坡。
隧道为进出口两端对打，出口端为反坡施工。
出口左线起止点桩号为ZK44+785～ZK43+100，长1685m，纵坡-2.35%，起止点相对高差39.60m；出口右线起止点桩号为K44+815～K43+080，长1735m，纵坡-2.35%，起止点相对高差40.77m。
隧址区地表水主要为河水及山间冲沟基岩渗水汇集的小溪流，水位及流量受季节控制明显，具暴涨暴落的特点。
隧址区地下水主要为基岩裂隙水，由于下伏基岩节理裂隙连通性差，利于裂隙水储存，地下水并非为具有连通性的裂隙潜水，为局部破碎岩体中赋存的裂隙水。
隧址所在县年际温度变化小，降水时空变化大且分布不均，82%的降水集中在6～9月。
1 实际涌水量测算在该隧道的开挖过程中，实际涌水量与设计涌水量差别较大，经过长期的观察测算，得到该隧道的实际涌水量。
左线设计涌水量1580m3/d，实际一般涌水量3248m3/d，实际最大涌水量8427m3/d；右线设计涌水量1597m3/d，实际一般涌水量3536m3/d，实际最大涌水量8971m3/d。
华蓥山高压富水隧道施工关键技术
2019 年第 1 期
西南公路
华蓥山高压富水隧道施工关键技术
陈爱国
（四川路桥公路隧道分公司 四川成都 610200）
【摘 要】本文根据在华蓥山隧道实际施工过程中所采取的高压富水处理措施和方法，就隧道富水施工
关键技术从多个方面进行了介绍，确定隧道施工方案，并结合超前地质预报技术确定注浆方案及参数，对类
云雾山—清水铺—大竹县城南面一线，大致呈东西 方向分布。隧址区内发育的一部分横切背斜的支沟 贯穿了背斜核部的可溶岩地层，成为局部排泄基准 面，从而控制着浅层地下水的流向。州河在隧道以 北约 17km 处的伍童坪附近横切华蓥山背斜，河床高 程约 247m ，为隧道区域的最低排泄基准面。
隧道洞身段主要穿越 T2l 、 T1j 碳酸盐岩地层，地 下含水岩组以碳酸盐岩类溶洞水为主，隧道主要通 过水平循环带。因为地下水丰富，股状涌水成为隧 道较常出现的灾害。断层带、可溶岩段、可溶岩和 非可溶岩接触带发生涌突水突泥灾害具有较大的可 能性，在水巴岩煤矿、田坝煤矿和高滩煤矿的采空 同时还存在老窑积水涌突的风险。 1.2.2 施工中涌突水概论
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图 2 线圈移动方式
富水岩溶隧道施工技术
■ 武春娥
【 摘 要】随着社会 进步 和科 技的高速发展 ，我 国的隧道施 工发 展极为迅速 。与此 同时，富水岩溶隧道施工技术 也得
用灌浆 、填补等方式进行处置 。基底 的填补 、基 底 的灌浆 稳固以及基底的钢管桩稳 固都是岩 溶隧道 的 基底处理常见方 式。
型溶洞 的施工建设 ，在施 工时很有可能因为地质 的 影响发生突水等现 象。同时 由于岩溶 的发 育并不 是 规则简单 的，特别 是在高压富水填充型 的岩溶洞地 址区域进行施工 时，很容易发生涌泥涌水 的现 象， 严重阻碍 了富水岩溶隧道工程施工 的进度 。
二 、 富 水 岩 溶 与 岩 溶 水 的处 置 方 案 对 于 富 水 岩 溶 隧 道 洞 口 的处 理 ， 需 要 按 照 隧 道
对特 定地点进 行钻孔爆破处理 。在填充型溶洞 中心 区域应该对正洞洞型利用 Ｃ Ｒ Ｄ工法、对平 导洞型利 用正台阶方法施工 ，各个单位精 准配 合，在必要时 进行小 区域控制爆破 。在 隧道进 行开挖 时，利用混 凝土等混合材料对各个部位进行 填补以及 入模 ，在 施工现场每一个施工环节 都应 该保持平稳有序 ，每 个环节之间相互联系 ，并保证有 层次的进行处理 ， 而且各个环节之 间还要各 不干扰 ，使得施 工能够高 效快速进行 。
岩溶隧道 的施工方 案可以分为 以下几种 ：在周边岩 石层保 留的情况 下或者存在缝隙水管道 的环境 下， 可 以对 正洞和平 导洞 口类型采用全部断面法 ；在溶 洞周边 受到影 响的地区和物质勘探不 明确 的地方 并 且会 出现突水的地质区域 ，可 以对正洞洞 充 分保
到了相关部 门的重视 。有关部 门和单位应该加 大对 隧道岩
溶与岩溶水 的处理力度 ，并且不断完善 富水 岩溶隧道的施
简述高地温区富水特长隧道施工技术
交通科技与管理57工程技术在地热温度作用下，隧道衬砌结构产生内力重分布，拱顶和拱脚弯矩变化较大，以及结构整体安全系数降低。
丰富的地下水对隧道施工极为不利，且高热温泉携带大量热量使得洞内环境温度升高，这无疑恶化了隧道施工环境。
在不同地段的施工中，为保证施工质量，必须要确保选择施工技术具有可行性和针对性。
1 特长隧道施工技术方案1.1 施工组织丰顺隧道全长14 407 m，共设置4个斜井，分别在DK50+975、DK53+825、DK56+053、DK58+790设置4处斜井。
隧道施工分10个作业面。
丰顺隧道除配置1台三臂凿岩台车施工外，采用气腿式风钻钻爆法开挖，锚喷支护，无轨运输、压入式通风。
（1）洞口施工：斜井洞口开工前先施工截水沟，避免雨水对边坡的冲刷，进洞前施作拱部超前大管棚。
（2）超前支护：洞口及局部浅埋段洞身超前支护采用超前管棚支护措施及周边围岩注浆，断层破碎段采用径向注浆和超前小导管。
（3）开挖：斜井III级围岩段采用全断面法施工，IV、V级围岩采用台阶法施工。
正洞段II级围岩采用全断面法施工，III级围岩段采用台阶法施工，IV级围岩采用三台阶法施工。
（4）初支采用湿喷机械手湿喷工艺。
（5）仰拱采用移动模架整体浇筑。
（6）二衬采用12 m液压衬砌台车施工，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土搅拌运输车运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式捣固器振捣密实。
（7）水沟电缆槽采用移动模架施工。
1.2 机械化配套隧道施工机械化配套主要包含隧道施工方法及施工组织、隧道施工机械设备配套、隧道主要临时设施配套、工厂化加工设备配套、隧道施工通风设备配套、隧道反坡抽排水设备配套、隧道信息化施工设备配套、隧道衬砌台车及作业台架等9个部分。
（1）施工组织。
施工方面主要考虑开挖弃渣、仰拱施工及衬砌浇筑等工序间的衔接，避免造成一项工序的施工阻碍其他工序正常开展。
（2）施工方法。
隧道施工应根据地质条件、断面大小等因素对设计文件中的施工方法进行评估，对不合理的施工方法应提出变更和优化。
谈隧道富水溶洞处治技术
谈隧道富水溶洞处治技术摘要：隧道建设过程中，富水溶洞地质结构是一种比较常见的地质灾害，常见于西南地区隧道的施工建设中，隧道底板横截面在浇筑过程如果出现尺寸较大的溶洞，对于工程的破坏性是极大的，甚至会导致隧道的坍塌。
鉴于不同条件地质构造的溶洞系统，隧道底板工程建设应准确分析出溶洞结构，并建立施工模型，对于特殊连接体可以借助弹性桥梁，钢化板连接，在此基础上保证底板浇筑厚度大于最小安全厚度，为溶洞隧道的安全施工提供理论依据。
关键词：隧道底板富水溶洞处治技术本文以宜万铁路客运专线作为背景，结合施工过程中遇到的特殊溶洞性地质状况，并结合水文状况进行充分分析，阐述富水溶洞隧道底板浇筑的施工方案，探析溶洞隧道中岩体不稳定，以及流水侵蚀作用下对于隧道的底板保护工作。
一、富水溶洞地质灾害给隧道建设工程带来的危害富水溶洞系统常见于西南地区，是一种隧道建设以及公路建设过程中比较常见的地质灾害之一，就目前国际山体隧道施工部门所掌握的资料而言，由于富水溶洞造成的地表侵蚀以及岩体松动等问题，已经给隧道施工以及矿山开采造成了不可估量的损失。
就我国西南地区铁路及公路隧道施工而言，所有贯通线路中就有溶洞特征山体60万平方公里。
因此，富水溶洞的隧道底板建筑技术一直都是国内甚至世界都难以攻克的课题。
由于地域特征的特殊性，富水溶洞给隧洞施工带来了严重的威胁，我国西南地区目前已经建成的隧道中，几乎有一半以上都发生过富水溶洞地质灾害，所有隧道基本都不同程度地遭受过溶洞坍塌、加压造成的破坏，如已经建成的宜昌至重庆万州客运专线，通过大巴山脉的过程中，就有多处地点不同程度发生过由于溶洞腐蚀情况导致的隧道底板浇筑不稳等风险。
根据我国地质部门的相关统计，溶洞地貌在西南地区隧道施工中遇到的几率高达61%，其中水平轴线溶洞达到53%，其中又有36%的溶洞体接近垂直体特征，对于垂直体溶洞，由于受地势和引力的影响，水流的冲击效果表现得更加显著，且岩体出现水溶性特征已经能够分布于地表，目前施工部门的解决方法大多是通过提前勘测来规避与富水溶洞岩体的直接接触，这一方法也有效地防止了溶洞对于隧道工程的破坏，对于近地表的水平溶洞，溶洞尺寸比较大，横截面波及范围广，如果隧道施工路径与溶洞地表横截面有所接触，会导致地表结构不稳定，隧道顶部和底部受流水腐蚀严重，隧道内部岩体受到巨大压强的冲击而引起的隧道变形等，对工程建设产生巨大危害。
岩溶富水地层隧道施工关键技术
Construction &DesignForProject工程建设与设计岩溶富水地层隧道施工关键技术Key Technology of Tunnel Construction in Karst Water-Rich Strata李俊（中铁十一局集团第四工程有限公司，武汉100855）LI Jun(China Railway 11Th Bureau Group Fourth Engineering Co.Ltd.,Wuhan 100855,China)【摘要】以实际隧道工程为背景，对其高压富水岩溶地层施工制定了详细的施工方案，并对其施工控制要点如二次衬砌、超前支护等施工控制要点展开了具体的探讨，确保了隧道施工的顺利进行。
【Abstract 】Based on the actual tunnel engineering,the detailed construction scheme of the high-pressure water-rich karst stratum constructionis made,and the key points of the construction control,such as secondary lining and advanced support are discussed in detail to ensure the smooth construction of the tunnel.【关键词】岩溶隧道；高压富水；超前支护技术【Keywords 】karst tunnel;high-pressure enriched water;advanced support technology 【中图分类号】U455.49【文献标志码】B【文章编号】1007-9467（2019）03-0252-02【DOI 】10.13616/ki.gcjsysj.2019.03.086【作者简介】李俊（1980～），男，湖北随州人，工程师，从事工程建设研究。
岩溶隧道高压富水大体量充填性溶腔处治技术
２溶腔泄水实施过程
马鹿箐隧道＋９７８溶腔最先是由出口在平导 ＰＤＫ２５５＋９７８．１掌子面探测获得。针对当时探测到的 地质情况，ＰＤＫ２５５＋９７８～ＰＤＫ２５５＋９７０段存在一个 ２。８ ｍ的富水（水压１．０ ＭＰａ）、半充填（充填物为淤 泥、河砂及木屑等）溶腔管道，决定采用“以堵为主， 限量排放”的施工理念［３１。采取全断面帷幕注浆的技 术手段【４ｔＳｌ．在Ⅱ线轮廓线外形成５～８ ｉｎ加固圈通过
此阶段成功揭开了溶腔．部分排出溶腔淤积物， 泄水洞与溶腔联通，地表补给水随到随排，成功地 解除了溶腔处理的风险。
３钻孔泄水
图３泄水洞与平导泄水平面示意 Ｆｉｇ．３ Ｐｌａｎ ｓｋｅｔｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｅｐ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ
ｈｅａｄｉｎｇ ｄｒａｉｎａｇｅ
基于溶腔的不规则性。某些孑Ｌ位施作后可能不 会出水的情况，预留９个，共计钻孔６５个。因此在泄 水洞ＸＤＫ２５５＋９００掌子面设置１５个４，２００ １１１１７１泄 水孔（图４），平导ＰＤＫ２５５＋８９１掌子面设置５０个 ｑｂ２００ ｍｍ泄水孔（图５）。
万方数据
马鹿箐隧道高压富水大体量充填性溶腔处治技术
现代隧道技术
ＭＯＤＥＲＮ ＴＵＮ ＮＥＵＬ斟Ｇ
ＴＥＣＨＮＯＬｏＧＹ
图１ 马鹿箐隧道工程地质纵断面示意 Ｆｉｇ．１ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ Ｍａｌｕｑｉｎｇ ｔｕｎｎｅｌ
箐口暗河子系统由东部云雾山台原和斜坡补给 区来水，通过鸟腊河、小马滩河明流和相应的地下充 水管道（暗河）汇入凉风洞，沿层面、节理裂隙至龙 潭、蝌蚂口。地下水总体形成向西北方向运移汇集 的流态。
高压富水隧道帷幕注浆施工技术
高压富水隧道帷幕注浆施工技术摘要：通过研究隧道断层破碎带的地质、水文性质，对高压富水区采用帷幕注浆施工技术方案，通过对注浆参数、工艺、结束标注、检测手段的应用介绍，提出适用该地区相同地质隧道高压富水区注浆方案，每个注浆循环缩短为12天，且处理效果满足设计、施工要求。
关键词：高压富水，隧道，帷幕注浆，施工技术1、项目概况广昆铁路新温泉隧道洞身横穿高原低山丘陵剥蚀区，隧道的最大埋深约70米，长2165m，属长隧道，隧道净空采用15×12.5m。
隧道进口处两侧均有冲沟发育，据调查，该两沟内常年流水，且降雨后其流量会增大很多，具有暴涨暴落的特点。
在隧道进口至LK42+200地段，F8断层倾向NW，倾角70°～80°，断层宽度约120m。
围岩以全～弱风化泥质粉砂岩、砂岩为主，夹泥岩，受断层F8影响（图1），岩体风化强烈，岩石极破碎，裂隙极发育。
勘察时地质钻孔注水试验估算正常涌水量约为102.75m3/d，隧道埋深58m~93m，受断层F8影响，属于高压富水区，对隧道开挖影响很大，尤其在夏季施工，可能造成涌水危险。
注浆处理主要集中在断层破碎带内的高压富水区。
2、帷幕注浆施工技术由于该段落较长，强~弱风化岩体破碎，且原岩夹泥岩为极软岩，结合超前地质预报结果，最后经项目部研究决定采用全断面帷幕灌浆技术对DK1025+950～DK1026+090段围岩进行治堵处理，每循环处理长度为30m，开挖25m后预留5m作为止浆岩盘，本段落处理分为4个循环，第一次注浆前在掌子面前喷射30~40cmC30混凝土，用以封闭掌子面周围岩体。
2.1浆液扩散半径及注浆孔布置根据厚壁筒公式，采用第四强度理论计算，并类比其他工程项目，最终确定浆液扩散半径为隧道开挖轮廓线外不小于3m。
注浆孔环向间距不小于50cm。
（图2）2.2注浆材料和压力注浆材料选用超细水泥，由于帷幕段基岩裂隙发育强烈，且帷幕浆液扩散半径不小于3m，所以选用W：C为1.0。
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渝怀铁路建设是中国人的百年梦想
• 渝怀铁路的设想是1918年孙中山先生提出的《建国 方略》粤-襄-渝铁路的重要组成部分，由于当时国力孱 弱，技术落后，无法修建。
•
二十世纪五十年代，国家曾对该条铁路开展地质调
查工作，由于以圆梁山隧道为代表的复杂岩溶问题从技
于2000年开工建设，圆梁山隧道是关键性控制工程。
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地质条件
1、毛坝向斜的地表的空间形态呈长舟形，中间低、四 周高，为地下水的汇集和下渗创造了条件,地下水和地表 水有一定的水力联系。
2、岩性主要为石灰岩、白云质灰岩、砂岩、泥岩、页 岩，灰岩长度占整个隧道长度65%,岩溶十分发育。
3、毛坝向斜遇到了3组大型高压、富水、充填型溶洞, 全隧共穿越1１条断层。
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隧道地质纵断面图
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工程难点和重点
1、岩溶及岩溶突水、涌泥 三个区段：毛坝向斜段2400m；冷水河浅埋段200m；
桐麻岭背斜段1800m。毛坝向斜隧道开挖共揭示3处大型 溶洞和1处岩溶管道，桐麻岭背斜主要遇到1处大型溶洞1 处岩溶管道。施工中发生了多次涌水、突泥。 2、水量大、水压高
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(2)常规地质分析
• 主要根据环境条件、地勘资料及掌 子面开挖揭示的地质情况，通过常规地 质分析，可以初步判断判岩体的结构、 构造、岩性、结构面的产状、岩溶发育 的位置、范围、规模大小及可能对施工 安全和隧道稳定性带来的不利影响，从 而为选择更准确的地质预测、预报方法 提供依据。
1、 1号溶洞正洞及平导 DK354+230～290溶洞涌 水、突泥 溶洞填充物以淤泥 质粘土为主，地层自稳 能力很差，正常涌水１ ５０m3/h ，最大涌水 量为500m3/h。
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2、 2号溶洞正洞DK354+450～+500溶洞突水、突泥情况 主要充填物为粉细砂、砾石和溶蚀灰岩，钻孔中高压
水喷射约30m，开挖过程中发生多次突水、涌泥，正常涌 水量５００ ～ １０００m3/h左右，最大涌水量１０００ ０ m3/h，发生多次发生突水、涌砂。
•
2号溶洞正向涌水
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3、3号溶洞正洞和平导DK354+870～+920溶洞
• 2002年9月11日在正洞中导坑开挖止DK354＋879 处突然喷发出硬塑～软塑状粘性土，并伴随剧烈爆 响及冲击波，瞬时塞满掌子面附近244m的下导坑空 间，随后继续涌泥，涌泥量4200m3 。
全隧最大涌水量２４×104m3/d，最大水压力4.６MPa。 高水压区段主要位于毛坝向斜和桐麻岭背斜段。相当于 在460m的水下修建隧道
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岩溶高压、涌水
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3、煤系、瓦斯、石油、天然气
主要位于二叠系栖霞组沥青质灰岩及奥陶系（0）和志 留系（S）接触地带中。实测最高瓦斯浓度达到2.64% 。
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二、关键技术
• 1、岩溶及地下水超前探测及预测预报技术 • 2、高压、富水、粉细砂溶洞注浆技术 • 3、隧道快速施工技术与机械设备配套 • 4、特长隧道多作业面条件下通风技术 • 5、高压、富水隧道结构防排水技术 • 6、隧道开挖数值模拟及信息化施工技术
• 7、隧道衬砌混凝土耐久性提高技术
高压富水岩溶深埋特长隧道修建技术
主要完成单位：中铁隧道集团有限公司
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铁道第二勘察设计院 1
主要汇报内容
• 一、工程背景 • 二、关键技术 • 三、主要创新点 • 四、推广应用价值 • 五、经济、社会及环境效益
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一、 工程背景
1、圆梁山隧道全长11.070km，是新建铁路渝怀线 上最长的单线电化铁路隧道，最大开挖宽度14m, 高度为12m，最大开挖断面120m2。 2、正洞右侧30m为设贯通平导，无斜井和竖井。 3、隧道主要穿越毛坝向斜、冷水河浅埋段、桐麻 岭背斜，最大埋深780m。 4、隧道2001年1月开工，200４年１1月完成了全 部施工任务。
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4、桐麻岭背斜DK361+764溶洞涌水、突泥
2001年7月14日，正洞开挖至DK361+764处（距出口 769m）爆破后，线路右墙拱脚处突然发生溶洞突水突泥， 高峰持续时间28分钟，涌出物达11×104m3,突泥过后，洞 内淤泥深达1.2～4.5m,淤泥量约15000m3。洞内和洞口部 分材及机具被冲入洞口的炭厂河中。
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• 1 、岩溶及地下水超前探测及预测预报技术
• 采用了以超前钻探为主，以常规地质分析、
地质雷达、红外线探水、TSP地震波为辅助手段 的地质超前综合预测、预报岩溶技术，可以比较 准确判断掌子面前方30m、隧道开挖轮廓线内及 距离隧道开挖轮廓线距离小于10m的溶洞位置、 形态及充填物、水量、水压大小,准确率较高。
4、环境保护十分重要 隧道山顶有4个乡镇，5万多居民，隧道须不漏、不渗，
地表水不流失，居民能正常生活。 5、施工通风困难 隧道全长１1.070km两端掘进，无竖井和斜井，通风十
分困难。
因此，圆梁山隧道被专家称为“国内外罕见，具有挑战 性的地质难题”。
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施工中的岩溶突水、突泥
•
术上无法解决，工程不能开工,该条线路曾被苏联专家
判定为“铁路修建的禁区”。
•
在渝怀线开通以前，重庆至怀化要在贵阳周转，交
通十分不便，它的建成将使川渝地区与东南沿海地区的
客货运输距离缩短550公里。通车后客运从重庆到湖南
怀化将从以前的18小时缩短到8个小时，到上海和广州
的时间也将缩短10个小时。
因此，渝怀线作为西部大开发的十大标志性工程，
•
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(1)超前钻探
超前钻探是最直接和最准确的地质预测预报方法， 它是验证物探方法预报结果和实现精确预报的基础，它 可以准确探明大型溶洞～4 个钻孔，钻孔深度一般应控制在 100m以内，终孔位置一
般控制在开挖轮廓线外10m左右，短距离地质预测预报， 一般钻4～6个钻孔，钻孔深度一般控制在30m，终孔位 置一般控制在开挖轮廓线外５～10m ,根据物探结果和 前面钻孔的探测情况，可适当加密钻孔，达到精确探测 的目的。