圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究

第27卷第2期 岩 土 力 学 V ol.27 No.2 2006年2月 Rock and Soil Mechanics Feb. 2006

收稿日期：2005-02-02 修改稿收到日期：2005-07-21

作者简介：刘招伟，男，1962年生，教授级高级工程师，北京交通大学博士后，中铁隧道集团科研所所长，主要从事隧道及地下工程施工的科研工作。Email:liuzhaowei05@

文章编号：1000－7598－(2006) 02―0228―05

圆梁山隧道岩溶突水机理及防治对策研究

刘招伟1，何满潮2, 3，王树仁3

(1. 北京交通大学 土建学院，北京 100044；2. 中国矿业大学（北京） 力学与建筑工程学院，北京 100083；

3. 中国地质大学（北京） 岩土工程与地热工程创新基地，北京 100083)

摘 要：采用现场调查、数值模拟与理论分析相结合的研究方法，对圆梁山隧道岩溶突水的机理及其防治技术进行了系统地研究，揭示了隧道岩溶突水是受水压、岩溶充填物与隧道围岩塑性区范围等影响的渐进破坏过程，总结了隧道岩溶突水机理，并针对圆梁山隧道揭示的溶洞情况，制定了岩溶突水的防治原则，实现了复杂岩溶条件下安全、高效的施工效果。 关 键 词：圆梁山隧道；岩溶突水；数值模拟；防治对策 中图分类号：TV 554 文献标识码：A

Study on karst waterburst mechanism and prevention countermeasures

in Yuanliangshan tunnel

LIU Zhao-wei 1

, HE Man-chao 2,3, WANG Shu-ren 3

(1. Civil Engineering Department, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China; 2. Geotechnical Engineering Institute, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China; 3. Innovative Base of Geotechnical and Gesthermal Engineering, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)

Abstract: By means of investigation on the engineering geological conditions, numerical modeling, and theoretical analysis, the mechanism of the karst water burst and its prevention countermeasures in Yuanliangshan tunnel are researched systematically. The results show that the karst water burst in tunnels is a gradually developed process, which is influenced by water pressure, different filling materials and the plastic zones around the tunnel. The mechanism of the karst water burst in tunnels is summarized; and in light of the karst conditions exposed in Yuanliangshan tunnel, the principles for preventing the karst waterburst are established. Thus, construction of tunnels under complex karst conditions with safety and high efficiency has been achieved. Key words: Yuanliangshan tunnel; karst water burst; numerical simulation; prevention countermeasure

1 引 言

圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道，全长11.068 km ，为已建和在建铁路隧道中施工难度最大的工程之一。该隧道穿越高压富水的毛坝向斜、桐麻岭背斜和冷水河浅埋段，地貌形态明显受地质构造控制，岩层具带状展布特征(图1)。隧道穿越的可溶性灰岩地层总长约7 100 m ，占隧道总长的64 %。在隧道施工中，先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了5个深埋充填型溶洞，充填介质为粉细砂、粉质黏性土和黏土等。预估正常涌水量为9.8×104 m 3/d ，最大涌水量为14.5×104 m 3/d ，其中毛坝向斜存在P 2w+c 和P 1q+m 两层承压水，承压水压力高达4.4～4.6 MPa 。由于受高压、富水、岩溶等诱导因素的影响，多次发生突水事故，施工难度较大[1]。

隧道岩溶突水一直被认为是世界性的难题。我国境内岩溶分布广泛，约占国土面积的1/3，随着技术的进步和交通事业的加速发展，在岩溶地区修建的隧道工程将会越来越多。尽管近年来国内外相关研究取得了不少成果[2

～5]

，但针对圆梁山隧道工程而

言，仍存在许多问题。因此，以圆梁山隧道为工程背景进行岩溶突水机理及防治对策的研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重大的工程实用价值。

2 隧道突水地质模式及突水机理

2.1 岩溶突水地质模式

在圆梁山隧道工程高压富水区，沿隧道轴向和径向各取出一个地质单元，假设该地质单元的范围充分大，在地质单元中包含理想等径的岩溶溶管和圆形开挖隧道两部分，并保证在开挖隧道过程中引