长大隧道岩溶段综合处理技术研究

秦高峰

摘 要：长大隧道修建过程中，经常遇到突水突泥等大型地质灾害，轻则冲毁机具、贻误工期，重则造成人员伤亡和重大财产损失。文章根据岩溶洞穴的大小及洞穴与隧道部位的关系，研究制定了岩溶隧道溶洞处治措施以及突水突泥风险控制技术措施，有效治理岩溶隧道施工中的突水突泥病害，以期对同类工程有所借鉴。

关键词：铁路;长大隧道;岩溶治理

1 项目概况

九万大山1号隧道位于贵州省黔南州荔波—环江区间，进口里程DK177+048，出口里程DK194+060，全长17 012 m，最大埋深约488 m，隧道坡度设计为“人”字坡，最大坡率为22.5‰，设计为双线单洞隧道，设计速度350 km/h（图1）。

该隧道地质复杂多样，穿越9套地层，3条断层，2条可溶岩与非可溶岩接触带。有14611m的洞身（占隧道全长的85.8%）穿越岩溶强烈发育地段，且地表洼地大量发育。在DK184+900附近上跨暗河，预测涌水量达43.5万m3 /天，最高涌水量达70万m3 /天，最高水位低于隧道轨面约11 m，突水突泥风险极高。部分洞身穿越低瓦斯区段，风险管控严。

为满足工期要求，解决隧道排水、施工通风兼顾防灾救援要求，工程采用了“1横洞+ 1泄水洞+ 2通风竖井+ 1出口平导”辅助坑道模式。其中出口平导单向掘进9 297 m，其通风、物流、施工组织难度大。全隧道土建工期为52.8個月，工期压力大。

2 隧道岩溶处理难点

（1）九万大山1号隧道岩溶中等至强烈发育地段，占隧道总长度的80.08%。隧道施工地质复杂、不良地质较多、安全风险高，其中，DK178+570附近发育懂架平推断层，破碎带洞身影响长度约60 m，岩体破碎，岩质较软，围岩稳定性较差;DK180+743附近发育1条逆断层，洞身影响长度约200 m，断层带岩体破碎，含水丰富，突水突泥风险大;DK184+860附近发育1条正断层，洞身影响长度约220 m，断层带岩体破碎，含水丰富，突水突泥风险大。

（2）在出口平导里程为PDK192+437.6的掌子面打钻至深度2.5m左右开始出水，之后在施作加深炮孔时，掌子面右侧拱腰3号加深炮孔（距平导设计坑底面3.1m）钻进2 m左右开始出现突水，呈黄色，内含砂夹卵砾石，出水量不断增大，钻至3～4 m左右出现卡钻打不进去。出水范围：以平导中心线，掌子面右侧所有炮孔全部出水，其中右侧拱部1/4位置约3排炮眼、近30个炮孔出水压力较大，最大的出水点位置距离底板高6.2 m，喷射距离最远9 m，填充物为细沙及细粒光圆卵砾石（图 2）。根据出水点高度及瞬时流量粗略计算得出水头高度为12 m，瞬时流量0.01 m3 / s，瞬时流速 9m / s。

3 隧道岩溶处理技术方案与应对措施

3.1 处理方案

根据九万大山1号隧道出口平导PDK192 + 441～PDK192 + 411段地质调查资料及超前地质钻探预报成果，并结合物探及其他相关地质勘探资料，综合分析预测PDK192 + 441～PDK192 + 411段岩性为弱风化灰岩，围岩整体较完整，节理、裂隙发育密集，岩溶中等～强烈发育，含水;PDK192 + 433.3～PDK192 + 433.2、PDK192 + 432.5～PDK192 + 432.2段发育裂隙或溶腔，由黄色粉质黏土充填，含水（流量约1m3 /h）;PDK192 + 441～PDK192 + 433段溶蚀较发育、由粉质黏土充填或局部发育小型溶腔，局部含水;PDK192 + 436～PDK192 + 428段自掌子面右侧向左侧溶蚀夹泥，局部发育小型溶腔，含水。

处理方案：掌子面增加超前水平钻孔（特别是侧向与斜向），以便更好地钻探出掌子面及周边的地质情况;平导下穿正洞时提前下穿，原设计下穿拐弯里程是PDK192+162，改为在现有掌子面里程往洞口方向后退20 m（里程为PDK192+458）处提前拐弯下穿正洞;根据探测及揭示情况，若出水量较大，则在平导内增加排水通道，排水与物流通道分开设置。

3.2 应对措施

在隧道施工的过程中，如果遇到岩溶性危害，在进行处理时需要结合现场实际情况采取对应的措施，常用的措施主要有引流、跨域、注浆、加固等方式，在具体操作实施中为达到较好的效果可采用多种方式进行综合治理。

（1）当隧道需要穿过岩溶区时，首先应对溶洞做具体勘察，明确其类型和所处的范围，然后根据地下水情况、岩层稳定状况等信息来制定对应的施工方案。

（2）如果隧道所需穿过的岩溶区有着相对稳定的岩层结构，且已经停止发育，同时该区域范围内有着较小的地下水量，在施工过程中可应用物探、探孔等方法进行实际地质勘查，以便发现状况及时采取补救措施。如果岩溶区正处于发展状态或者区域范围内地下水量较大，在施工之前必须充分探明地下水的流向和大小，以便在施工时有效处理排水问题，通常在施工时可以采用平导方案，如果在施工过程中涌出较多地下水，可以将此作为泄水通道，而且通过该方法能够避免正洞堵塞时出现停工的情况，可继续在前方掘进，有助于提升整体工作效率。

（3）引排水。在施工中如果发现溶洞有水流排出时，应当尽可能采用引排水措施，不宜对之进行封堵。通常应在明确溶洞水流向的情况下，通过应用各种设施在合适位置开凿泄水洞的方式将水引出到溶洞之外。如果溶洞中水流分布在隧道顶部上方，在施工之前应先采取引水斜洞的方式降低水位，使之低于隧道标高，然后再开展引排水工作。

（4）堵填。如果溶洞已经停止发育，且其内部无水，跨径相对较小，此时可采用堵填施工方式，主要应用混凝土、浆砌片石等填充溶洞与隧道相交的位置。同时结合溶洞的地质情况，考虑是否需要对边墙做加固处理，如果在隧道顶部存在空溶洞，可注意观察岩石的破碎程度，然后对之采用合适的加固处理措施，常用的方法主要有锚杆加固、注浆加固、锚喷网加固等方式。

（5）跨越。如果在隧道施工中一侧遇到跨径较长的溶洞，在施工时应注意在该侧加固边墙基础，采用此方式通过溶洞区域。如果在隧道的底部区域遇到较大的溶洞结构，且含有较多水量时，可采用支承隧道施工方式，于隧道底部修筑圬工支墙。如果局部位置不能进行加深边墙施工，可以采用筑拱跨过方式。如果在隧道的中部区域遇到深狭溶洞，则在施工时应对两侧边墙基础都进行加固处理，以此实现跨越通过。

（6）绕行施工。在遭遇岩溶区结构时，部分区域可能会出现处理严重耗时的情况，此时可采用迂回绕过的施工方式，这样有助于提升施工效率，加快施工进度。但在绕行开挖施工过程中，应当做好洞壁失稳预防处理工作。

4 结束语

九万大山1号隧道地处喀斯特地貌区，地质条件复杂，岩溶中等至强烈发育地段占隧道总长度的80.08%;隧道施工地质复杂、不良地质较多、安全风险高，当隧道施工遭遇岩溶危害时，首先应对岩溶情况进行查明，分析其对隧道可能造成的影响，然后采取科学的应对处理措施，从而降低其带来的不良影响。

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收稿日期 2020-03-04

责任编辑 朱开明