贵广铁路三都隧道岩溶高压富水段施工技术研究＊

任永华，曾维德

(贵广铁路有限责任公司，贵州贵阳 550014)

贵广铁路三都隧道岩溶高压富水段施工技术研究＊

任永华，曾维德

(贵广铁路有限责任公司，贵州贵阳 550014)

对三都隧道岩溶高压富水段施工的超前地质预报技术，施工处理方案和施工过程进行研究，认为岩溶高压富水段施工宜采用以地质分析法为基础，以超前水平钻孔为核心，结合物探法的综合超前地质预报方法进行分析;在了解岩溶高压富水段地质条件的基础上，采用打开(暴露)溶洞+结构处理方案。结果表明，采用该方法施工后监测位移满足规范要求，并经实际施工后已顺利通过该段。该施工方法可为类似工程提供有益参考。

三都隧道;综合超前地质预报;处理方案;施工技术

大量国内外隧道工程的实践表明，制约深埋山岭隧道特别是岩溶隧道建设的主要因素是地质灾害及其伴生的地质环境问题，其中涌突水问题尤为棘手。据不完全统计［1－2］，国内外隧道涌水量超过1.0×104m3/d的大型涌突水事件中，70%都发生在岩溶隧道中，而在我国30余座长大岩溶隧道中，约40%发生过大于10.0×104m3/d的严重涌突水事故。

岩溶隧道施工过程发生涌突水不但会造成严重的伤亡事故和巨大的经济损失，而且施救难度非常大，致使工期延长，甚至还会为隧道运营留下安全隐患。许多学者对如何处理岩溶隧道高压富水段进行了有益的探索。张健儒［3］在对隧道断层破碎的地质特征及其处理措施进行深入研究的基础上，提出了隧道高压富水断层破碎带注浆堵水措施。张旭东［4］研究了规避高压富水岩溶隧道风险的释能降压工法。曾蔚等［5］对圆梁山隧道2#溶洞平导施工技术进行了研究。

三都隧道全长14 637 m，是贵广铁路全线控制性工程，具有不同于上述研究的特点，需对其高压富水段施工技术进行研究。

1 工程概况

三都隧道属Ⅰ级风险隧道，其地质条件复杂，突泥、涌水风险极高。设计物探资料显示DK135+880～DK136+020段为极低阻闭合圈，且延伸至隧道洞身以下，施工时可能遭遇规模较大的围岩破碎、溶洞、突水突泥等灾害，并具备发育大型溶洞洞穴及地下暗河的可能性。该段褶曲构造为大田背斜的一翼和大田1号向斜边缘，上覆石英砂岩夹砂质页岩、粉砂岩，下伏页岩、钙质砂岩，夹粉砂质灰岩、泥质砂岩夹页岩，洞身基岩为薄至中厚层状灰岩、白云岩偶夹石英砂岩，段内溶蚀现象明显，岩溶发育(图1)。其中DK135+840～+100段设计为Ⅲ级围岩，处于可溶岩地层范围内。

三都隧道属Ⅰ级风险隧道，按照Ⅰ级风险隧道进行超前地质预报的管理，采用以地质分析法为基础，以超前水平钻孔为核心，结合物探法的综合超前地质预报方法［6－7］。

2011年4月5日10∶40在线路右侧掌子面(DK135+508)底板处施做加深炮孔(钻孔深度10 m)时钻进5.8 m后探孔内涌出股状水，水质清无杂物、水压较大，无法进一步向前钻进。经测量，涌水量为2 000 m3/h，水压检测达1.55 MPa。

为确保掌子面工作人员安全，进一步探明后方隐伏岩溶情况，施工单位在掌子面后方DK135+549，DK135+551.5，DK135+553 断面初支面流水处附近，采用凿岩台车每处施做3个径向地质探孔，探孔深度10 m，其中3个有少量清水流出，钻孔过程未见异常，无隐伏岩溶。径向探孔最大涌水量基本无变化，推测出水可能为可溶岩溶蚀裂隙水。同时为全面了解该段含水量与外界降水的关系，进行了涌水量、水压与降雨量的观测，结果见图2～图3。

图1 三都隧道涌水段纵断面图Fig.1 The profile diagram of blow section in Sandu tunnel

图2 涌水量、水压与降雨量关系图Fig.2 Water inflow and water pressure changed with rainfall

从水量与降雨量关系曲线图也可看出，洞内涌水量与瞬间降雨量无明显关系，说明地下水的补给源与洞顶地表水关系不大。

超前钻孔资料显示，钻孔局部遇小溶洞，未见大型溶蚀空洞。综合上述超前预报资料，结合本段围岩所处岩溶水垂直分带分析，前方为构造挤压导致的节理密集发育带;在节理密集带内发育溶蚀现象，以小型溶洞及溶蚀裂隙为主，渗水性极好;从超前钻孔资料结合洞身岩溶水处于岩溶水水平循环带以下分析，洞身附近不具备形成大型～特大型岩溶水廊的条件，储水类型为裂隙型管道。

前方岩体为受构造挤压(褶曲构造的结合部位也受构造挤压作用)之后在节理密集带发生过较明显的方解石成分重新胶结现象;因方解石重结晶的作用，岩体完整性较差，围岩稳定性较差。

2 岩溶富水段施工技术方案研究

基于以上分析，该处岩溶处施工以排为主，但岩体破碎需加强支护，以防止坍方。由于该段位于17.8‰顺坡施工段，中心沟过水能力为2 814 m3/h(满沟时为7 565 m3/h)，目前流量1 800 m3/h未超出排水系统能力，故不需采用堵水限流的措施。但在施工过程中，会存在掌子面附近未施作仰拱段漫流情况。

2.1 DK135+508～+478段处理方案

该段富水，水压高，水量大，可选取的处理方案主要有迂回导坑绕避和打开(暴露)溶洞+结构处理方案，表1是2种方案的对比。

2.2 DK135+478～+408段处理方案

DK135+508～+478段开挖完成后发现DK135+500线左边墙角为岩溶水主要出水口，水压及总涌水量明显减小，但溶蚀现象仍较明显，因此DK135+478～+463段围岩级别由原设计Ⅲ级优化为Ⅴ级，衬砌类型按Ⅴ级Ⅰ型加强施做;DK135+463～+428段围岩级别由原设计Ⅲ级优化为Ⅴ级，衬砌类型按Ⅴ级复合式衬砌施做;DK135+428～+408段围岩状况明显转好，掌子面岩性已转变为钙质砂岩，拱部易掉块，掌子面有少量基岩裂隙水，设计变更后该段衬砌类型按Ⅲ级有仰拱加强复合式衬砌施工。

表1 DK135+508～+478段处理方案比选Table 1 Selection of the treatment plan for DK135+508～+478

3 岩溶富水段施工过程及施工方法

3.1 总体施工方案

按照V级II型进行加强支护，开挖方式为单侧壁导坑超前台阶开挖，设置Φ108超前大管棚与I20b全环钢架加强支护:Φ108超前大管棚38根，每根长35 m，环向间距0.4 m，I20b全环钢架0.6 m榀，导坑中线侧采用I18钢架作为临时支护，且该段衬砌按Ⅴ级Ⅱ型复合衬砌施工。考虑前方地质地下水由线左流向线右，将①部导坑设置于线路左线部位，如图3所示。

图3 侧壁导坑法施工工序图Fig.3 The construction procedure of side heading method

3.2 分工序施工方法

开挖、支护施工流程为:大管棚施工→左线导坑(①部)开挖→导坑初期支护→上断面②部开挖支护(在①部导坑开挖长度达到15 m后)，同时导坑继续往前施工→下断面③部开挖支护(上断面开挖一茬炮后)，与上断面形成微台阶，围岩如破碎则需留置核心土。

3.2.1 大管棚施工

管棚设置工作室(DK135+508～DK135+514)，长6 m，扩挖至设计轮廓线外50 cm，架立2榀I20b型钢钢架，间距60 cm，每榀采用锁脚锚杆固定，防止倒塌，在钢架外沿安装φ127孔口导向管，环向间距0.4 m，外插角3°。用经纬仪以坐标法在工字钢架上定出其平面位置;用水准尺配合坡度板设定孔口管的倾角;用前后差距法设定孔口管的外插角。孔口管应牢固焊接在工字钢上，防止浇筑混凝土时产生移位。

3.2.2 部导坑开挖及支护

大管棚施工完成后开始①部导坑开挖，开挖高度、宽度参照单车道平导宜为6 m×4.7 m，根据现场围岩情况制定导坑开挖专项爆破技术方案及安全专项方案，在洞内设置安全警戒，挖机找顶后方可进行出渣作业。出碴后立即安排初喷，确保围岩稳定性，支护作业必须按照上述支护参数进行，拱架间螺丝必须全部上齐拧紧，纵向连接筋及系统锚杆、锁脚锚杆必须与拱架焊接牢固，以保证支护系统的整体性，拱架脚部必须落至实处，杜绝拱架悬空现象。

3.2.3 ②部及③部开挖支护

在导坑开挖15 m后进行上断面及下断面开挖支护，结合导坑开挖大致了解的前方围岩情况对施工方案及爆破方案进行及时调整，支护工艺同①部。

3.2.4 仰拱及拱墙二衬施工

仰拱及拱墙二衬施工前需进行隧底及周边岩溶探测，如有岩溶则需对岩溶进行有效处理后方可进行施工，考虑该段岩溶水较发育，需加强该段衬砌施工中的防排水施工，盲管加密至3 m/道。

4 处理效果

施工过程中，施工单位严格按照监控量测管理办法，布设监控量测点并按规定的频率进行观测。观测结果表明，经优化处理施工的开挖过程能够满足施工规范要求，部分收敛速度及沉降速率历时曲线见图4。从该监控量测数据可知，拱顶下沉速率最大为2.7 mm/d，水平收敛速率最大达到 2.9 mm/d。目前隧道施工已顺利通过该段，也验证了岩溶富水段施工过程及施工方法的可行性。

图4 水平收敛速率、拱顶下沉速率历时曲线图Fig.4 History curve of horizontal convergence rate and dome displacement rate

5 结论

(1)长大隧道特别是岩溶隧道地质条件的复杂的隧道采用以地质分析法为基础，以超前水平钻孔为核心，结合物探法的综合超前地质预报方法进行超前地质预报，能保证工程快速、安全、顺利进行，避免灾害产生。

(2)岩溶高压富水段施工技术方案必须建立在对岩溶高压富水段的工程地质和水文地质条件充分了解的基础上。

(3)根据掌子面前方未见大型溶蚀空洞，前方为构造挤压导致的节理密集发育带;在节理密集带内发育溶蚀现象，以小型溶洞及溶蚀裂隙为主，渗水性极好;洞身附近不具备形成大型～特大型岩溶水廊的条件，储水类型为裂隙型管道，且水压不大，无充填物的特点，三都隧道岩溶高压富水段采用打开(暴露)溶洞+结构是可行的，能够满足施工规范要求。采用该措施已顺利通过该岩溶高压富水段。可为类似工程的处理提供借鉴。

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ZHANG Xu-dong.Study of the application of energy releasing and pressure reducing aim to evade risk in waterenriched high hydraulic pressure latent karst tunnel［J］.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29(Supp):2782 －2791.

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Constructional technology research of Sandu tunnel on the Gui－Guang Railway in karst high－pressure and water－rich section

REN Yong-hua，ZENG Wei-de

(Guiyang－guangzhou Railway Co.Ltd，Guiyang 550014，China)

The advance geologic prediction，constructional treatment program and process of Sandu tunnel in karst high－pressure and water－rich section were researched.We consider that the construction of karst highpressure water－rich section should adopt the synthetic geologic prediction which based on geologic analytic method，centered on horizontal protruded drill hole and combined geophysical prospecting.After the fully realized geological conditions of karst high－pressure water－rich section，the program of opening karst cave and structure treatment were proposed.The construction results indicated that the monitoring displacements meet the allowable values of standards，and this part had finished successful.This constructional method can be provided as an example to the same projects.

Sandu tunnel;synthetic advance geologic prediction;treatment program;constructional technology

U455

A

1672－7029(2011)06－0080－05

2011－10－16

任永华(1977－)，男，贵州遵义人，工程师，从事隧道工程研究