宜萬鐵路云霧山隧道溶洞段綜合施工技術

姜國慶 JIANG Guo-qing

（中國中鐵航空港建設集團有限公司深圳分公司，深圳 518057）

（China Railway Airport Construcction Group Co.，Ltd.Shenzhen Branch，Shenzhen 518057，China）

1 工程概況

宜萬鐵路26標云霧山隧道Ⅰ線總長6640m、Ⅱ線總長668米。隧道位于湖北省恩施市白果壩與屯堡鄉交界地帶[1]，Ⅱ線隧道位于Ⅰ線隧道左側30m。全隧道自進口到出口為連續上坡，縱坡分別為1.0‰、6.0‰、14.9‰，隧道埋深800m，是宜萬鐵路最大埋深。

隧道從寒武系地層穿過，只在背斜北翼有少量奧陶系巖層。其中背斜核部從上到下依次分布著寒武中統光竹嶺組、寒武系中統高臺+茅坪組、寒武系下統石龍洞組、寒武下統天河板組。巖體是灰巖、白云巖、溶崩角礫巖、水云母頁巖、粉砂巖等。

圖1 云霧山隧道縱剖面圖

隧道穿過的地層屬溶蝕洼地、巖溶漏斗和落水洞遍布的碳酸鹽巖溶地層。片兒區內主要發育白果壩暗河系統、大小魚泉地下河系統、惡水溪管道流系統和洞灣管道流系統。區內地下水補給來源是背斜上游地下巖溶水順高程沿構造裂隙溶蝕通道補給以及大氣降雨補給。大氣降雨匯集在地表，通過不同深度漏斗群垂直補給不同標高的水平流動帶和深部循環帶[2-4]。

隧道溶腔發育特點如下：①分布密度大，隧道正洞所揭示出的巖溶共12處，平均1.81處/km（見圖1）；②溶洞規模較大，Ⅰ線巖溶不良地質段DK245+577～+625長48m，Ⅱ線巖溶不良地質段ⅡDK245+523～+654長131m；③溶腔內水壓大，水壓在0.43～0.84，最大瞬間水壓1.2MPa；④溶腔中有中細砂、淤泥、淤泥無塊石等雜物填充。

圖2 “DK245+525”區段溶腔形態示意圖

圖3 高壓水及溶洞內充填的泥沙

2 溶洞區超前地質預報探測技術的應用

針對地質狀況復雜多變的隧道，超前地質預報采用地質法—物探法—鉆孔法相結合的綜合地質預報模式。基于已搜集整理的地質勘測資料，補充勘察兩隧道主要區段的地質狀況，對隧道施工段的水文地理條件進行綜合分析，并初步判定水源極其通道的地質情況。基于地表勘測數據，對掌子面前方和坑道周邊的地質異常體進行物探，繼而水平鉆孔驗證物探結果，以期科學預測開挖面前方及周邊的地質狀況[5]。

2.1 地質勘查 工程前期的專項地質工作，除了很好的指導隧道施工地質分級外，從客觀上查明隧道通過的地層分布、構造及范圍較大的不良地質體的空間位置，進一步摸清地下水源的分布、活動規律及其通道情況，為隧道的超前地質預報提供指導。圖4為利用大地電磁測探云霧山隧道的剖面圖。

圖4 云霧山隧道大地電磁測探剖面圖

2.2 TSP203超前探測 TSP203超前探測方法是按照爆破范圍將爆破點依次排布在掌子面后方邊墻上，參考微差弱爆破原理逐個爆破，使爆破所產生的地震波信號在隧道圍巖內傳播，如遇到變性巖體，會接收到部分返回的微波信號。界面兩側巖體構造差別越大，所返回的信號變化越大。返回的微波信號經專用軟件進行處理，即可對圍巖特性和洞穴所在方位進行準確預測。

圖5 現場TSP203探測操作

2.3 掌子面超前探孔 超前鉆孔仍是目前最為直觀的超前物探方法，通過鉆孔臺車鉆進過程中鉆速、沖洗液、巖屑和巖粉的變化綜合分析研判開挖面前方較短距離（40～50m）內的地質特點，為提高其預報的準確度，尤其是取芯探孔，可以直接研判隧道前方的地質情況。

圖6 現場超前鉆孔探測

2.4 紅外探水 一般巖體紅外輻射場強度會隨著地下水的活動而劇烈變化，紅外探水儀接收巖體的紅外輻射強度信號后，根據強度的變化對隱伏在掌子面前方以及洞壁周邊的含水體進行準確預測。基于地質探測數據，趨近不良地質構造及其異常體時，通過便攜式紅外線探水儀探測掌子面的含水構造，探測頻率20m～30m/次。如某些施工段滲水嚴重，也可通過紅外探水儀準確獲知隱伏在隧道四周的含水體，降低施工風險。

圖7 現場紅外線探水

3 隧道溶洞區綜合施工技術應用分析

3.1 注漿加固技術 針對大型填充型無水溶腔，施工方案中采用帷幕注漿[6]。在掌子面布設5個注漿試驗孔，具體布設方式見圖8，預設計孔深24m，并應滿足入巖深度不小于5m，孔徑110mm，外插角5～8°。注漿材料為水灰比0.6：1～1：1的水泥單液漿和水泥水玻璃雙液漿。注漿壓力2.0～6.0MPa，前進式注漿，分段長度 3～5m，注漿速度 5L～110L/min，擴散半徑2.0m左右。

圖8 超前探孔、注漿試驗孔及檢查孔布置圖

通過對此溶腔的處理，超前帷幕注漿加固施工技術在填充型溶腔處理中得到很好的應用，是安全通過填充型無水溶腔的關鍵技術。

3.2 增設迂回導坑 施作隧道進出口時發現有突水突泥的溶腔，而出口處必須采用風險較大的14.9‰的反坡施工。為確保安全施工，須在Ⅰ線隧道右側增設迂回導坑先行貫通，范圍為DK245+535～+671。迂回導坑的貫通，徹底解除了云霧山隧道出口突水淹井的風險，并且對DK245+525～+617溶腔群形態有了更明確的掌握。

圖9 迂回導坑示意圖

3.3 爆破放水 對于高壓富水溶腔，采用爆破放水釋能減壓的方法處理。爆破采用全斷面楔形掏槽，炮孔滿裝炸藥、非電毫秒雷管微差爆破方式。具體施工流程如下：搭設鉆孔平臺→測量員布孔→鉆孔→按鉆爆圖檢查鉆孔→裝藥→檢查裝藥→堵塞→檢查堵塞效果→撤平臺→布電雷管起爆線并將其引入Ⅰ線隧道→洞內（Ⅰ線、Ⅱ線）和洞外泄水路線清場檢查→爆破員乘座爆破專用車在起爆點就位準備起爆破→清場合格并上報泄水指揮中心→下達起爆命令→起爆→爆破員迅速乘車撤向安全地帶。

溶腔爆破放水成功后，泄水路徑長3.24km，平均流速為3.59m/s，瞬時最大流量為28452m3/h。突出物含泥沙，局部夾塊石，直徑最大1.8m。

圖10 爆破后溶腔形態

圖11 掌子面淤泥

3.4 溶腔支護措施 采用網噴C20混凝土進行初期支護。鋼筋網片Φ8，網格間距20cm×20cm；通過I18、I20工字鋼架對鋼架進行加固。有的施工段溶洞和巖溶裂隙發育，應該每隔0.5米設一鋼架；有的施工段有破碎圍巖分布，應該每隔1米設一鋼架；有的施工段分布有完整灰巖，可在局部每隔1米設一鋼架；有的施工段富含流沙和粘性土，應該加固初期支護。可通過6米超前小導管進行預支護，工字鋼架之間的距離應該適當縮短，鋼筋網片層數須適當增加，將1m的鋼架縱向連接鋼筋調整為30cm；將無縫鋼管（Φ108mm）和小導管（Φ42mm）布設于鋼架外層作棚管。另外，空腔部位須留設混凝土泵送管，拱部空洞回填C25混凝土超拱頂3～5m，邊墻外空洞回填C25混凝土在進行下循環得施工。有的施工段溶腔發育至隧底，可按照“換填+鋼管樁注漿加固+空腔回填”的方法進行處理，繼而對仰拱、填充、底板進行施作。在處理過程中，用C25混凝土換填，用Φ108，間距50×50cm的鋼花管作鋼管樁。用C35鋼筋混凝土施作仰拱和地板，用C25混凝土填充。對溶腔未發育到隧底的地段，隧道底部采用正常仰拱、填充通過。

4 結論

①在隧道施工中，須通過先進的探測設備探測溶腔發育狀態、填充物和儲水量，綜合分析溶腔危害，隧道通過溶腔所用的施工方案因溶腔構造而異，切忌一味的套用既定的施工模式。

②采用爆破放水處理溶腔時須提前設計施工方案，現場必須有安全措施，嚴密監控各個環節的施工質量。高壓富水溶腔爆破放水成功的經驗，可為同類型溶腔處理提供經驗和借鑒，也是溶腔處理最直接、最有效的方法，較其他方法節省大量投資。

③由于溶腔發育極不規則，對溶腔的認識仍然有限，對富水充填性溶腔處理的手段和方法，仍待今后在實踐中進一步總結和提高。

[1]汶文釗.宜萬鐵路云霧山隧道溶洞施工技術[J].鐵道標準設計,2010:87-90,128.

[2]薛斌,張民慶.云霧山隧道巖溶發育特征及治理[J].中國工程科學,2009,11(12):61-68.

[3]陳保立.淺析云霧山隧道巖溶水文地質條件[J].資源環境與工程,2005,19(1):41-44.

[4]李穎,鄒麗萍,解振師.云霧山隧道主要地質問題及施工地質實施方案[J].廣東公路交通,2006,增:81-97.

[5]劉汝臣.宜萬鐵路巖溶隧道超前地質預報技術[J].隧道建設,2007,27(2):1-3,35.

[6]楊勃,陳艷茹,樊濤.云霧山巖溶隧道帷幕預注漿加固施工技術[J].公路隧道,2011,2:44-47.