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1、岩溶地段隧道施工工艺,大纲,岩溶的形态及其发育条件溶洞的类型及其对隧道施工的影响隧道施工中溶洞的处治技术溶洞施工案列（渝怀线圆梁山隧道）,1.岩溶的形态及其发育条件,基本概念：岩溶又称为卡斯特地貌，是指可溶性岩层，如：碳酸盐类岩石以及石膏、岩盐、芒硝等其他可溶性岩石，受到的化学和机械作用产生沟槽、裂缝和空洞以及由于空洞的顶部塌落使地表产生陷落、洼地等现象和作用。,1.岩溶的形态及其发育条件,岩溶的形态:由于溶蚀作用和由此引起的机械冲刷坍陷等作用共的的结果，在地表与地下形成的奇特地形形态有十几种。如：1）溶沟和石芽 2）溶蚀裂隙 3）漏斗 4）溶蚀洼地 5）落水洞 6）坡立谷 7）峰林 8）干谷
2、 9）溶洞 10）暗河,岩溶的形态,岩溶的形态,石芽,岩溶的形态,漏斗,岩溶的形态,溶蚀洼地,岩溶的形态（峰林）,广西英西峰林连绵20公里,雨雾中的张家界天子山,江西仙境三清山,云南石林,岩溶的发育,岩溶的发育条件：1)具有可溶性岩层；2)具有溶解能力（含）和足够流量的水 3)地表水有下渗，地下水有流动的途径。即岩溶的发育必须具备：1)具有可溶性岩石 2)岩石是透水的 3)水必须具有侵蚀性 4)水在岩石中应处于不断的运动状态中,2.溶洞的类型及其对隧道施工的影响,岩溶对隧道工程的影响主要有四个方面：洞害、水害、洞穴充填物突出及坍塌、洞顶地面沉陷。在岩溶地区形成的各种溶蚀形式中，溶洞和暗河对隧道
3、工程影响较为严重。（如：岩溶突水、突泥、顶板溶洞充填物陷落冒顶、底板塌陷）溶洞是以岩溶水的溶蚀为主，间有潜蚀和机械塌陷作用而形成的基本沿水平方向延伸的通道。,溶洞的类型及其对隧道施工的影响,溶洞类型：分为死、活、干、湿、大、小六种。其中死、干、小的溶洞易于处理；而活、湿、大的溶洞处理方法较为复杂。总的来说，隧道施工岩溶问题主要可分为三大类：第一类：隧道施工中的突水、突泥问题 第二类：隧道施工中顶板溶洞充填物陷 落冒顶 第三类：隧道施工中底板塌陷,3.隧道施工中溶洞的处治技术,3.1溶洞施工图片展示3.2施工原则3.3施工方法3.4主要施工材料3.5施工注意事项,3.1溶洞施工图片展示,宜万铁路
4、云雾山隧道,中国中铁一局承担全线级风险隧道之一的雾山隧道位于湖北恩施境内，为一座双线、双洞隧道，隧道线长6640米，线隧道长6682米,最大埋深800米。云雾山隧道施工区域溶管、溶隙、溶腔密布，五条暗河贯穿其中，集突泥突水、天然气、高地应力、地温等多种地质灾害为一体，被中国工程院多位院士和专家称为世界级难题。针对云雾山隧道施工安全风险高的特点，中铁一局在施工中采用了当前国内最先进的地质雷达、TSP203、红外探水、超前钻孔、超前炮孔、地质素描等综合性超前地质预测预报手段。,宜万线别岩槽隧道,宜万铁路建设总指挥部获悉，位于重庆万州区的别岩槽隧道在修建时，遇到一个大溶洞。别岩槽隧道溶洞长约25米、
5、宽约12米、水深达9米，其涌水量达每小时1200立方米。有关专家到现场会诊后，决定在掌子面右侧打迂回导洞跨越暗河。,宜万铁路龙麟宫隧道,施工人员在龙麟宫隧道内施工。龙麟宫隧道全长3420米，是宜万铁路的重点控制性工程之一，最大埋深320米。龙麟宫隧道地质构造复杂，共有大小溶洞近40个，其中DK232+467溶洞和DK231+796溶洞分别被称为1号溶腔和2号溶腔，这两个溶腔施工难度大，对工程进度造成严重影响。,3.2施工原则,施工前应详细了解山顶地表水，出水点的情况，有条件的时候采取地表水注浆等措施对地表进行必要处理。应提早做好处理岩溶方案，并准备足够数量的排水设备和物资。施工中应该建立长距离
6、物探，为宏观控制，以钻探法为主，其他方式为辅。开挖时宜采用台阶法，必要的时候采用CD 法。在、级围岩条件下，且溶洞仅穿过隧道底部一部分断面时，可采用全断面法。,爆破开挖时，按照“密布眼，少装药”原则进行。当隧道只有一侧遇到溶洞时，应该先开挖该侧，待支护完成后再开挖另一侧。,3.3施工方法,在岩溶地段，隧道常用处理溶洞的方法，有“引、堵、越、绕”四种。（1）引：遇到暗河或者溶洞有水时，宜排不宜堵应该在查明水源流向与隧道位置关系后，用暗管、涵管或小桥等设施宣泄水流，或者开凿泄水洞将水排出洞外。当岩溶的位置在隧道的顶部时，在适当位置开凿引水斜洞，将水位降低到隧道底标高以下，再将水引入平导洞排出。,如
7、地表为一溶蚀封闭洼地，则可采用截水沟，泄水暗管，泄水暗管将水引到隧道渗泄区以外。如下图为一隧道地表水截水处理的实例。,当地下水出露在平导另一侧，拱顶上部，或隧道拱顶以上时,可在拱顶以上设渡槽，横跨隧道，将水引至平导一侧由泄水洞排至平导。,当地下水出露在平导另一侧，拱顶至隧底标高，可采用竖向盲沟或在隧道衬砌范围外用浆砌片石拦水墙拦截地下水，当地下水出露较高时用间沟，出露较低时用拦水墙，然后用暗沟或暗管将水引至平导一侧，再由泄水洞排往平导排至洞外。,（2）堵：对于已经停止发育，跨径比较小的无水的溶洞，可以根据其余隧道相交的位置及填充情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石予以回填。或者加强边墙基础，加
8、固隧道底部。当隧道拱顶有溶洞时，可视溶洞岩石的破碎程度在溶洞顶部采用锚杆或钢筋网喷锚加固，必要的时候可以考虑注浆。,溶槽位于隧道拱部,横穿隧道且有水,但溶槽不大,有部份充填物。采用浆砌征石回填封堵拱顶，其宽度至拱脚外2m，并在涌水侧，作竖向暗沟或盲沟，将水引入隧道排水沟,溶洞位于隧道中部或一侧,仍采用浆砌片石封闭,渗水引入隧道排水沟。溶洞隧底部且较小时,仍采用浆砌片石或砼封闭。,隧道穿过溶洞,下部为充填物,拱部以上空洞,可采用加强衬砌,拱顶以上设浆砌片石,浆砌片石以上设干砌片石封闭.如空洞过高,可视岩石破碎程度,对空穴岩壁可进行适当喷锚加固。下图为隧道洞身穿过溶洞充填物,充填物干燥紧密,拱顶为
9、空洞的处理实例.衬砌改为类围岩,曲墙有仰拱,拱部增设钢轨骨架,（3）越:当隧道一侧遇到狭长而较深的溶洞时，可以将强该侧的边墙基础通过。隧道拱底有较大溶洞并有流水时，可在隧道底部以下砌筑圬工承重墙，支撑隧道结构，跨越而过，在承重墙内应该涵管引排溶洞水。隧道过墙部位遇到较大、较深溶洞时，不宜加深边墙基础时，可在边墙部位或隧道以下浇筑拱跨国过。隧道穿过大型溶洞时，情况复杂时可根据情况，采用边墙梁、行车梁等，有设计单位进行特殊设计。,（4）绕：在岩溶地区施工，个别溶洞处理困难且耗时时，可以采用迂回导坑绕过溶洞，继续经行隧道前方的施工，以节省时间，加快施工进度，同时处理溶洞。开挖迂回导坑时，应与溶洞保持
10、一定的距离，以防止溶洞洞壁失稳。,3.4主要施工材料,开挖：炸药、锚杆、钢管、型钢出渣：挖掘机、自卸式卡车支护：锚杆、钢筋网、喷射混凝土衬砌：型钢、模板、混凝土其他：水泥、钢筋、碎石、砂子、外加剂,3.5施工注意事项,当隧道施工达到溶洞边缘时，各工序应该紧密衔接，支护和衬砌超前。同时应该利用探孔或物探作超前预报。施工中应该时时检查洞顶，及时处理危石，当溶洞较大、较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近溶洞顶部附近打入锚杆，并应该设置施工防护架和钢筋防护网。,在溶蚀地段的爆破作业应尽量多打眼、打浅眼，并控制爆破药量，以减少对围岩的扰动，防止在一次爆破后溶洞内的填充物大量进入隧道，或溶洞水突
11、然袭击隧道。在溶洞充填体中掘进，如果充填物松软，可采用超前支护。溶洞在没有做出处理方案时，不要将弃渣随意倾填于溶洞中。不但不能了解溶洞的真实情况，反而会造成更多的麻烦。,4.溶洞施工案列（渝怀线圆梁山隧道）,4.1工程概况4.2处理方案,4.1工程概况,圆梁山隧道DK353+200DK355+400穿越毛坝向斜高压富水区。毛坝向斜南段呈北北东向，北段渐变为北东向，西翼高，东翼低，呈长舟形，南北长65km，东西宽2351m，为一封闭、可溶、不透水的盆状构造，地层岩性主要为灰岩，采用“以堵为主、限量排放”的治水原则。施工揭示，毛坝向斜深部局部地段大型溶蚀裂隙相当发育，岩溶水也非常发育，在隧道穿越的
12、毛坝向斜核部和两翼的二叠系吴家坪组(P2w)和茅口组(Plm)灰岩地层中深部岩溶十分发育，隧道开挖共揭露3个大型充填溶洞即：1号溶洞，范围向斜西翼DK354+255+285充填溶洞；2号溶洞向斜东翼DK354+461+492充填溶洞；3号溶洞向斜东翼正洞DK354+870+920爆喷型突泥溶洞(即DK354+879溶洞)，溶洞垂向发育强烈。3个充填溶洞在施工开挖时，有2个充填溶洞爆发了高压岩溶涌水突泥灾害，尤以2号溶洞处理时间最长，难度最大。在埋深600m以下发育如此大规模溶洞，实属罕见。,圆梁山隧道特殊岩溶段处理（高水压）,4.2处理方案,处理原则：按环境保护要求，应采取“以堵为主”的工程措施。对地下水实施全面封堵，防止溶洞充填物流失，注浆只作为维护施工期间洞室稳定和保证施工安全的措施。设计采用的水压压值为4.5MPa。衬砌结构：根据衬砌结构在高水压条件下的受力特点，采用圆形衬砌断面，其内半径为4.17m。衬砌结构体系由注浆堵水固砂圈、初期支护、防水层(透水垫层)、抗水压结构四部分组成。其中，注浆堵水固砂圈、初期支护主要是承受围岩压力和保证施工安全；防水层(透水垫层)是改善水荷载分布；抗水压结构封堵地下水，承受全水压。承受45MPa水压时，最大弯矩37吨m，轴力2350吨，剪力93吨。故采用C40型钢混凝土衬砌。为防止微裂缝的产生和扩展，衬砌内掺加钢纤维。,
