第八章不良和特殊地質地段隧道施工不良地質施工概述

富水斷層破碎圍巖

膨脹性和擠壓性圍巖

黃土地質

巖溶地質

煤系地層

高地應力硬巖(巖爆)地質

隧道施工坍方處理措施

第八章不良和特殊地質地段隧道施工第五節巖溶地質一、巖溶地質的概念、分類及特征概念巖溶(Karst)：可溶性巖石以被水溶解為主的化學溶蝕作用，并伴隨以機械作用而形成溝槽、裂隙、洞穴，以及由于洞頂塌落而使地表產生陷穴等一系列現象和作用的總稱。分類１、按形態及規模大小分類洞穴型巖溶、裂隙型巖溶、管道型巖溶、大型溶洞２、按充填性特征分類充填型巖溶、半充填型巖溶、無充填型巖溶３、按充填物性質分類充填黏土、淤泥、粉細砂、塊石土、礫石、水４、按巖溶涌水量特大涌水－＞10000m3/h－暗河或巖溶管道涌水大量涌水－1000~10000m3/h－巖溶管道涌水中等涌水－100~1000m3/h－脈狀巖溶管道涌水少量涌水－1~100m3/h－脈狀巖溶管道涌水微量涌水－＜1m3/h－巖溶裂隙涌水分類５、按涌水動態變化特征分類水文型巖溶、穩定型巖溶、突發型巖溶６、按地質構造特征分類向斜軸部高壓涌水型巖溶、背斜賦水型巖溶等特征(地貌)地表形態：溶溝、溶槽、石芽、石林、漏斗、落水洞、豎井地下形態：溶蝕裂隙、溶洞、暗河、石鐘乳、石筍、天生橋巖溶地區的特征穿山公園石林石峰武隆芙蓉洞芙蓉洞石簾武隆天生三橋地球上約有15%的地形是喀斯特巖溶地貌，我國境內可溶巖分布面積約占我國國土面積的1/3。其中裸露于地表的碳酸鹽接近國土面積的1/10。如此廣闊的巖溶分布，嚴重影響了交通基礎設施的建設和發展。截止1989年底，我國建成大于３km的隧道63座，其中洞身穿過巖溶地層的有26座，17座位于西南和中南地區。大部分均不同程度地遇到地下巖溶突水的危害，近一半的隧道發生過較大規模的巖溶突涌水災害。二、巖溶突水對隧道施工的影響誘發工程災害和人員傷亡大瑤山隧道、圓梁山隧道、武隆隧道、野三關隧道、南嶺隧道等引起地面塌陷和地表沉降造成水資源減少或枯竭導致水質污染宜萬鐵路魯竹壩2號隧道開挖中遭遇溶洞情況

地面塌陷破壞農田南嶺隧道巖溶地面塌陷泰安車站

巖溶地面塌陷隧道通過巖溶地區時，施工前應根據設計資料并結合施工現場情況，采用綜合超前地質預報，探明溶洞的分布范圍、類型、規模、發育程度、填充物、地下水的情況（有無長期補給來源、雨季有無增長等）及巖層的穩定程度等，按照以疏導為主、堵排結合、因地制宜、綜合治理的原則，分別以“疏導、堵填、注漿加固、跨越、宣泄”等措施進行處理。第八章不良和特殊地質地段隧道施工三、隧道遇到溶洞的處理措施隧道巖溶地段應符合下列規定：(1)施工前應詳細山頂地表水、出水點情況，有條件時采取地表注漿等措施對地表進行必要處理。(2)應提早作好處理巖溶的方案，并準備足夠數量的排水設備和物資。(3)對于巖溶發育地區的隧道，施工中應建立以長距離物探(地震波法)為宏觀控制、鉆探法為主，其他物探方式為輔，紅外線探測連續施測的綜合預報管理體系。(4)開挖方法宜采用臺階法，必要時采用CD法。在II、III級圍巖條件下，且溶洞僅穿過隧道底部一小部分斷面時，可采用全斷面法。(5)爆破開挖時，按“密布眼、少裝藥”的原則進行，遇有滲漏水時應小心施爆。(6)當隧道只有一側遇到溶洞時，應先開挖該側，待支護完成后再開挖另一側。第八章不良和特殊地質地段隧道施工①引排水暗管、涵洞或小橋漿砌片石橋涵渲泄水流遇到暗河或溶洞有水流時，宜排不宜堵。可用暗管、涵洞、小橋等設施渲泄水流將水排出洞外第八章不良和特殊地質地段隧道施工道隧開鑿泄水洞引水也可開鑿泄水洞將水排除洞外。第八章不良和特殊地質地段隧道施工當巖溶水流的位置在隧道頂部或高于隧道頂部時，應在適當距離外，開鑿引水斜洞(或引水槽)將水位降低到隧底標高以下，再行引排。引水槽涵管或小橋混凝土厚0.5~1.0m漿砌石片引水槽(洞)引出或橫向引入消水洞貴昆線梅花山隧道截水溝排水貴昆線巖腳寨隧道第八章不良和特殊地質地段隧道施工②堵填溶洞堵填方法之一漿砌片石混凝土填實對已停止發育、跨徑較小，無水的溶洞，可根據其與隧道相交的位置及其充填情況，采用混凝土、漿砌片石或干砌片石予以回填封閉。第八章不良和特殊地質地段隧道施工溶洞堵填方法之二干砌片石混凝土填實溶洞堵填方法之三漿砌片石第八章不良和特殊地質地段隧道施工當隧道拱頂部有空溶洞時，可視溶洞的巖石破碎程度在溶洞頂部采用錨桿或錨噴網加固，必要時可考慮注漿加固并加設隧道護拱及拱頂回填進行處理。必要時加設錨桿干砌片石壓漿漿砌片石厚1.0m片石、碎石回填密實噴錨加固與漿砌護拱之一第八章不良和特殊地質地段隧道施工必要時加錨桿干砌片石壓漿混凝土套拱噴錨加固與漿砌護拱之二第八章不良和特殊地質地段隧道施工③跨越當隧道一側遇到狹長而較深的溶洞，可加深該側的邊墻基礎通過。漿砌片石混凝土墻基加深邊墻基礎第八章不良和特殊地質地段隧道施工隧道底部遇有較大溶洞并有流水時，可在隧道底部以下砌筑圬工支墻，支承隧道結構，并在支墻內套設涵管引排溶洞水。支墻內套設涵管漿砌片石漿砌片石支墻第八章不良和特殊地質地段隧道施工隧道邊墻部位遇到較大、較深的溶洞，不宜加深邊墻基礎時，可在邊墻部位或隧底以下筑拱跨過。筑拱跨過隧道中線隧底混凝土隧底溶洞填充溶洞第八章不良和特殊地質地段隧道施工當隧道中部及底部遇有深狹的溶洞時，可加強兩邊墻基礎，并根據情況設置橋臺架梁通過。架梁跨過川黔線蝦子梁隧道黔桂線觀音閣隧道黔桂線觀音閣隧道左側邊墻處理貴昆線罵支隧道湘黔線馬旺2號隧道盤西線沙坡隧道第八章不良和特殊地質地段隧道施工④繞行施工在巖溶區施工，個別溶洞處理耗時且困難時，可采取迂回導坑繞過溶洞，繼續進行隧道施工，并同時處理溶洞，以節省時間，加快施工進度。繞行開挖時，應防止洞壁失穩。⑤洞穴充填物處理樁基當溶洞內堆積物不易清除且不流失時，可采用端承樁或摩擦樁加固地基南嶺隧道⑤洞穴充填物處理枝柳線祥秘隧道⑤洞穴充填物處理注漿換填第八章不良和特殊地質地段隧道施工四、溶洞地段隧道施工的注意事項

(1)當施工達到溶洞邊緣，各工序應緊密銜接，支護和襯砌趕前。

(2)施工中注意檢查溶洞頂部，及時處理危石。

(3)在溶洞地段的爆破作業應盡量做到多打眼、打淺眼，并控制爆破藥量且減少對圍巖的擾動。

(4)在溶洞充填體中掘進，如充填物松軟，可用超前支護施工。

(5)溶洞未做出處理方案前，不要將棄渣隨意傾填于溶洞中。第八章不良和特殊地質地段隧道施工五、工程實例——南嶺隧道

南嶺隧道位于京廣鐵路衡(陽)韶(關)段，隧道全長6060.33m，是京廣線第二長的電氣化雙線鐵路隧道，建于1979~1987年，1988年11月投人運營。南嶺隧道采用復合式襯砌和聚乙烯板防水層，軌下道床采用混凝土寬枕板道床，隧道內設人字坡，除進出口段外，隧道其余地段設置雙側水溝、雙側電纜槽和中心水溝。隧道洞身通過5處較大溶蝕洼地,最大埋深不到200m,最淺僅6.5m,一般埋深29~35m,為巖溶淺埋隧道。工程地質、水文地質極為復雜，地下水豐富，地表水與地下水相互串通，雨季洞內總涌水量8.7~11萬m3/d。洞身巖溶發育，斷裂、裂隙交錯，巖溶洞穴串連成網狀分布，溶洞內充填大量軟塑狀黏泥。隧道范圍內巖溶洼地、巖溶漏斗發育，隧道經過橫下垅、茅山里、嶺白塘、生潮垅、下連溪五處溶蝕洼地。隧道地處中亞熱帶季風濕潤氣候區，雨量充沛，汛期雨量集中。在地質構造上南嶺隧道處于五蓋山和騎田嶺兩個剛性地塊之間，應力集中，導致褶皺擠壓強烈，所以連續緊密倒轉疊瓦式褶曲構造屢屢可見，越接近地表，發育越明顯。因受區域地質構造體系的劇烈影響，嶺白塘和生潮垅交界地段發育次生的較大壓性斷裂F1，在F1東側發育一條與F1近似平行的斷裂F2，在F1和F2之間有次生的NE向5條張斷裂，組成了網絡狀構造體系。地質條件隧道區段內巖溶極為發育，大量的漏斗、落水洞、巖溶泉、溶蝕洼地羅布其中，很多呈串珠狀發育。伴隨洞內襯砌及軌下道床的破壞，使地表陷坑進一步發展，由于溶洞內充填物的流失，地表土體失去支撐，在積水的長期浸泡下下陷形成陷坑。雖然經過多次整治，地表坍陷仍不斷發生，且向更大范圍擴展。根據最近調查統計，生潮垅、下連溪段共有陷坑30多處，其中既有舊陷坑復發，也有新陷坑從小到大發展的。巖溶發育情況南嶺隧道自1979年9月開工至1987年11月主體工程竣工的9年期間，據不完全統計共發生大小涌泥24次，其中較大突水涌泥l3次，涌泥量在500m3以上的有10次之多，基本上發生在5個溶蝕洼地，尤以生潮垅、下連溪最為異常，突水涌泥頻率高達每公里11次。突水涌泥導致溶洞內充填物被排空，形成集水空洞，地表水與隧道內完全串通，地表大規模坍陷(共發生50多處)，河床5次斷裂，3次改道。后采用施工注漿堵水、巖溶流塑狀充填泥高壓劈裂注漿、地表深孔充填注漿堵漏等一系列綜合整治技術，才使隧道勝利貫通。施工情況由于隧道施工時對地表陷坑、地下溶洞沒能及時回填處理，滲漏水通道沒有全面封堵和整治，在隧道交付運營后，隧道部分地段漏水一直比較嚴重。在1989年對K1927+290~+330段進行了地表深孔注漿堵水，取得了一定的效果，但防水作用有限。

1991年由于K1927+376處下行道道心冒水，左邊墻多處高壓射水，拱頂嚴重漏水，道碴及砂墊層被沖空，軌枕板吊空。于1992年12月~1993年8月對K1927+265~+290以及K1927+330~+425段進行了地表深孔注漿堵水。隧道病害大修情況除了以上兩次大的整治外，從1993年到1998年共進行了l4次大的整治，投入資金639萬元。整治內容包括：洞內注漿堵漏、增設側溝和盲溝、降低中心水溝、中心水溝修復、地表陷坑封閉回填等。整治方案：高壓劈裂注漿管棚支護法的綜合整治方案，即采用地質預報、巖溶注漿堵水加固、長管棚支護、全封閉復合式襯砌，并處理地表陷坑。(1)地質預探預報采用地表大面積多孔鉆探，進一步查明巖溶分布狀態。利用下導坑超前預報洞內超前鉆孔預探預報施工期間的整治措施斷層裂隙預探預報隧底巖溶預探預報第八章不良和特殊地質地段隧道施工(2)注漿堵水、加固圍巖防止洞頂既有京廣鐵路坍陷，保證運輸暢通的路基注漿加固；斷裂巖溶富水帶施工注漿堵水地表垂直帷幕預注漿加固斷裂巖溶溶洞流塑狀充填泥高壓劈裂注漿加固洞內襯砌淺層注漿堵漏地表深孔充填注漿加固堵漏地表大型陷坑回填封閉注漿等第八章不良和特殊地質地段隧道施工(3)隧道巖溶長管棚超前支護南嶺隧道長管柵支護是為通過由流塑狀牯土充填飽滿的粗大管道和多層網狀巖溶地段而設置的，是與高壓劈裂注漿配套使用的．即在注漿加固溶洞充填泥的基礎上，水平鉆進108mm長35m的鋼管構成管棚支護，鋼管內設置鋼筋籠和灌注漿液。根據監控量測資料，實測的拱腰位移值4.66mm，拱頂下沉值5mm，證明管棚施架后極大地約束了拱部圍巖的變形，成功地跨越了長26m的管道型大溶洞和長30m的斷裂巖溶極發育淺埋區段。第八章不良和特殊地質地段隧道施工

襯砌結構采用全斷面復合式防水堵泥襯砌結構：該結構由三層支護組成，即錨噴網混凝土層＋鋼管鋼架模筑混凝土層＋塑料防水板＋鋼筋混凝土模筑層。其中錨噴網層和鋼管鋼架模筑混凝土層組成外層支護，鋼筋混凝土層為內層支護，仲拱為單層防水鋼曬混凝土，仰拱同邊墻連接縫和施工縫設置塑料止水帶封水。全封閉復合式防水堵泥襯砌的設置，保證了施工安全，有效地封堵了橫下垅等5處強富水區3280m襯砌地段的出水量，防止了隧道開通后水土的大量流失。(4)襯砌結構采用鋼管鋼架支撐作為復合式襯砌的外層支護骨架結構。采用直徑159mm壁厚4.5mm無縫鋼管，間距0.5~1.0m/榀。管內注入Ｃ30水泥砂漿，增加管壁穩定和鋼管支撐的承載能力。從量測結果反映，架立鋼管鋼架支撐后變形速率減緩，拱部外層支護承受了圍巖垂直荷載的93%，有效地約束了圍巖變形。鋼管鋼架支撐復合式襯砌的施工順序巖溶發育區域，注漿、下導坑貫通和管棚施工完畢后，按以下工序施工：上部開挖支護后，進行拱部外層模注混凝土；下部開挖，接長鋼管鋼架支撐，模筑邊墻外層支護混凝土；分段施作隧底鋼筋混凝土仰拱，在設有挖孔樁地段，先施作挖孔樁，再進行底板施工；掛塑料防水板；模筑邊墻內層鋼筋混凝土；模筑拱部內層支護鋼筋混凝土。第八章不良和特殊地質地段隧道施工(5)隧底巖溶整治

1.技術措施隧底以下溶洞深度大于3m的采用鋼筋混凝土挖孔樁基礎隧底以下溶洞深度小于3m的采用換填漿砌片石圬工或鋼筋混凝土條形基礎一股巖溶裂隙隧底采用鋼筋混凝土仰拱封底隧底以下的溶洞灰巖頂板厚度大于6m時采用注漿充填第八章不良和特殊地質地段隧道施工隧底以下的溶洞灰巖頂板厚度小于6m時不作處理；隧底突水溶槽，采用鋼軌混凝土封填，鋪設鋼筋混凝土仰拱，預埋出水管，注漿封堵2.隧底溶槽的特殊加固處理改移河道封堵陷坑，防止地表水通過陷坑、溶槽直貫隧底第八章不良和特殊地質地段隧道施工通過對隧底中心預埋管壓注水泥漿液，隧底突水被堵住，溶巖水害得到根治。(6)地表陷坑處理溶槽底澆灌混凝土封填溶槽，在封填好的溶槽頂面上，灌注鋼筋混凝土仰拱六、工程實例——武隆隧道

(一)工程概況武隆隧道號稱“鐵路修建史上的地質博物館”，工程地質、水文地質條件十分復雜。

溶洞規模巨大

此前國內外最大溶腔長度僅為89m，本隧道溶腔長度210m。如此大規模的暗河溶洞群在隧道建設史上是前所未有的。210m溶腔2#3#涌水量大

此前國內外隧道最大涌水量僅為129萬m3/d，武隆隧道最大涌水量達718萬m3/d，如此大的涌水量在國內外隧道建設史上未見報道。(二)研究的總體思路

首先利用TSP-202超前地質預報系統進行長距離較為準確的超前地質預報；在TSP-202預測資料分析的基礎上，在掌子面距異常區域15m范圍