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宜万铁路不良地质隧道施工管理技术措施宜万铁路不良地质隧道施工管理措施宜万铁路工程地质、水文地质复杂，全线共有隧道113座，总长223km，约占线路总长度近60%，其中长度在3～10km以内的隧道18座，长度大于10km的隧道3座。
隧道穿越地段，岩溶、岩溶水、暗河、岩堆、高地应力、煤系地层和瓦斯、天然气等不良地质普遍，为安全、优质、按期完成宜万铁路建设，现制定不良地质隧道施工管理措施，望各单位遵照执行。
第一章超前地质预测预报1.1超前地质预测预报的作用与意义超前地质预测预报是保证隧道施工安全，以及隧道施工完成后运营安全的一项重要措施，同时，它又是隧道动态设计的主要决策依据，因此，超前地质预测预报工作必须纳入到施工工序管理中。
1.2超前地质预测预报的主要工程宜万铁路白云山隧道、五爪观隧道、王家岭隧道、堡镇隧道、八字岭隧道、野三关隧道、大支坪隧道、云雾山隧道、马鹿箐隧道、齐岳山隧道和别岩槽隧道共11座被列为超前地质预测预报重点隧道。
1.3超前地质预测预报的实施原则1.3.1超前地质预测预报和隧道掘进开挖之间的关系原则是“有疑必探、先探后挖”；超前地质预测预报和隧道基底处理之间的关系原则是“加强探测、强化治理”。
1.3.2根据宜万铁路工程地质与水文地质复杂的特点，为提高超前预报的准确性，超前地质预测预报方案采取五结合原则，即：地表和洞内相结合原则，长距离和近距离相结合原则，宏观控制和微观探测相结合原则，构造探测和水探测相结合原则，地质法、物探与钻探相结合原则。
1.3.3超前地质预测预报必须严格按照预报程序和设计图纸所确定的预报内容采取综合的预测预报技术。
1.4超前地质预测预报的程序和责任分工1.4.1超前地质预测预报基础程序为：设计阶段地质勘察分析→施工阶段超前地质预测预报→确定施工方案→重大不良地质构造的补充勘察分析。
1.4.2设计阶段的地质勘察分析结果是施工阶段超前地质预测预报的依据和基础。
设计单位应根据地表勘察结果提供“隧道工程地质勘察报告”，宏观分析隧道工程的工程地质及水文地质条件，确定洞内施工阶段超前地质预测预报的范围和预报方法。
·隧道/地下工程·收稿日期:20100120作者简介:汶文钊(1970—),男,高级工程师,1995年毕业于西安矿业学院水文地质与工程地质专业。
宜万铁路云雾山隧道溶洞施工技术汶文钊(中铁一局集团有限公司技术研发中心,西安 710054)摘 要:宜万铁路是铁路岩溶隧道施工的宝库,云雾山隧道是宜万铁路的八大风险隧道之一,施工中采用多方位立体式的岩溶溶洞探测手段,在探明溶洞的基础上,严格遵循“以疏为主,堵排结合,因地制宜,综合治理”的原则,选择合理科学的溶洞处理方法,根据岩溶溶洞的发育规模及特征,采用预先处理施工技术或者溶腔揭示后的施工处理技术,降低和排除岩溶隧道溶洞的施工风险,确保了施工安全和工期。
云雾山隧道采用了多种岩溶溶洞的处理技术,可为同类隧道的施工提供借鉴。
关键词:宜万铁路;岩溶隧道;溶洞;探测;施工中图分类号:U 455.49 文献标识码:B 文章编号:10042954(2010)050087041 工程概况1.1 工程简介宜万铁路云雾山隧道全长6640m ,位于湖北恩施州内,隧道最大埋深800m 。
云雾山隧道为双洞单线铁路隧道,其中隧道进口D K 242+084～D K 242+398为三线车站隧道地段,D K 242+398～D K 242+680为双线隧道地段,D K 242+680～D K 242+891为燕尾式隧道地段,其余为单线隧道地段。
线路自进口至出口为连续上坡,纵坡分别为+1‰、+6‰和+14.9‰,在变坡点D K 242+850、D K 244+250处设置R =15000m 的竖曲线。
隧道在进口端设置有1处横洞,横洞口位于D K 242+293线路左侧130m ,出洞坡度为-5‰,横洞长度641m 。
1.2 工程地质及水文地质隧道穿过区主要岩性为灰岩、白云质灰岩、泥质白云岩等可溶岩地层,岩层张节理较发育。
隧道区内发育白果坝暗河、大鱼泉地下河、小鱼泉地下河、恶水溪管道流和洞湾管道流等多条暗河系统。
宜万铁路大支坪隧道高位泄水洞释能降压宜万铁路大直坪隧道存在各种不良地质:薄层、断层破碎带、溶洞、地下河、突水突泥等地质灾害发生率高，施工难度大，安全质量要求高。
论述了在隧道穿越DK132+990溶腔段(以下简称990溶腔段)的施工过程中，采用排水支孔释能减压技术，降低或消除溶腔充填体对主孔的压力，从而成功完成主孔溶腔段的施工。
关键词溶腔隧道排水隧道释能减压1，宜万铁路大治坪隧道工程概况位于湖北省巴东县，全长11.4公里大部分隧道穿越碳酸盐岩地区，潮湿多雨的气候条件是岩溶发育的有利因素，形成丰富多彩的岩溶形态，主要包括石牙、岩溶沟、溶洞、漏斗、天坑、岩溶管道、岩溶裂隙等。
256年11月至1998年11月，一号线主隧道施工成990°溶腔段。
地质超前预报数据和施工显示，溶腔段跨越dk133+005 ~ dk133+030主隧道范围，长达25延米。
1月，XXXX二号线主隧道施工进入990溶腔段。
二号线的溶腔段跨越了从dk132+970到dk132+997的27延米的主隧道范围在主洞溶腔段施工中，全程采用综合地质超前预报技术。
使用的主要先进地质预测方法包括地质雷达、红外找水、地质超前钻探等。
以地质超前预报为主导，确定施工技术方案，指导现场施工1在具体施工方案中，采用了超前管棚、超前预注浆、双钢架初期支护、围岩径向注浆、钢筋注浆、隧道底部加固处理等施工方法，结合围岩监测和量测加强了初期支护和围岩变形的观测在该溶腔段施工期间，分别于4月30日、XXXX、4月30日、XXXX、5月16日发生了三次大规模突水突泥，其间多次发生了不同大小的一般突水突泥。
这些突水突泥事件的发生充分证明了隧道溶腔段的高风险性和复杂性。
同时也表明，由于目前施工和生产技术的局限性以及人们对复杂岩溶的认识，隧道溶腔处理的解决方案和技术仍需逐步完善。
当基于“限量排放、堵排结合”原则的常规施工技术无法实现溶腔段的安全突破，无法保证施工和运营的安全时，无疑需要参与施工的各方进一步解放思想，跳出常规思维，因地制宜地采取其他施工方案来解决问题。
宜万铁路长巴河大桥基础穿越岩溶暗河处理技术?桥梁工程?宜万铁路长巴河大桥基础穿越岩溶暗河处理技术王树国,申志军(铁道部宜万铁路建设指挥部,湖北恩施445000)摘要:宜万铁路长巴河大桥2号墩位于岩溶复杂地区,其下部发育有暗河系统,暗河发育受岩层走向和纵张节理控制明显,造成施工过程中多次遭遇漏浆,塌孔,卡钻,埋钻等现象.为确保跨越暗河体系桩基础施2E.的顺利进行,采取了加深地质钻探锁定暗河发育形态,桩孔移位避开暗河,全程钢护筒跟进基岩面,二级钢护筒跟进,钻孔注浆加固改良地层,并采用反复回填黏土夹片石,混凝土,硫铝酸盐水泥等工艺对漏浆进行处理,冲孔采用小冲程反复冲击成孔工艺进行施工,形成了一套全面的岩溶地区桥梁基础施工技术:关键词:宜万铁路;岩溶;暗河;桥梁基础;施工中图分类号:文献标识码:A文章编号:l004—2954(20l0)08—0175—031工程概况宜万铁路所在区域为我国最典型的岩溶极发育地区之一.广泛出露的寒武系,奥陶系,石炭系,二迭系,三迭系碳酸盐岩地层,约占全线的70%.岩溶极发育,地表岩溶类型齐全,形态各异,主要有溶隙,石芽,岩溶漏斗,落水洞,溶蚀洼地,岩溶槽谷等;地下岩溶洞穴(溶洞,暗河)普遍,规模宏大,局部溶洞特别发育,多具有成群出现,多层分布的特点.长巴河大桥位于中低山区,桥头两侧位于丘坡地段,中间为长巴河河床,该桥斜跨长巴河河谷,河谷宽l00m左右,河内旱季无水,该河尽头伏流,为长巴河暗河入口.2号墩位于河床洼地中,表层为第四系冲洪积层,厚达70ffl,主要为黏土,黏土夹碎石,圆砾土及碎石土层组成;下伏地层为三迭系下统嘉陵江组三段白云岩,微晶灰岩及角砾状灰岩,弱风化,岩溶发育.原基础设计为9+150Cnl钻孔柱桩,施工中根据长巴河大桥2号墩的补充钻探资料揭示,长巴河大桥2号墩下部发育有暗河系统,暗河发育受岩层走向和纵张节理控制明显.下部暗河系统在2号墩下部的发育高程为436～4831TI,暗河发育方向与线路方向基本一致,暗河在2号墩下方的发育宽度为6～9m,分别位于中线两侧3～5m范围内,暗河的发育高度约为47m,暗河内充水,并由NE向SW径流.2号墩地下水发育,上部发育孔隙潜水,受降雨影响较大,雨季时收稿日期:2Olo一06—07作者简介:王树国(1975一),男,工程师,1997年毕业于西南交通大学地下工程与隧道工程专业.铁道标准没计RAILWAYSTANDARDDESIGN2010(8)地下潜水位位于地表以下4～7m;下部暗河发育岩溶管道水,从钻探实测目前水位埋深为58～70rI1,受降雨影响较大,地下水为流动体,暗河揭露后水流略具承压性.经多次研究,变更为承台托梁加6+嵌岩柱桩的方式设计,桩基础纵向桩间距,横向桩间距拉大至,桩基础跨过发育的暗河系统.见图1.图12号墩桩位,暗河平面及地层示意(单位:m)2施工中遇到的问题(1)l_号桩桩底地层发育2个溶洞,1个为充填型溶洞,高约5m,整个桩身要穿过该溶洞;1个为空洞,高约12m,半个桩身穿过该溶洞,如图2所示.1号桩基施工至充填型溶洞顶板以上时,孔内有水涌出,穿越暗河以下至完整基岩处成桩难度较大(2)3号桩采用冲击钻钻至距孔顶66l/l时(距设计桩底高程,孔内突然泄漏,导致塌孔,埋钻.(3)2号桩遇到较大溶洞补浆不及时或漏浆速度过快造成了塌孔.(4)改3号桩距桩底处发育一充填型溶洞,高,为防止击穿溶洞发生漏浆,塌孔,钻至距孑L底时,采用振动锤跟进由6l6mnl钢板制作的钢护筒.继续钻进时,孔内泥浆瞬间全部流失,钢护筒因承受较大的土体侧压力发生变形,最大变形量达到80cm,钻头被卡在距孔底处,打捞钻头难度较大.(5)遇到暗河体系及其他发育的溶腔造成塌孔,地面下陷,经多次回填,对桩孔周边的地层扰动很大,原状地层已遭破坏,桩周摩阻力损失严重.3处理方案(1)1号桩由于穿越暗河以下至完整基岩处成桩175鲞障c1?桥梁工程?王树国,中志军一宜万铁路长巴河大桥基础穿越岩溶暗河处理技术难度较大,同时考虑到穿越暗河将对原暗河体系的影响,将1号桩向线路右侧平移,使1号桩桩底避开暗河系统.同时对1号桩处原承台右侧进行部分加宽处理,对1号桩已成孔部分采用C15混凝土回填处理,如图2,图3所示.,一抛图21号桩地层示意位毛lJ图31号桩移位平面示意(单位:cm)为防止移位后的1号桩穿溶洞时泥浆突然泄漏导致塌孔,采用冲击钻成孔至充填型溶洞顶板以上5m 时,DZJ一150型振动锤辅助下沉钢护筒至孔底,并对钢护筒和孔壁问的间隙进行注浆填充.移位后的1号桩穿过充填型溶洞时,出现泥浆缓慢泄漏现象,采用反复回填黏土夹片石,混凝土,硫铝酸盐水泥等,小冲程反复冲击成孔工艺进行施工,最终顺利成孔.(2)3号桩采用冲击钻钻至距孑L顶66m时(距设计桩底高程,孔内突然泄漏,导致塌孔,埋钻.造成塌孔漏浆的原因为2号墩基础下部暗河系统极为发育,虽经多孔钻探,但由于岩溶发育没有规律,个别岩溶管道,溶槽等无法彻底查清.考虑3号桩钻头埋深66m,钢护简跟进至66Ill处,摩阻及偏斜孔等诸多不确定因素影响,难以实施.并且受现场地形条件限制,大型机械设备无法进入施工现场.护筒跟进实施难度非常大,采用钢护筒跟进,在原位打捞钻头则更困难,实现的可能性小.将3号桩向线路左侧前方外移,同时对3号桩处原承台尺寸进行调整,原3号桩孔采用cl5混凝土回填密实.如图4所示.对3号桩底～处小型空腔先钻孔(注浆孔),注浆管跟进后采用C20细石混凝土填充,要求填满加固密实,再对～处填充型溶腔采用M10水泥砂浆压浆加固密实.(3)鉴于改3号桩发生孑L内泥浆突然泄漏导致钢176『【1图43号桩移位平面示意(单位:om)护筒严重变形,给下步施工带来很大难度.为避免2号桩发生类似情况,2号桩冲击成孔深度至设计桩底20m时,采用DZJ一150型振动锤辅助下沉钢护简.钢护筒底部10m采用壁厚25mm钢板制作,孑L口以下20m采用616mm钢板制作,其余部分采用壁厚20mm 钢板制作.继续钻进深度到9m时,孔内泥浆突然泄漏,多次填筑大量片石,袋装水泥,黄土,碎石均无法钻进,且每次漏浆,若不及时回填均有泥浆流失殆尽之趋势.在不完全了解地下溶洞或暗河,裂隙情况下,反复回填冲击难以短期内见效,决定采用外径为的二级钢护筒跟进至漏浆口附近.为了加强护筒支护强度和刚度,保证二级护筒能承受64m孔深处的侧压力,防止在完全漏浆情况下护筒变形,二级钢护筒底部30m采用625mm钢板制作, 其余部分采用620mm钢板制作,并且在二级钢护筒底部14m范围设[14槽钢加强带,间距50am一道,增加护筒刚度.二级钢护筒下至64m后,孔底灌注1m厚混凝土进行封底,并在两层钢护筒之间采用水泥砂浆灌注密实,如图5所示.护筒顶nl2401}雎浆管=距离孔口535m压水泥浆填水玻璃/.一.一一口~-fL!X,\混凝土封底钢筋混凝土边搭边支护/距离孔口7298n图5二级钢护筒跟进示意(单位:cmJ二级钢护筒加固完成后,采用冲击钻再次冲击,距孔顶64m时,孔内泥浆再次发生泄漏,待泥浆面稳定后,孔内泥浆深度约8m,经潜水员多次下水探摸,找到了溶洞口的位置,并再用棉絮和袋装混凝土成功进行了封堵.(4)改3号桩距桩底处发育一充填型溶洞,铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2010(8)王树国,中志军一宜万铁路长巴河大桥基础穿越岩溶暗河处理技术高,为防止击穿溶洞发生漏浆,塌孔,钻至距孔底时,采用DZJ一150型振动锤跟进由616mm钢板制作的钢护筒.继续钻进时,孔内泥浆瞬间全部流失,钢护筒因承受较大的土体侧压力发生变形,最大变形量达到80cm,钻头被卡在距孔底处.通过孔内摄像,观察到孔底小里程靠线路右侧发育一溶洞,宽约,具体深度未能探测,如图6所示.一疆\底小里程靠右侧发育溶洞,宽约12m图6改3号桩变形钢护筒示意(单位:m)从改3号桩地质资料及揭示的情况分析,桩底溶洞为暗河管道或与暗河连通的岩溶管道.为防止钢护筒变形范围进一步加大,桩孔内采用碎石和机制砂回填至距孔顶20m.回填后采用人工挖孑L,逐级割补法对变形钢护简进行修复,每次修复～.为确保孔内人员施工安全,防止钢护筒发生二次变形,在3号桩桩周1m范围环向设l4根4,1o8mm钢花管进行注浆加固,加固深度至基岩面,浆液为水泥单液浆,注浆压力为～.钢护筒割开后,如果背后为空洞,采用水泥砂浆进行回填,并且等水泥砂浆凝固后才能割除钢护筒.每次割除高度不大于,每处钢护筒割除后,清理,凿除钢护筒背后的杂土或回填的水泥砂浆,采用20mm厚的圆形钢板带进行焊接修补,修补后的钢护筒每隔焊接1道圆形[14槽钢带进行加强.变形钢护筒修复完成后,对钻头进行部分切割提出钻头,对孔底溶洞采用混凝土进行了回填,重新补充泥浆采用钻孔桩工艺顺利成孔.(5)2号墩桩基础位置砂卵石地层覆盖深度达60m,3号桩孔发生坍孔,地表塌陷及1～3号桩孔又经过多次回填,对桩孑L周边的地层扰动很大,原状地层已遭破坏,桩周摩阻力损失严重.为确保桩基的结构安全,并利于l号,2号,3号孔在砂卵石地层的下部成孔,需对1号,2号,3号整个桩身周边范围地层进行注浆加固.注浆范围:l号,2号,3号桩外,深50m.钻孔间距,梅花形布置,孑L径108mm,注浆顺序先外侧后内侧.用注浆泵注浆,注浆压力控制在～,具体压力值由现场试验确定.同时铁道标准设计RAILWAYSTANDARDDESIGN2010(8) ?桥梁工程?承台外2m范围以下7m的土层应采取注浆等措施加固处理,承台底至原地面处基坑采用1:95的水泥土回填处理.4结语长巴河大桥2号墩基础下部岩溶发育极不规律,虽经多次钻探,很难彻底查清岩溶管道的发育情况,对该地层岩溶发育情况认识不充分,施工过程中,进行了多次变更.因此,岩溶地区修筑桥梁桩基时,应对桩位进行详细的地质钻探,尽量避免在岩溶极其发育,地质条件极为复杂的地层上修筑桩基,避免类似情况的发生.(1)墩位选择时,若发现穿越暗河系统,原则上避开暗河,采取调整桥跨避开暗河,施工难度会大大降低,增加费用也会低于处理穿越暗河费用.(2)岩溶地区桩基础设计:对同一基础范围内溶深高差悬殊,各桩受力很不均匀,采用加强桩顶配筋,不能满足短桩受力要求时,以钢护筒穿过顶部岩层调节短桩的嵌固深度,使钢护筒与孔壁之间形成缝隙,人为加长某些桩的自由长度,使各桩的剪力刚度比较接近,从而达到调整各桩顶水平力,改善短桩的受力.穿过溶洞的钻孑L桩,桩底支承的顶板厚度应满足完全由桩底部受力,应不小于3d(d为桩设计直径),且不小于5m;当桩侧累计顶板厚度大于5m时(其中厚度小于1m的岩层顶板不予计入),则桩底可置于顶板厚度不小于且不小于3m的岩层上.(3)在岩溶地区修筑桥梁桩基时,对地质资料进行认真分析,根据不同的地层条件采取切实可行,安全有效的施工方法,并准备好处理岩溶所需的设备和材料,以便桩基施工过程中遇到漏浆,塌孔等情况时,可以立即进行处理.(4)岩溶地区钻孑L桩施工时,现场储备大量的片石,水泥,黏土和碎石,挖掘机随时待命,以便孔内漏浆明显时,立即进行回填,堵塞溶洞,避免因孔内泥浆完全泄漏导致塌孔,埋钻.(5)下沉钢护筒准备工作要充分,快速下沉可以减少孔内浮渣沉淀厚度,减小钢护筒和沉渣之间的摩阻力,否则,钢护筒很难下沉到成~L-fL底位置.(6)在有溶洞,暗河及岩溶管道等极其复杂的地质条件下进行钻孔施工,用钢护筒后跟进可有效防止孔内泥浆突然泄漏导致塌孔,但应根据不同的地质和桩径,采取有效的措施确保钢护筒的刚度.参考文献:[1]铁道第四勘察设计院.长巴河大桥施工设计图[Z].武汉:2004. 『2]张占彪.潘军.典型岩溶地质钻孔桩施工方法『J].铁道标准设计, 2007(8).[3]—2005,铁路桥涵设计基本规范[S]177。
