6宜万铁路齐岳山隧道629高压充水溶腔处理技术

由水压力变化曲线来看，放水试验可分为两个阶段。
第一阶段：2006年9月1日至9月5日，通过钻孔采取以3000m3/h的速度进行放水，在无降雨的条件下，水压力由0.43MPa降低到0.18MPa，之后开始稳定。
第二阶段：2006年9月5日，地表降雨33.1mm，在排水条件下，溶腔内水压力处于缓慢上升。由此来看，溶腔内水量与地表降雨的关联性较好，采取3000m3/h的速度进行放水，很难在短时间内将水压力再继续降下来。于是，9月8日停止放水。停止放水后，水压力迅速上升，随着地表降雨55.3mm，水压力升高到0.68MPa，随后，水压力下降至0.52MPa。
每孔药/kg
小计/kg
1
掏槽眼
0.9
6
4
0.8
4.8
1
1.6
6
6
1.2
7.2
3
2
辅助眼
上部孔1.6m
中部孔1.2m
下部孔0.8m
9
6
1.2
10.8
5
3周边眼104来自0.887
4
底板眼
4
2.5
0.5
2
9
合计
35
32.8
开挖面积/m2
4.981
炮眼密度/(个/m2)
7
预计进尺/m
1.5
单位用药量/(kg/m3)
宜万铁路齐岳山隧道DK363+629高压充水溶腔处理技术
黄鸿健1，张民庆1
（1.铁道部宜万铁路建设指挥部，湖北恩施445000）
摘要：宜万铁路齐岳山隧道进口施工过程中，通过超前钻孔，探测到DK363+629溶腔，溶腔内充填物以清水为主，含少量泥砂，实测水压力0.68MPa，单孔最大涌水量450m3/h。针对该溶腔，先后进行了注浆试验和放水试验。注浆试验表明，在规模较大的充水溶腔中，注浆量难以确定，且会受动水影响，难以达到理想的注浆效果。放水试验表明，由于溶腔水的补给量难以确定，规模较大的溶腔补给量往往较大，因此仅通过钻孔放水是难以在短时间内达到排泄溶腔水的目的，且排水受地表降雨影响很大。在隧道进出口平导贯通后，通过方案比选，利于平导施作泄水支洞，对溶腔实施释能降压，然后爆开揭示溶腔进行观察，使溶腔处理变暗为明，从而可以得到可靠的处理方案。针对该溶腔，释能降压后，对溶腔基底采取换填，对隧道两侧设置护墙，对岩溶水采取引排、限排措施，隧道结构采取加强措施。
图1齐岳山隧道工程地质图
2
2006年5月25日，齐岳山隧道进口正洞施工至DK363+629里程，采用地质钻机进行超前水平钻探。当钻至DK363+631时，由钻孔内射出高压水，实测单孔最大涌水量450m3/h，水压力0.68MPa。随后加强超前钻探，确定隧道前方发育大型高压富水溶腔。溶腔由右上侧向左下侧发育，横向宽度大于80m，在隧道范围内纵向发育长度约12m。溶腔内充填介质主要为清水，含少量泥砂。溶腔型态如图2。溶腔钻孔涌水照片如图3。
3000
0
0.22
2006-9-8 0:00
3000
0
0.27
2006-9-8 12:00
55.3
0.38
2006-9-9 0:00
0
0.52
2006-9-9 12:00
0
0.68
2006-9-10 0:00
0
0.52
根据测试数据汇制放水试验过程的水压力变化曲线，如图4。
图4齐岳山隧道放水试验水压力变化曲线
在现场注浆施工中，当注浆量达到1613m3时，钻孔过程中仍有高压水喷出，这表明，采取注浆措施，难以在短时间内达到有效堵水效果。同时，考虑到溶腔规模较大，采用大量的注浆材料填充富水溶腔造价高，且可能地下动水会对注浆效果产生较大的影响。因此，停止对该溶腔实施注浆堵水处理方案。
3.2
为进一步查明溶腔的水文地质条件，对该溶腔进行了放水试验。
(a)横断面图(b)平面图
图2齐岳山隧道629溶腔型态图
图3齐岳山隧道629溶腔探孔涌水照片
3
3.1
遭遇溶腔后，对溶腔处理方案进行研究，考虑到隧道进口工期压力大，同时，进口反坡施工，排水条件极其困难，因此，确定对溶腔进行注浆试验。
采用普通水泥-水玻璃双液浆对溶腔进行充填注浆试验。水泥-水玻璃双液浆配比为：水泥浆水灰比0.6:1～0.8:1、水泥浆与水玻璃体积比1:0.3～1:0.5、水玻璃浓度35Be’。浆液凝胶时间控制在15sec～30min。
齐岳山隧道主要地质构造为齐岳山背斜、箭竹溪向斜，以及规模较大的断层15条，其主要不良地质有岩溶、岩溶水、断层破碎带、天然气、煤系瓦斯、高地应力和地温等，其中齐岳山背斜和得胜场槽谷区被称为该隧道施工的两大难题。地勘表明，隧道周围主要发育得胜场地下暗河体系、大鱼泉地下河系统、小鱼泉地下河系统。预测隧道正常涌水量17.6万m3/d，最大涌水量74.2万m3/d。其中齐岳山背斜地段正常涌水量3.7万m3/d，最大涌水量17.7万m3/d。
4.4
4.
溶腔爆破揭示于2009年11月25日实施，通过平导采用视频监控现场释能降压照片如图11。
图11629溶腔实施释能降压视频监控照片
4.4
实施释能降压后进入溶腔观察，照片如图12。
图12释能降压后进入溶腔观察照片
针对该溶腔，采取如图13处理措施。
图13溶腔结构处理示意图（单位:cm）
（1）清除溶腔基底松散填充物，采用C30混凝土换填。换填时，按0.6～1m厚从下到上分层浇筑，每层底部纵向设置I18工字钢，横向间距0.5m，并采用φ22mm钢筋焊接，钢筋间距0.5m。
3000
0
0.25
2006-9-4 12:00
3000
0
0.24
2006-9-5 0:00
3000
0
0.21
2006-9-5 12:00
3000
33.1
0.20
2006-9-6 0:00
3000
0
0.18
2006-9-6 12:00
3000
0
0.18
2006-9-7 0:00
3000
0
0.20
2006-9-7 12:00
当水量大时，对溶腔处理影响较大。
方案二
正洞正向掌子面
不需要增加工程量。
(1)反坡排水，影响施工；(2)当水量大时，对溶腔处理影响较大。
方案三
泄水支洞掌子面
采取单独洞室进行排水，利于溶腔处理。
需要增加工程量
通过对三个方案进行比选，考虑到溶腔处理是关键，并且通过平导增加泄水支洞工程量不大，因此，现场采取方案三对溶腔进行释能降压处理。
（2）在隧道右侧边墙外溶腔处施作C25混凝土护墙，护墙顶宽1.5m，底宽4m。
（3）对隧道右侧岩溶水，通过在换填混凝土层中埋设5根φ300mm钢管，将水引排到左侧。为防止钢管堵塞，除在钢管端头设置滤网外，并在右侧设置碎石过滤层。
（4）为保证左侧边墙稳定，在隧道左侧设置2m厚C25混凝土护墙。
（5）在泄水支洞中设置厚2m的C25混凝土挡墙，在挡墙上安装12根φ300mm钢管，并设置阀门，对岩溶水实现限排，限排量为500～1000m3/h。
图5齐岳山隧道629溶腔地段工程地质纵剖面图
4.1.2
溶腔地段水文地质如图6。溶腔主要受地表槽谷洼地降雨补给，地表汇水面积6.1km2。预测溶腔五十年一遇最大涌水量10189m3/h。
图6齐岳山隧道629溶腔地段水文地质图
4.1.3
针对629溶腔，通过注浆试验，难以达到理想的注浆堵水效果。分析溶腔的工程地质及水文地质特征，溶腔处隧道埋深大，地表汇水面积有限，因此，适合于采取释能降压法处理该溶腔。在进出口平导贯通后，对该溶腔实施释能降压法处理。
（6）隧道结构按K1.0MPa抗水压衬砌结构考虑。初期支护采用20cm厚网喷混凝土，内置I18钢架，钢架间距0.5m/榀。二次衬砌采用50cm厚C35防水钢筋混凝土。
5
（1）齐岳山隧道通过超前深孔钻探发现溶腔，之后，相继进行了注浆试验和放水试验，最后通过判释溶腔，采取释能降压技术，从而很好地处理了该溶腔。这种“查找问题→分析问题→现场试验→决策方案→准确实施”的施工模式是解决风险隧道施工难题的最佳模式，通过实施这种模式，解决了工程难题，避免了灾害的发生，值得推广应用。
关键词：宜万铁路；充水溶腔；注浆；释能降压；处理
作者简介：黄鸿健(1962– )，男，山东蓬莱人，教授级高级工程师，主要从事隧道及地下工程施工与管理。地址：湖北省恩施市东风大道503号铁道部宜万铁路建设指挥部，邮编445000，电子信箱hhj201@，电话：13972403548
1
齐岳山隧道是宜万铁路八座Ⅰ级风险隧道之一，隧道全长10528m（DK361+255～DK371+783），隧道最大埋深670m。隧道进口标高1126m，自进口至出口为单面下坡，坡度依次为-13‰（345m）、-15.3‰（9300m）、-6‰（883m）。为保证隧道施工工期，设置贯通平行导坑（隧道左侧30m处）和斜井各一座。
4.2.2
通过平导实施横向泄水支洞，加强超前探测，锁定泄水支洞溶腔边界如图8。
图8溶腔边界锁定（单位:cm）
由锁定的边界来看，溶腔极不规则，掌子面前方溶腔整体发育偏左，掌子面左下方距离溶腔最近距离为2.35m。
4.3
4.3.1
由于溶腔主要以充填水为主，为了减少释能降压时将溶腔壁附着的破碎岩体大量携带出来，因此，在进出口平导贯通后，通过钻孔进行放水，形成低水位，然后再进行释能降压。
(a)修正前掌子面(b)修正后掌子面
图10修正爆破掌子面示意图
4.3.
根据锁定的溶腔型态，利用修正后的爆破掌子面，对溶腔进行精确爆破设计。爆破设计如图10。爆破参数见表3。
图10溶腔爆破设计图（单位:cm）
表3专项精确爆破装药参数表