岩溶隧道主要设计原则探讨.ppt

岩溶隧道主要设计原则探讨 肖广智 铁道部工程管理中心　 2009年9月 引言 岩溶具有发育不规律性和岩溶型态各异性的特点，国内外大规模修建岩溶隧道的实践经验较少，理论研究也较少，因此，岩溶隧道的设计施工没有规范和指南可遵循和参照。宜万铁路全长378km，隧道161座，其长度占全线总长的60%。其中岩溶隧道92座，长247 km，占隧道总长的74%。全线岩溶极其发育，八字岭、野三关、大支坪、云雾山、马鹿箐、金子山、齐岳山、别岩槽等8座长大隧道岩溶发育、暗河众多、地下水丰富，个别工区为反坡施工，施工中极有可能发生大规模突水突泥的地质灾害，风险等级为Ⅰ级。 堰湾一号、堰湾二号、景阳坪等26座岩溶隧道施工中可能出现局部突水、突泥或大型溶腔，风险等级为Ⅱ级。其余岩溶隧道为一般风险隧道。宜万铁路是国内外第一条大规模修建岩溶隧道的铁路，对岩溶隧道的建设理念、设计原则、施工方法和措施进行了有益的探讨和尝试。以下结合宜万铁路岩溶隧道的实践经验，对岩溶隧道建设理念、设计、施工原则等提出一些观点，以供和同行们商榷。 1 勘察和施工地质 在岩溶地区应加深地质勘察工作，对高压富水大断层、深埋富水大型岩溶尽量躲避，不能躲避时尽量通过物探、钻探查清其分布和特征，必要时请当地专家会审。 施工地质是工程勘察阶段工程地质勘探在施工阶段的延续，用以在施工过程中解决勘察阶段所没有或不能解决的工程地质问题。施工地质以超前地质预测预报为主体，以规避大型施工地质灾害为目的。 施工地质应包括以下主要内容：超前地质预报，施工围岩分级和围岩稳定性评价，隧底及周边隐伏岩溶探查，灾害评估、防治工程措施建议等。 施工地质预测预报应包括以下主要内容：地质素描，地震反射波探测、地质雷达探测、红外探测等物探，水平钻探，超长炮孔，洞内外水文监测等。 1.1水平钻探 物探方法只能用于探测掌子面前方或已开挖隧道的隧底及周边的不良地质体，水平钻探可以用一定的外插角和仰、府角，探测隧道围岩一定厚度以外不良地质发育情况，以保证隧道围岩有一定厚度的稳定岩盘，保障施工和运营安全。钻孔数量根据地质复杂和风险级别而定，一般3~6个。 钻孔可以采取取芯和不取芯两种模式钻探。当工程结构需要掌握前方岩性的变化、破碎程度或溶洞充填物的性质时，采用取芯钻探，当为了提高钻探速度，减少掌子面占用时间，在只需要掌握掌子面前方是否存在不良地质异常时，可采用不取芯钻探。 1.2超长炮孔 超长炮孔探测主要是为了弥补超前钻孔的不足而采取的超前预报措施，确保一个施工循环后，掌子面前方和周边有3m左右的稳定岩盘。 主要用来发现其它方法不能发现的小的溶腔和导水通道，据统计宜万线60%以上的溶腔和突水突泥事件，都是超长炮孔提前发前的。 1.3水文监测 对于复杂岩溶隧道来说，岩溶或地下暗河造成的突水突泥是是最主要的安全隐患，因此在施工过程中加强对洞内外的水文监测是施工地质的重要一环。根据宜万铁路工程水文地质特点，对复杂岩溶隧道从洞内、洞外两个方面进行水文监测。 1.3.1洞外水文监测 主要是进行大面积的水文地质调绘，根据调绘所掌握的大气降水、汇水面积、断层的导水特征、岩层的导水性和地下通道的发育特征等，来探索岩溶隧道在不同降雨条件下的水文过程并进行岩溶管道突水模式的隧道峰值涌水量的预测。 马麓箐隧道在发生“1.21”突水事故后，结合大气降水的观测资料和施工中深孔、洞中的水文观测资料综合分析，得出了隧道突水点与“下部充水管道”的关系和涌水量的估计，以及排水带来的环境地质问题，为泄水方案的决策和泄水洞的设计提供了充分的依据。 1.3.2洞内水文地质观测 在施工阶段对洞内的水文地质观测是施工地质的一项主要内容，主要有涌水点的调查、涌水量的观测和水压测试。 通过上述工作，建立复杂岩溶隧道突涌水模式，预测可能发生灾害性的突涌水的时间和空间2]。 2 单线隧道和双线隧道的设置 铁道部“关于印发《铁路隧道设计施工有关标准补充规定》的通知（铁建设〔2007〕88号）”第十一条规定：隧道设计应根据行车组织方式、地质条件、防灾救援、空气动力学效应、工程造价、施工方法以及隧道两端接线条件等因素综合确定采用两个单线隧道或单洞双线隧道方案。一般情况下，新建长度小于10km的隧道可采用单洞双线隧道方案；长度大于等于10km隧道，宜优先采用两个单线隧道方案[1]。 对于一般性的岩溶隧道可按此规定执行，而对于高压富水、岩溶发育强烈的存在大规模突泥突水风险的隧道，如设为双线隧道，施工难度大，安全风险高，一旦施工受阻，将一筹莫展，而采用单线隧道则施工灵活性大，两洞可交替推进，互为救援，互为超前探测。虽然从设计阶段看工程数量和投资较高，但如考虑施工过程中增加的工程量和风险投入全过程计算的话，也可能小。如马鹿箐隧道全长7879m，隧道区发育5条暗河，特别是+978特大