深埋巖溶對(duì)隧道安全影響分析及自治技術(shù)研究.pdf

1、在復(fù)雜巖溶地區(qū)修建長大隧道是一個(gè)世界性的技術(shù)難題。巖溶隧道的設(shè)計(jì)施工中存在一系列的風(fēng)險(xiǎn)和困難：富水高水壓地段的隧道襯砌受力規(guī)律很難把握；施工階段的突水、突泥也對(duì)施工安全和進(jìn)度造成很大威脅；分布于路基面下的巖溶及襯砌外的高水壓都給運(yùn)營安全留下隱患。宜萬鐵路是我國鐵路路網(wǎng)“八縱八橫”主骨架之一，是川漢鐵路(滬-漢-蓉)快速通道的重要組成部分，是百年來建設(shè)的重要通道，是連接我國東中部地區(qū)的重要交通紐帶。宜萬鐵路穿越地區(qū)巖溶非常發(fā)育，巖溶地下水

2、的水位、巖溶洞穴與巖溶管道的高程遠(yuǎn)低于當(dāng)?shù)嘏判够鶞?zhǔn)，使得本區(qū)的隧道工程總體處于深埋和高水壓的大背景，深埋巖溶具有的高隱蔽性、高壓性使得隧道施工非常困難和危險(xiǎn)。
　　論文緊密依托宜萬鐵路八座Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)巖溶隧道中的野三關(guān)、大支坪隧道深入研究深埋巖溶形成的條件、特征及對(duì)隧道施工運(yùn)營的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上提出巖溶處治的原則和技術(shù)，主要研究內(nèi)容和成果如下：
　　(1)從資料調(diào)研和工程實(shí)踐入手研究深部巖溶形成的條件、發(fā)育特點(diǎn)以及涌突水的機(jī)

3、理，提出隧道所處巖溶地下水動(dòng)力剖面分帶位置及構(gòu)造位置決定了隧道巖溶涌水在空間上的分布，并在此基礎(chǔ)上建立了深埋巖溶涌突水模型。通過地表巖溶調(diào)查、示蹤試驗(yàn)等手段對(duì)野三關(guān)隧道巖溶的發(fā)育特征進(jìn)行了研究，分析了野三關(guān)隧道典型巖溶的發(fā)育情況及特征，并對(duì)其突水的地質(zhì)因素進(jìn)行了分析。
　　(2)通過調(diào)研和現(xiàn)場實(shí)踐研究了不同巖溶類型的水壓、溶洞充填物性質(zhì)、溶洞與地表的水力連通性等對(duì)隧道施工的影響，分析了巖溶突水的最可能工序，指出了高壓富水充填溶腔對(duì)

4、隧道施工的危害最大，并分析了隧道與溶洞間巖層破壞的機(jī)理；通過理論和數(shù)值分析提出了巖溶位置、規(guī)模對(duì)隧道施工的影響；提出隧道與溶洞之間的巖層真正能起阻水作用的是其中完整的巖層，隧道與溶洞之間的巖體厚度達(dá)到1倍的隧道直徑時(shí)，溶洞對(duì)隧道圍巖的變形速率影響較小；在經(jīng)驗(yàn)類比、理論分析、數(shù)值試驗(yàn)基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合現(xiàn)場實(shí)踐，提出了巖溶隧道掌子面揭穿溶洞時(shí)的安全巖盤厚度，并將其應(yīng)用于野三關(guān)、大支坪隧道工程實(shí)踐。
　　(3)系統(tǒng)論述了巖溶隧道初始水壓力

5、計(jì)算方法，提出了巖溶隧道襯砌水壓力計(jì)算方法，分析了注漿對(duì)襯砌水壓力及排水量的影響規(guī)律，提出了合理的注漿范圍；并通過完全模擬真實(shí)水土荷載的大型三維模型試驗(yàn)，研究了不同排放條件下襯砌水壓的分布規(guī)律，提出了即使在全排水條件下，隧道襯砌仍承受由于水作用引起的部分水壓力，在全排水情況下完全不考慮水壓力的計(jì)算方法是不安全的。通過對(duì)現(xiàn)場監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析及時(shí)掌握了施工過程中降雨量、溶腔涌水量及典型斷面襯砌的水壓特征，收集了通車后襯砌的水壓極值數(shù)據(jù)，表明襯砌

6、所受水壓不大，低于設(shè)計(jì)值。提出了在長期運(yùn)營中還應(yīng)重視降雨量、排水量的變化與襯砌水壓關(guān)系的研究。
　　(4)在理論一實(shí)踐.再理論.再實(shí)踐的不斷探索中，研究提出了巖溶隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的范圍，提出了巖溶隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)原則；提出了突水防治原則、溶腔處治原則、安全施工原則、環(huán)境保護(hù)原則，提煉總結(jié)出一套系統(tǒng)的巖溶隧道處治技術(shù)；針對(duì)不同類型的巖溶，提出了合理處治各種類型巖溶的措施，為巖溶隧道的安全施工和運(yùn)營提供了保障。
　　(5)提

7、出在巖溶地區(qū)，為了增設(shè)工作面，設(shè)置斜井的風(fēng)險(xiǎn)很大。通過工程實(shí)例說明，斜井將隧道不同含水層連通，造成斜井涌水量很大，給施工帶來很大風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)濟(jì)投入很大。因此，巖溶或含水豐富地層在輔助導(dǎo)坑設(shè)置上，應(yīng)摒棄斜井，而是設(shè)置平導(dǎo)，這在增加工作面、減少排水、降低施工風(fēng)險(xiǎn)方面優(yōu)勢(shì)極為突出。另外對(duì)于侵入隧道的富水巖溶，必須設(shè)置排放通道維持其流動(dòng)體系，并將排放通道與泄水洞形成排水的永久結(jié)構(gòu)體系，確保運(yùn)營的長期安全。
　　(6)野三關(guān)隧道、大支坪隧道地質(zhì)