宜万铁路岩溶隧道分类及防治对策

1、,2013年12月,宜万铁路岩溶隧道分类及防治对策,一、概况 二、岩溶分类及处理原则 三、典型岩溶隧道案例分析,宜万铁路岩溶隧道分类及防治对策,目 录,一、概况,1903年7月，四川总督锡良拟就奏折，决定由川人自筹资金修建川汉铁路，并得到光绪皇帝批准。1904年初，川汉铁路总公司在成都设立。1908年11月，詹天佑受命担任川汉铁路宜昌万县段总工程师。1909年12月10日，川汉铁路开工典礼在宜昌隆重举行。,商办川汉铁路开工仪式,一、概况,1911年5月，清政府宣布将干线铁路修筑权收归国有，取消商办，川汉铁路被迫停工。后经军阀连年混战，虽经孙中山、詹天佑、李稷勋等多方努力，仍无复工希望。,上风垭

2、山洞遗址,当时已开通的一段川汉铁路,一、概况,新中国成立后，毛泽东、周恩来等老一辈领导人曾计划修筑川汉铁路，但受当时的财力、技术水平，一直无法修建。直到2001年，国家计委和铁道部把宜万铁路纳入“十五”计划。2002年6月19日，国家计委批准宜万铁路立项。2003年12月1日，宜万铁路开工建设。,宜万铁路东起湖北宜昌，西至重庆万州，全长377公里，为国家i级干线电气化铁路，宜昌东至凉雾段为双线，长288km，设计时速160km，满足开行双层集装箱货运条件；凉雾至万州段为单线，长89km，设计时速120km。,一、概况,一、概况,线路位于云贵高原的东北麓，主要行经在长江与清江的分水岭地带，其地形

3、、地质条件之复杂集西南山区铁路之大成，建设条件之艰、难、险居我国铁路历史之最，特别是隧道揭示的岩溶规模、多样性、突水突泥的风险程度国内外罕见，被称为“世界级难题”。,一、概况,全线共分布隧道159座，总长度338km，其中单线隧道105座，长291km；双线隧道54座，长47km。其中宜昌至凉雾段共134座隧道，总长276km。,一、概况,全线共有岩溶隧道91座，重点的岩溶隧道有五爪观、野三关、大支坪、龙鳞宫、云雾山、马鹿箐和齐岳山。,二、岩溶分类及处理原则,（一）岩溶隧道风险分级 根据岩溶隧道勘察设计成果，分为8座高风险隧道、26座中度风险隧道，其余为低度风险隧道。,二、岩溶分类及处理原则,

4、（二）岩溶分类 岩溶可划分为贫水和富水两大类，贫水岩溶可划分为半充填型和全充填型，富水岩溶分为季节性富水和常年富水。 按照岩溶发育形态，可分为裂隙型、管道型、暗河型、溶洞型和组合型五种。,管道型,二、岩溶分类及处理原则,（二）岩溶分类 岩溶可划分为贫水和富水两大类，贫水岩溶可划分为半充填型和全充填型，富水岩溶分为季节性富水和常年富水。 按照岩溶发育形态，可分为裂隙型、管道型、暗河型、溶洞型和组合型五种。,管道型,二、岩溶分类及处理原则,（二）岩溶分类 岩溶可划分为贫水和富水两大类，贫水岩溶可划分为半充填型和全充填型，富水岩溶分为季节性富水和常年富水。 按照岩溶发育形态，可分为裂隙型、管道型、暗

5、河型、溶洞型和组合型五种。,溶洞型,二、岩溶分类及处理原则,（二）岩溶分类 岩溶可划分为贫水和富水两大类，贫水岩溶可划分为半充填型和全充填型，富水岩溶分为季节性富水和常年富水。 按照岩溶发育形态，可分为裂隙型、管道型、暗河型、溶洞型和组合型五种。,暗河型,二、岩溶分类及处理原则,（二）岩溶分类 岩溶可划分为贫水和富水两大类，贫水岩溶可划分为半充填型和全充填型，富水岩溶分为季节性富水和常年富水。按照岩溶发育形态，可分为裂隙型、管道型、暗河型、溶洞型和组合型五种。,组合型,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 1、半充填贫水岩溶 岩溶洞壁整体稳定性评价 将影响超大型溶洞整体稳定性的因素归纳为

6、溶洞顶板岩层、溶洞形状、溶洞埋深、地下水和地震区域5个控制要素和23个因子，并设定了各因素的权值，并结合宜万铁路工程实践，提出了超大型溶洞整体稳定性的评价体系，当综合分值80时溶洞为整体稳定，当60分值80时溶洞为局部可能发生坍塌，当分值60时溶洞为不稳定，需要加固。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 1、半充填贫水岩溶 洞壁危岩清除及防护,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 1、半充填贫水岩溶 设置稳固可靠的基础：梁跨、桩基、换填、回填、复合地基等 设置安全可靠的隧道结构：双层框架结构等,龙鳞宫隧道超大型溶洞 立柱支顶+双层框架式结构,下村坝隧道超大型溶洞 双向拱型结构,二

7、、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 2、全充填贫水岩溶 分析判断规模、组分、稳定性等 合理地确定隧道超前预加固和预支护措施。,溶洞充填物,超前注浆加固情况,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 2、全充填贫水岩溶 稳固可靠的隧底基础：桩基础、板梁、换填、复合地基等； 安全可靠的隧道结构：加强型衬砌结构。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 3、富水岩溶裂隙 截排裂隙水，消除风险 强支护：预支护、初期支护 结构：考虑水压力,初始为浑水,后变为清水,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 3、富水岩溶裂隙 截排裂隙水，消除风险 强支护：预支护、初期支护 结构：考虑水压力,二

8、、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 4、富水岩溶管道 分季节性富水和长期富水两类，宜遵循“宜疏不宜堵”的原则进行处理，尽量维持其原有的过水通道。 隧道结构采取加强型衬砌。,管道型,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 4、富水岩溶管道 分季节性富水和长期富水两类，宜遵循“宜疏不宜堵”的原则进行处理，尽量维持其原有的过水通道。 隧道结构采取加强型衬砌。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 5、暗河 遵循“截、导、排”的原则，尽量维持其原有的过水通道。 设置可靠的隧底基础和隧道结构。,宜 昌,万 州,五爪观暗河大厅施工现场,二、岩溶分类及处理原则,暗河处理效果图,（三）岩溶处理

9、原则 5、暗河 遵循“截、导、排”的原则，尽量维持其原有的过水通道。 设置可靠的隧底基础和隧道结构。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 6、高压富水溶洞 以水充填为主的，遵循“截、排”原则进行处理，维持原过水通道。 隧道结构考虑水压力作用，采取加强型结构。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 6、高压富水溶洞 以水充填为主的，遵循“截、排”原则进行处理，维持原过水通道。 隧道结构考虑水压力作用，采取加强型结构。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 6、高压富水溶洞 以泥固混合物充填的，排水对环境影响较小，遵循“排、堵”相结合的原则。 隧道结构考虑溶洞充填物的土压力以及

10、水压力，采用抗水压衬砌。 设置稳固可靠的基础：桩基础、注浆、钢管桩、换填等。,二、岩溶分类及处理原则,（三）岩溶处理原则 6、高压富水溶洞 以泥固混合物充填的，排水对环境影响较大，遵循“以堵为主、限量排放”的原则。,三、典型岩溶隧道案例分析,（一）五爪观隧道下穿暗河段 五爪观隧道为两条单线隧道，左线长3531m，右线长3723m，为单面上坡，在线路左侧设置两处横洞；隧道全部穿越可溶岩地层，岩溶、岩溶水十分发育，施工中遇到的主要岩溶为进口下穿暗河段。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、基本情况 该暗河发育在隧道进口段，隧道直接从暗河岩溶大厅中穿越，大厅沿隧道方向长约80m，宽约50m，高60m，堆积

11、体高约45m，常年流水，最大流量达10m3/s。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、基本情况 该暗河发育在隧道进口段，隧道直接从暗河岩溶大厅中穿越，大厅沿隧道方向长约80m，宽约50m，高60m，堆积体高约45m，常年流水，最大流量达10m3/s。,三、典型岩溶隧道案例分析,2、对策措施 遵循“筑渠疏导、注浆加固、加强支护”的原则进行处理。,宜 昌,万 州,五爪观暗河大厅施工现场,三、典型岩溶隧道案例分析,2、对策措施 横洞、清危防护、清渣、筑坝渠导流、注浆、开挖支护。,宜 昌,万 州,五爪观暗河大厅施工现场,三、典型岩溶隧道案例分析,暗河处理典型横断面图,暗河处理平面图,2、对策措施 横洞、清危

12、防护、清渣、筑坝渠导流、注浆、开挖支护。,暗河处理效果图,三、典型岩溶隧道案例分析,2、对策措施 横洞、清危防护、清渣、筑坝渠导流、注浆、开挖支护。,1、地形地貌,（二）野三关隧道“+602”高压富水充填溶洞 野三关隧道长13833m，为全线最长隧道，最大埋深684m，纵坡为人字坡，进口段为燕尾式连拱、小间距隧道，其余段为两条单线隧道，线间距30m。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,1、突水突泥情况 2007年8月5日发生大规模突水，并伴有大量泥沙、块石（最大粒径约2m）涌出，峰值总突水量约15.1万m3、突泥石量约5.35万m3。,三、典型岩溶隧道案例分析,突水突泥摧毁铲车,突水突泥

13、突石,三、典型岩溶隧道案例分析,1、突水突泥情况 突水点附近约200m洞身基本被突出的块石、泥沙充满，距突水点500m处淤积泥沙厚度约3m，最大雍水高度约7m。,突水突泥平面示意图,1、地形地貌,2、工程水文地质条件 “+602” 高压富水充填溶洞发育在两阻水层间的茅口、栖霞组灰岩中，纵向长37m，横向宽大于50m，高大于100m。,“+602”高压富水溶洞平面示意图,三、典型岩溶隧道案例分析,2、工程水文地质条件 溶洞内充填灰岩块石、砂卵石、淤泥及水，块石最大粒径达2m。,三、典型岩溶隧道案例分析,溶洞内的充填物,溶洞一角,1、地形地貌,2、工程水文地质条件 该溶洞通过裂隙、管道与位于隧道以

14、上220m的3号暗河连通，最大涌水量30104m3/h。,野三关隧道地质平面图,地质剖面图,三、典型岩溶隧道案例分析,暗河、突水点关系图,三、典型岩溶隧道案例分析,2、工程水文地质条件 该溶洞通过裂隙、管道与位于隧道以上220m的3号暗河连通，最大涌水量30104m3/h。,1、地形地貌,3、对策措施 原则：按照“释能降压、注浆加固、综合治理”的原则，在左线左侧设长5250m的排水洞、正洞拱顶以上设置高位排水支洞排水减压。 措施：释能降压、注浆加固、加强支护、监测,“602”高压富水溶洞处理平面图,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,3、对策措施 释能降压：在排水洞、排水支洞、右线等部位进

15、行释能降压。,“602”高压富水溶洞处理平面图,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,3、对策措施 在释能降压、确保安全的情况下，对溶洞充填物采取超前注浆加固。,三、典型岩溶隧道案例分析,注浆现场,1、地形地貌,3、对策措施 隧道结构采取加强型复合式衬砌。,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施 结构安全监测：共设置两个断面，监测项目包括水压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、二次衬砌内力。,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施 视频监控：在dk124+829横通道位置设置视频监控，随时掌握排水洞内水量、水质等情况，为及时运营维护提供依据。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,（三）云雾

16、山隧道“+617”高压富水溶洞群 云雾山隧道全长6640m，单面上坡，最大埋深800m，进口段为车站隧道，后过渡为两条单线隧道。隧道穿越白果坝背斜，区内发育白果坝暗河，大鱼泉、小鱼泉、恶水溪和洞湾管道流系统，岩溶十分发育。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,1、基本情况 富水溶洞群在、线均有发育，溶洞相互连通，纵向长度20m60m，水压达0.84mpa。,三、典型岩溶隧道案例分析,溶洞平面图,1、地形地貌,1、基本情况 在超前探测过程中，发生突水涌砂，淹没左线657m，左线1035m。,三、典型岩溶隧道案例分析,超前探孔涌水情况,超前探孔涌出的泥砂,1、地形地貌,2、对策措施 在dk24

17、5+523掌子面实施释能降压。,三、典型岩溶隧道案例分析,释能降压平面示意图,1、地形地貌,2、对策措施 在dk245+523掌子面实施释能降压。,三、典型岩溶隧道案例分析,释能降压后掌子面,释能降压后洞内大块石,1、地形地貌,2、对策措施 为确保长期运营安全，在线路右侧30m设长约2.5km的排水洞截排 “+617”溶洞群岩溶水。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,2、对策措施 隧道结构采取加强型复合式衬砌。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,2、对策措施 结构安全监控：共设置4个断面，监测项目包括水压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、二次衬砌内力。,三、典型岩溶隧道案例分析,1

18、、地形地貌,2、对策措施 视频监控：在高位排水支洞内设置视频监控，随时监测排水洞内水量、水质变化情况，为运营维护提供依据。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,（四）马鹿箐隧道“+978”高压富水充填溶洞 马鹿箐隧道全长7879m，为两条单线隧道，最大埋深660m，纵坡为单面上坡。隧道地处鄂西深山峡谷的清江源头，穿越碳酸盐岩地区，岩溶强烈发育，并处在箐口暗河子系统中，水文地质条件十分复杂。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,1、突水突泥情况 2006年1月21日发生突水、突泥，半个小时内相继淹没正洞和平行导坑，造成突发工程地质灾害。,三、典型岩溶隧道案例分析,平导突水,突水录像,三、

19、典型岩溶隧道案例分析,1、突水突泥情况 总突水量约72104m3，洞内泥沙沉积总量约7万方，淹没出口工区3152m平导和2508m正洞。,1、地形地貌,1、突水突泥情况 在国内铁路行业首次采取地表深孔注浆封堵突水口的抢险救援方法。,深孔注浆封堵示意图,地表深孔钻机,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,2、工程水文地质条件 该溶洞可探长度大于400m，宽大于20m，高大于66m，充填饱水淤泥质粉质黏土夹碎石、块石及孤石，水压1.2mpa，最大涌水量达30104m3/h，溶洞横穿、线隧道，艰险程度和安全风险之大为隧道建设史罕见。,“+978”溶洞平面图,堆积物,岩壁,三、典型岩溶隧道案例分析,

20、2、工程水文地质条件 该大型高压富水溶洞位于鸟腊河、小马滩蝌蚂口暗河系统的径流区。,突水点与暗河示意图,三、典型岩溶隧道案例分析,突水点示意图,三、典型岩溶隧道案例分析,2、工程水文地质条件 该大型高压富水溶洞位于鸟腊河、小马滩蝌蚂口暗河系统的径流区。,1、地形地貌,3、对策措施 原则：遵循“释能降压、注浆加固、综合治理”的原则进行处理。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,3、对策措施 增设排水洞，实施释能降压，消除施工风险。,三、典型岩溶隧道案例分析,1、地形地貌,3、对策措施 释能降压、消除施工风险后，采取超前注浆预加固和超前大管棚预支护。,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施 采

21、取加强型衬砌结构，隧底采取桩基础。,纵断面图,加强型衬砌结构,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施,溶洞处理效果图,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施 结构安全监控：共设置5个断面，监测项目包括水压力、初期支护与二次衬砌间接触压力、二次衬砌内力。,三、典型岩溶隧道案例分析,3、对策措施 视频监控：在iidk255+865横通道和高位排水支洞内设置视频监控，随时监测排水洞内水量、水质变化情况，为运营维护提供依据。,三、典型岩溶隧道案例分析,三、典型岩溶隧道案例分析,枯水期-录像,雨季-录像,3、对策措施 视频监控：在iidk255+865横通道和高位排水支洞内设置视频监控，随时监测排水洞内

22、水量、水质变化情况，为运营维护提供依据。,三、典型岩溶隧道案例分析,（五）齐岳山隧道“+629”高压富水溶洞 齐岳山隧道全长10528m，纵坡为单面下坡，最大埋深670m，隧道出口704m为双线车站隧道，其余为单线隧道，在线路左侧30m设置长10581m的贯通平导，中部设置长752m的有轨运输斜井一座。,1、基本情况 在tsp203、超前长距离探孔等综合超前地质预测预报手段的基础上，并通过开展排水试验、注浆试验，查明溶洞横向发育宽度大于60m,隧道中线位置纵向长度约9m,隧底以下7.1m。,三、典型岩溶隧道案例分析,三、典型岩溶隧道案例分析,1、基本情况 溶洞以充水为主,底部沉积少量泥砂，实测水压力0.68mpa，最大涌水量达25万方/天。,钻孔涌水情况,典型溶洞横断面,三、典型岩溶隧道案例分析,2、对策措施 遵循“排水减压、加强衬砌、综合治理”的原则进行处理。,三、典型岩溶隧道案例分析,2、对策措施 首先在掌子面实施钻孔排水，降低了溶洞内水压力；增设排水支洞精确爆破揭示溶洞