蒙華鐵路巖溶隧道設計與施工管理

張志明ZHANG Zhi-ming

（川藏鐵路四川有限公司，成都610081）

0 引言

蒙西至華中地區鐵路煤運通道工程（以下簡稱為“蒙華鐵路”）是中國“十二五”規劃綱要中的重大交通基礎設施。蒙華鐵路隧道穿越砂層、黃土、砂泥巖、板巖、花崗巖、灰巖等多種地層以及富水斷層、巖溶、瓦斯、濕陷性黃土、高地應力水平巖層等不良地質，施工難度大、風險高，控制性工程多。蒙華公司在總結多年來鐵路隧道修建經驗和借鑒國內外先進技術的基礎上，遵循隧道工程建設內在規律，結合蒙華鐵路重載技術要求和建設管理機制，通過理論創新、管理創新、技術創新機制，推動隧道設計、施工管理和技術進步，有效解決了隧道建設中一些突出的技術問題。工程安全、質量、工期、投資得到合理有效控制。本文主要介紹蒙華鐵路巖溶隧道設計與施工管理經驗[1]，以期促進隧道技術進步。

1 工程概況

蒙華鐵路湘贛指揮部管段巖溶隧道共計14 座，總長21.84km，主要分布于宜春至新余地區。隧道地質以灰巖為主，巖溶發育，主要形態有巖溶洼地、溶溝、溶槽、溶洞。施工過程中開挖揭示溶洞多達57 個，溶洞主要位于隧道拱頂、拱腰、邊墻、隧底，溶洞類型主要為洞穴型溶腔、管道型溶腔、大型富水充填型溶腔、大型干溶洞等，個別隧道巖溶水極其發育。蒙華鐵路湘贛段巖溶統計見表1。

表1 蒙華鐵路湘贛段巖溶統計表

2 巖溶隧道處理原則

隧道結構簡單、小型巖溶洞穴的處理，根據現場踏勘情況，在四方會議紀要中明確處理措施；巖溶管道、大型溶洞等地質復雜地段應由設計單位牽頭組織補充勘探[2]，施工單位協助完成，查明巖溶發育情況后，設計單位研究處理方案，召開專家評審會，根據專家意見完善方案，其處理措施在四方會議紀要中明確，并要求設計單位出變更設計圖。

3 巖溶隧道設計與施工管理創新要點

3.1 健全施工管理體系、完善現場管理制度

指揮部編制下發了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質預報管理細則》、《蒙西華中鐵路岳陽至吉安段巖溶隧道隧底巖溶探測實施方案》及《蒙華公司湘贛指揮部巖溶處理管理辦法（試行）》，成立了以指揮長為組長的巖溶處理管理領導小組，建立了會勘確認制度、監理旁站制度、抽檢制度、專家咨詢制度。

3.2 建立健全組織機構，加強現場施工管控

指揮部成立了以指揮長為組長，總工程師、分管質量安全的副指揮長為副組長，工程技術部、質量安全部、設計單位負責人、監理單位負責人、施工單位負責人為組員的巖溶處理管理領導小組。施工單位成立了巖溶施工領導小組，監理單位成立了巖溶施工監管領導小組，設計單位成立了巖溶施工配合領導小組，組織機構和人員名單報指揮部工程部核備。

3.3 做實超前地質預報、監控量測，真正指導現場施工[3-4]

湘贛指揮部編制并下發了《蒙西華中鐵路湘贛指揮部超前地質預報管理細則》，明確了指揮部負責地質預報實施細則的審批，并對地質預報工作的實施情況進行監督和檢查。

3.4 發揮參建人員智慧、全面深入方案研究

根據超前地質預報揭示的巖溶，首先施工單位提出建議處理方案[5]，然后指揮部組織四方現場踏勘，設計單位進一步勘察及研究處理方案，根據巖溶分類及復雜程度，分別通過四方會勘、專家評審會等形式分級進行方案確定，群策群力，充分發揮參建人員集體智慧，必要時借助專家的力量。

3.5 加強方案交底培訓、現場嚴格執行方案

施工前，編制巖溶處理專項施工方案，履行相關審批程序，組織施工人員進行交底、培訓，現場嚴格按批準的方案及交底實施，監理單位過程進行旁站監控。

3.6 施工過程動態管理、異常情況及時反饋

充分利用信息化手段，采集必要的施工基礎數據，實現過程跟蹤管理、動態控制，地質條件發生重大變化時，及時將情況反饋指揮部，重新組織評估和方案研究。

3.7 加強施工效果驗證、保證工程施工質量

巖溶處理完成后，由監理單位組織采集鉆探或物探驗證資料，開展效果評價，對注漿量大且地質復雜段落的注漿效果，及時組織召開注漿效果評審會。

3.8 加強施工風險防范、確?，F場施工安全

及時開展巖溶隧道風險評估，制定風險防范措施，及時實施風險防控，建立風險預警機制，從方案決策、管理制度、風險識別、技術應對、風險規避5 個方面進行管理。

4 典型案例

4.1 洞穴型溶腔案例

①無充填或半充填型。

程家坊二號隧道出口開挖至DK1761+311 時，發現拱頂出現一處半填充型溶腔，溶洞大小為7m（環向長）×5m（縱向長）×9m（深度），呈倒漏斗型[6]。

施工中采取的主要措施：將Ⅲb 型復合式襯砌變更為Vc 型復合式襯砌，采用全環H180 格柵鋼架，拱部增設5m長φ42 超前小導管。

②充填型洞穴。

程家坊一號隧道施工到DK1760+613 時，拱頂及邊墻出現一處填充型溶腔，充填物為粉質黏土夾碎石，無水。經探測，溶洞大小為環向長8m×縱向長1m×深度3m。

施工中采取的主要措施：加強變更為Vc 型復合式襯砌，拱部預留混凝土泵送管及Φ50 排水管，待初期支護穩定后對背后進行C20 混凝土及水泥漿保護層回填。DK1761+613 隧道溶洞照片及處治方案見圖1。

圖1 DK1761+613 隧道溶洞處治方案

4.2 管道型溶腔實例

北山一號進口開挖至DK1761+940 時，發現一處直徑約2m 的不規則溶腔，通過探測，溶腔高度為拱頂以上約10m，隧底以下約2m；同時掌子面正前方小型溶槽發育，呈管道狀[7]。

施工中采取的主要措施：襯砌類型增強變更為Vc 復合式襯砌，拱部超前支護變更為Φ89 洞身長管棚；拱頂初期支護背后灌注1～2m 厚C20 混凝土護拱，設置徑向錨桿，錨桿長4m，間距1.5m×1.5m，梅花形布置；預留φ50 注漿管及排水管，待混凝土達到強度后回填1m 厚水泥漿保護層。在護拱背后設置2 根直徑φ400mm 打孔波紋管，隧底波紋管采用土工布包裹，四周用砂夾碎石回填，其余部份采用C20 混凝土回填。DK1761+940 隧道溶洞處治方案圖2。

圖2 DK1761+940 隧道溶洞處治方案

4.3 大型干溶腔實例

北山二號隧道進口開挖至DK1762+816 時，在上臺階發現一大型溶洞，溶洞高約25m，距地表最小垂直距離約30m。溶洞長60m，寬度約15m，隧道在DK1762+816～+822段橫穿溶洞。

施工中采取的主要措施：拱部超前支護變更為φ89洞身長管棚；鋼架由H130 格柵鋼架變更為H150 格柵鋼架；斷面擴大30cm。DK1762+816 溶洞處治方案見圖3。

圖3 DK1762+816 溶洞處治方案

4.4 大型富水充填型溶腔

①掌子面富水溶腔。

彭家嶺二號隧道DK1774+440～DK1774+470 段發育充填型溶洞，填充砂礫土，滲水較好，局部為溶洞空腔，巖溶水豐富。

施工中采取的主要措施：洞身采用5m 超前周邊注漿加固，超前支護采用Φ89 洞身管棚。襯砌類型采用Vc 型復合式襯砌，施工工法采用臺階法，在每級臺階鋼架接頭連接處增設一組鎖腳錨管，長度5m。

②隧底富水溶腔。

隧道施工以來，北山二號隧道出口、彭家嶺二號隧道進口均出現了不同程度的涌水、突水、突泥現象[8]，超前預報揭示隧底出存在多層串柱狀溶洞，且富水。

施工中主要采用的主要措施：Ф89 鋼管樁注漿加固，孔深須鉆至溶洞底板以下1m 以上。

5 結束語

針對蒙華鐵路湘贛段巖溶隧道工程，隧道溶腔采用臺階法開挖，對不同類型的溶腔采用混凝土或注漿回填、超前注漿、超前管棚、預留排水管，加強襯砌結構等方法，有效的解決了施工難點，為隧道施工積累了豐富經驗。有以下幾點體會：

①溶地區的隧道溶洞如果處治不當，會給隧道施工和運營帶來各種問題和危害，因此，在巖溶發育地區進行隧道施工時，一定要進行詳細的超前地質預報，做到有疑必探、先探后挖、不探不挖。

②施工過程中要做到快決策、快到位、快開挖、快支護、快封閉。

③風險控制要認識到位、責任到位、監控單位、獎罰到位、落實到位，并提前做好穿越巖溶溶洞的應急預案，及時進行隧道溶洞加固處理，防止突泥和突水的發生。

④巖溶隧道施工一定要提前配置足夠的排水設施，盡可能避免涌水淹井，進行注漿封堵施工時，嚴格按照注漿工藝要求，達到設計要求。

⑤加強巖溶隧道施工中的管理。建設指揮部在重大技術和施工方案的確定方面，以充分調研和聽取參建各方、有關專家意見為基礎，科學決策，充分發揮建設單位的主導和核心作用。