隧道工程论文隧道论文

隧道工程论文隧道论文

新圆梁山隧道设计方案比选

摘要：本文以渝怀二线铁路圆梁山隧道的线路方案比选为例，阐述了邻近既有线穿越高压富水区岩溶隧道的线路方案比选情况及相关风险介绍，为国内其他长大、复杂隧道设计提供借鉴。

关键词：圆梁山隧道；高压富水；邻近既有线；方案比选；

1、既有圆梁山隧道概况

既有圆梁山隧道全长11070m，是既有渝怀铁路上最长的隧道，控制了从彭水至龙潭整个越岭线路方案。隧道进口位于细沙车站（双线）怀化端，车站伸入隧道949m，出口紧邻炭厂河一号大桥。隧道地处渝、鄂、黔三省市毗连地区，为川东褶皱山地与鄂西山地、贵州高原的接壤带，属中、低山地形；本区河流除细砂河属乌江水系外，其余均属沅江水系。隧道通过二叠系、三叠系、泥盆上统、志留下统、奥陶系、寒武系等多种地层，缺失整个石炭、志留中、上统和泥盆系中、下统。测区内主要发育毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂。毛坝向斜受地质构造影响，存在P2w+c和P1q+m两层承压水，承压水压力高达4.42~4.6Mp。根据地勘资料，预估全隧正常涌水量9.42×104 m3/d，最大涌水量为26.9×104 m3/d。在隧道施工过程中，先后在毛坝向斜和桐麻岭背斜揭示了5个充填型溶洞，其形态各异，充填介质有粉细砂、粉质黏土和黏土多种。受高压、富水、岩溶等诱导因素影

响，隧道施工过程中多次突发了大规模的涌水、涌砂和涌泥灾害，给工程建设造成了极其严重的影响。其中2#溶洞（DK354+460～+495）规模最大、水压最高、充填物为粉细砂层、施工难度最大。2002年9月10日正洞DK354+879发生爆喷性突泥(即"9.10事故")，10月正洞DK354+470处中导坑开始大规模涌水、涌砂。DK354+460～+490、PDK354+430～+515两段处理历时一年多，施工工程中采用了迂回导坑，增设泄水洞泄水降压等措施。

图1 既有园梁山隧道工程地质图

2、隧道主要地质问题

通过对隧区主要工程地质、水文地质的综合分析及既有线施工经验，隧道施工中存在的主要问题是岩溶（高压）涌（突）水、突泥与（软岩）坍方、地应力及变形、岩爆、煤层瓦斯及有害气体。针对本隧特点对岩溶地质问题进行详细介绍，本隧共经过5个溶洞，既有隧道及平导施工时已全部揭示，其中1#、3#、4#、5#溶洞规模相对较小，处理较易，2#溶洞是本隧溶洞施工难题中的“难中之难”。2#溶洞地段是增建二线圆梁山隧道邻近既有线穿越圆梁山的关键控制因素。

2#溶洞特点

①水压高根据既有渝怀Ⅰ线资料，平导PDK354+435～+485段

全水头水压为4.5～5.0MPa。预估隧道通过毛坝向斜区段施工中掌子面上瞬时涌（突）水水头压力: P1m+q层段为3.2MPa，P2w+c层段为

2.9MPa。

②水量大2002年10月22日，既有线施工过程中DK354+475右侧下导坑边墙底发生涌水涌砂，涌水量达1500m3/h，冒水处的涌水浪高最高达1m，至此到2003年11月间此处多次发生涌水涌砂，最大涌水量21×104m3/d。2010年4月现场观测调查隧道进出口均有水常年流出。进口段水量极大，多从泄水洞流出，且夹大量泥砂。据观测资料进口段流量为4.199万方/天（2010-4-15测量）。

③充填介质为粉细砂层粉细砂层颗粒小，常规的注浆材料难以注入，且其中夹杂碎块石，使钻孔极其困难。

④规模宏大2#溶洞溶腔纵向发育Ⅰ线为DK354+460～+495长35m；Ⅱ线利用平导方案为YC1K354+435~+485长50m。溶腔向线路右侧发育，宽度因勘探手段限制，目前右侧边界尚未探明，据物探探测线路右侧80m远处2#溶洞仍存在，左侧发育至既有线左侧50m，基底以下局部发育深度超过30m，溶腔内深度未能完全探明，溶腔上部通道已与地表联通。既有线与新线均从2#溶洞核心区通过。溶腔发育形态如图2所示。

图2 2#溶洞平面展示图

⑤隧道开挖断面大2#溶洞水压大，二次衬砌采用圆形抗水压衬

砌，开挖断面面积超过100m2。

3、新圆梁山隧道线路方案比选

3.1主要线路方案介绍

本线为增建二线铁路，结合既有工程，在多个越岭方案中比选确定了圆梁山隧道越岭方案，在各越岭方案中重点研究了增建二线沿既有线行进，靠近既有圆梁山隧道修建二线圆梁山隧道的3个方案，分别为新建圆梁山隧道方案（YCK）、完全利用圆梁山平导方案（YC1K）、部分利用圆梁山平导方案（YC2K），起点为YCK332+300=YC1K332+300=YC2K332+300,终点为YCK349+800。

3.1.1新建圆梁山隧道方案：

线路在旗号岭隧道出口段即拉开与既有线的间距（进口段与既有线线间距60m，洞身段与既有线线间距80m），新建一座新圆梁山隧道（11.033 km），把既有圆梁山平导作为二线施工时的施工、排水及通风通道。该方案线路全长17.500km，分布隧道4座，隧道总延长16.082km，其中新圆梁山隧道长11.033km。新圆梁山隧道与既有各相关工程关系示意如图3。

新建方案主要岩溶地质问题概述：针对新建方案（部分利用平导方案同）进口二叠系灰岩岩溶发育地段地质问题严重且地质条件不明的情况，于2010年10月至12月间对新建方案YCK338+850～YCK341+490段进行了可控音频大地电磁法（CSAMT）的物探工作，

根据物探结果：YCK339+100～YCK340+100，YCK340+281～YCK340+580，YCK340+700～YCK340+950，YCK341+211～YCK341+490段为Ⅳ、Ⅴ类物探异常区。该方案工程地质、水文地质条件与利用平导扩挖方案类似，但较利用平导方案少了1#溶洞，本隧共4个溶洞。勘探成果如图4所示。

3.1.2完全利用圆梁山平导方案：

增建二线利用旗号岭隧道平导出洞后，跨细沙河大桥，再充分利用既有圆梁山隧道平导（右侧30m）11.167km。该方案线路全长17.530km，分布隧道4座，隧道总延长16.204km，其中新圆梁山隧道长11.167km。

完全利用平导方案主要问题概述：隧道通过地层的岩性及不良地质情况Ⅰ线施工时已完全探明（见隧道主要地质问题）。2#溶洞溶腔纵向发育为YC1K354+435~+485长50m，既有圆梁山隧道及其平导均从高压富水、充填粉细砂层的2#溶洞核心区通过，平导距既有隧道线间距30m，PDK354+430~+515段设计为能承受4.5MPa水压的型钢钢筋混凝土，本线建成已4年，且利用泄水洞进行排水降压，既有线施工注浆范围现目前情况不容乐观，既有线与平导间均为粉细砂层夹碎石，并经过泄水洞长期排水，排水过程中带走大量泥沙，隧道侧向稳定性差，隧道底部及平导底部也为粉细砂层夹碎石，该段拆除后，衬砌施作前，对洞室周边地层改善及初期支护要求极高。如何化解该时段内左侧塌方及隧底涌水突泥的风险、顺利突破2#溶洞，确保隧