摘 要：渝怀铁路圆梁山隧道毛坝向斜段高水压富水区的地质条件极其复杂，曾经被认为是隧道修建的禁区。系统介绍了该地段的岩溶发育特征，对地质及岩溶构造进行了分类；采用红外线超前地质预测预报、TSP超前地质预测预报、超前探水孔钻探和地质素描综合判断等先进方法对溶洞的位置、形态以及充填物的状况进行了探测，并作出可靠的预报。在对充填物结构和强度分析的基础上，选择和确定了合理的注浆材料和注浆工艺；分别实施了超前预注浆、隧道围岩径向注浆和衬砌背后补充注浆，并提出了注浆效果的检测和评价方法，以保证注浆加固效果的可靠性。上述措施实施后，取得了非常满意的效果，保证了复杂地质条件下隧道施工的安全。该成果对岩溶地区的隧道修建具有重要的指导作用和参考价值。
关键词：隧道工程 圆梁山隧道 溶洞 地质预报 注浆 管棚
中图分类号：U455.49 文献标识码：A 文章编号；1000-6915(2005)10-1728-07
1 引 言
圆梁山隧道是新建铁路重庆一怀化线最长的隧道，全长11 068m，为全线十大控制工程之首。隧道穿越的毛坝向斜构造区为高水压富水地段，是圆梁山隧道施工中岩溶水防治的重点地段。毛坝向斜高水压区为DK353+200～355+400，总长2200m。毛坝向斜高水压富水区易发生大范围的坍塌和涌水涌砂，若大量排水还将引起岩溶地下水水位大幅度下降，增加居民生产、生活用水的困难：同时还可能造成大面积岩溶塌陷或地面开裂。为避免隧道修建对环境造成过大危害，拟按“以堵为主、限量排放”的原则实施各项工程措施。
毛坝向斜高水压富水区衬砌结构体系由围岩注浆固结圈、初期支护、排水系统和抗水压衬砌结构4个部分组成。其中：围岩注浆固结圈起控制排水量、加强岩体结构性能、承受水压及保护洞室稳定等作用：排水系统是尽量排除通过围岩注浆固结圈的渗透水；抗水压衬砌结构承受因排水系统不畅而产生的水压力。隧道围岩注浆包括超前预注浆、径向注浆和补充注浆3个部分，并且在不同的地质段各有侧重。
在圆梁山隧道毛坝向斜高水压富水区施工时，为保证围岩注浆固结圈的可靠性，在现场超前地质预测预报的基础上，依据揭示的地质结构按施工原则进行注浆施工。
现场注浆施工主要分为3种形式。
(1) 非溶洞区富水地层，其地质构造主要表现为破碎的灰岩，地层中有大量的地下水构造，开挖后可能会造成大量地下水涌出，从而形成危害。
(2) 非溶洞区含裂隙水地层，其地质构造主要表现为较完整的灰岩结构，地层中含有裂隙水，开挖完成后可能使地下水构造体系发生变化，对于毛坝向斜这样极其复杂的地质构造宜采取开挖后径向注浆的加强措施，限流排放标准为45m
3/(m·d)。
(3) 溶洞区段，毛坝向斜揭示出了5个溶洞体构造。即DK354+230～+290溶洞体、PDK354+255一+280溶洞体、PDK354+435～+470溶洞体、DK354+460一+490溶洞体和DK354+879溶洞体，所揭示的溶洞体位置分布纵剖面和平面图分别如图1，2所示。
图1 圆梁山隧道毛坝向斜核部溶洞体位置分布纵剖面图
图2 圆梁山隧道毛坝向斜核部溶洞体位置平面分布图
毛坝向斜区所揭示的溶洞体构造基本上可分成3种类型，即淤泥质溶洞体、粉细砂层溶洞体和硬塑状粘性土溶洞体。这3种类型的溶洞体地质条件差异较大，且由于隧道全断面穿越溶洞体构造，因而应采取不同的注浆加固施工工艺，以取得最佳的注浆加固效果。www.tmgc8.com
2 非溶洞区富水地层超前注浆
在平导PDK353+580断面的超前钻孔探水结果表明，涌水量基本保持平衡，在超前探水孔施工结束后前期开挖过程中涌水量有减少趋势，但不十分明显。这说明涌水补给源较强，短时间内排完的可能性不大，但涌水有逐渐变清趋势。根据地质资料及现场情况可以推断，该透水层可能是断层破碎带，但由于无法判断断面的涌水范围，因而，不能排除开挖后发生大涌水的可能性。现场决定对涌水状况继续观察测试，平导施工至PDK353+590时，停止开挖待方案确定后，进行下一步工作。
平导开挖至PDK353+590，由于涌水量有增大趋势，且施工中出现了原残余炮眼孔冒水现象，随后停止开挖施工。经讨论论证，决定实施全断面超前预注浆堵水。注浆加固范围为开挖轮廓线外3m，注浆材料选用普通水泥-水玻璃双液浆，注浆参数及浆液配比根据现场具体情况确定。由于涌水范围尚未确定，因此注浆设计中将注浆孔设计为一孔两用(注浆孔并探水孔)，达到探水、堵水的目的，并继续对涌水量及水压力进行测试。注浆设计如图3所示。
图3 注浆孔终孔交圈图
按注浆设计图进行注浆施工，注浆完成后进行了开挖。开挖后，实测该溶洞段涌水量为15m
3/h。注浆加固效果较好。其他非溶洞区富水地段也采取了超前堵水注浆施工，注浆施工均取得了较好的效果。
3 非溶洞区含裂隙水地段径向注浆
在平导及正洞一般富水地段，开挖后采取如图4，5所示的径向注浆加固方案进行注浆施工，在平导的径向注浆范围是隧道轮廓线外3 m，正洞的注浆范围则为5 m。实施径向注浆后也取得了较好的注浆加固效果。
图4 平导径向注浆加固设计图
图5 正洞径向注浆加固设计图
4 平导PDK354+255～+280溶洞段施工
4.1 地质预测预报
在圆梁山隧道施工中采取4种地质超前预测预报手段，即红外线超前地质预测预报、TSP超前地质预测预报、超前探水孔钻探和地质素描综合判断。
根据已开挖的地质状况，结合红外线超前探水预测预报、TSP超前地质预测预报及超前探水孔钻探等技术手段，参照设计部门提供的地质资料，并结合大管棚施工、注浆钻孔施工等状况，经综合分析得出：在圆梁山隧道进口端平导里程为PDK354+255-+280地段范围内发育一贯通性强、近EW向，宽12～15m的大型溶洞，内含大量淤泥、砾石，富水。地层岩性为泥岩和灰岩的接触带，岩体破碎、裂隙发育、自稳能力较差。根据地层岩性判断，该段地层可能处于吴家坪组地层向长兴组地层过渡的地段。该溶洞在平导横断面及平面的分布如图6，7所示(图6中1～88为管棚编号)。
图6 溶洞横断面分布图
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图7 溶洞平面分布图
4.2 现场钻孔注浆施工
在探测到溶洞存在后，对于该处大型溶洞及溶洞内填充淤泥质粘土，在具体溶洞范围较难确定的情况下，防止施工过程中发生涌泥应是安全穿越该溶洞的首要问题：其次在穿越过程中强支护手段应是确保安全施工的重要因素。因而针对该大型溶洞，从施工实际出发，宜按“超前长管棚支护，小导管注浆加强”方案进行施作，以达到“安全稳妥，防止突泥”的目的。
鉴于此，决定采取全断面超前预注浆方案，同时扩大注浆加固范围，以达到“固泥堵水、安全施工”的目的。
(1) 后部加固
对已开挖的PDK354+240～+255段采取型钢+喷射混凝土进行初期支护，对已开挖的PDK354+245～+255泥岩段进行小导管径向注浆加固，加固范围为开挖轮廓线外3m，以达到稳固后方的目的。
(2) 大管棚施工
通过管棚进行注浆加固，一则增加管棚支护刚度，二则通过管棚注浆，加固管棚周围淤泥质粘土，形成连续密闭管棚喇叭桶形支护结构，避免或减少施工期间淤泥和岩溶水通过管棚间隙涌入开挖空间形成危害。大管棚安设及注浆施工共注入双液浆4228.8m
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