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摘要：锦屏二级水电站3#引水隧洞长度约为16.7km，其中计划TBM开挖段长度为13202.5m，TBM隧洞开挖断面为圆形，直径为12.4m。锦屏工程岩溶比较发育，因此在TBM开挖过程中会遇到岩溶洞段，将对TBM施工造成很大的影响。论文详细介绍了锦屏3#引水隧洞TBM安全、快速通过岩溶洞段的施工技术，其研究成果对岩溶区TBM施工具有重要参考价值和指导意义。
关键词：隧道工程；TBM施工；具有岩溶溶洞；施工技术
Abstract: jin screen level 2 hydropower station # 3 diversion tunnel length is about 16.7 km, which planned to length of TBM for excavation 13202.5 m, TBM tunnel excavation section is circular and diameter of 12.4 m. Jin screen karst development project is, so the excavation process TBM will meet YanRongDong section, and will be of TBM construction have a big impact. Paper introduced the jin screen # 3 TBM diversion tunnel safe, fast through the YanRongDong segment of the construction technology, the research achievements in the karst area of TBM construction with the important reference value and significance.
Keywords: tunnel project; TBM construction; Has the karst cave; Construction technology
中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：
溶洞是山区隧洞工程建设中常见的地质灾害之一，我国又是世界上岩溶分布最广的国家之一，仅西南云、贵、桂、包括川、鄂、湘部分低于的岩溶高原就约210Km2，在这些地区修建隧道和引水隧洞均会不同程度的遇到岩溶坍塌和岩溶地下水，给隧道（洞）施工造成了一定的影响，有些甚至造成重大事故[1-2]。在岩溶施工处理方面，过去我们对离地表浅近的溶洞研究较多，随着岩溶区隧道（地下工程）建设的发展，溶洞对隧道影响特征的研究也逐渐得到关注。邹成杰以鲁布革水电站为依托工程[3]，分析了不同洞径的圆形隐伏溶洞对隧道位移的影响，近水平向溶洞对隧道周边位移的影响最为不利。赵明阶、吴梦军以朝东岩隧道为工程背景[2、4]，采用模型试验和数值模拟方法研究了底部、水平和顶部溶洞对隧道围岩位移和应力的影响。史世雍、梅世龙等采用数值方法分析了不同尺度顶部溶洞对夏家庙隧道围岩位移和应力的影响[5]。在岩溶施工处理方面，研究成果较多，但针对TBM施工的岩溶施工处理技术研究鲜见报道[6-8]，是目前亟待解决的课题。因我国TBM施工隧道长度有限，积累的经验还不全面。
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州境内的雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上，属雅砻江梯级开发中的骨干水电站。工程引水系统采用一洞两机布置，共四条引水隧洞，洞线平均长度约16.66km，开挖洞径13m，衬砌后洞径11.8m，纵坡0.365%。上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，为超埋深大洞径长隧洞特大型地下水电工程。锦屏二级水电站引水隧洞1#、3#隧洞采用TBM开挖，虽然在国内外采用TBM掘进的隧洞工程很多，但是对于锦屏这样复杂地质条件下的工程项目在国际上还是首次遇到，根据前期地质勘查资料显示，锦屏工程岩溶比较发育，因此在TBM开挖过程中会遇到岩溶洞段，将对TBM施工造成很大的影响，因此如何保证TBM安全、快速通过岩溶洞段将是整个水电工程急需研究和解决的问题。研究成果对在岩溶区TBM施工具有重要参考价值和指导意义。
1. 锦屏二级引水隧洞群岩溶发育概况
1.1 锦屏二级工程概况
锦屏二级水电站位于四川省凉山州境内的雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上，地理位置见图1所示，地处青藏高原向四川盆地过渡的地貌斜坡地带，锦屏山以近南北向展布与河湾范围内，山势雄厚，重峰叠嶂，沟谷深切，主体山峰高程4000 m以上，最高峰4488 m，最大高差达3000 m以上。锦屏二级水电站为一低闸、长隧洞、高水头、大流量的引水式电站。电站建成后，将供电川渝并参与西电东送，是雅砻江上水头最高，装机规模最大的一座水电站。电站利用锦屏150 km大河弯的天然落差，截弯取直凿洞引水。电站计划安装8台600 MW的水轮发电机组，总装机容量4800 MW，电站额定水头288 m，保证出力1972 MW，多年平均发电量242.3亿 kW•h。该水电站由首部枢纽、引水系统、地下厂房等组成，闸址以上控制流域面积为10.3万km2，闸址处多年平均流量1220 m3/s。引水隧洞洞线为景峰桥-大水沟直线方案，平行布置两条辅助洞及四条引水隧洞。引水隧洞长约16.7 km，断面为圆形，洞径12.4/13m。两条辅助洞横断面皆为城门洞形，A洞断面尺寸为5.5×5.7 m（宽×高），B洞断面尺寸6×6.25 m。同时为解决高压突水问题增设并修改洞径7.2 m圆形施工排水洞。上覆岩体一般埋深1500～2000 m，最大埋深约为2525 m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。
图1 锦屏二级水电站工程地理位置示意图
1.2 锦屏二级引水隧洞群岩溶发育特征
锦屏山属裸露型深切河间高山峡谷岩溶区，主要接受大气降水补给。岩溶化地层中和非岩溶化地层呈NNE走向分布于河间地块，其可溶岩地层主要分布于锦屏山中部，而非可溶岩分布于东西两侧。受NNE向主构造线与横向（NWW、NEE）扭～张扭性断裂交叉网络的影响，构成了河间地块地下水的集水和导水网络。
工程区碳酸盐类地层分布广泛（约占70～80%），区内水量丰沛，河谷地带气候湿热，三级夷平面的存在表明新生代以来地壳抬升活动的过程中有过停歇，具有岩溶发育的地质环境，但由于本区岩石遭受不同程度的区域变质，碳酸岩盐的可溶性有所下降。第四纪以来本区地壳急剧抬升，岩溶溶蚀速率低于地壳的上升速率，侵蚀作用起着重要的控制作用，以致来不及形成广泛的层状岩溶系统。总体环境气候的寒冷也对本区的岩溶发育有重要的影响，地下水处于过饱和状态，减弱了岩溶发育程度；区内较强的岩溶化岩层大多被弱岩溶化岩层或非可溶岩层所包围，抑制了岩溶的发育。这种特殊的自然地理环境和区域地质环境，构成水文地质环境演化的特殊性，使施工排水洞（引水洞）工程区岩溶发育程度总体较弱，典型的岩溶形态较少。
1.3 岩溶水文地质格局
根據工程区岩溶含水层、岩溶水的补给、运移、富集和排泄特点，工程区不同地带的水文地质条件有明显差异，其规律性受地形地貌、地质构造、含水介质类型、岩溶发育及气候条件的控制或影响，据此将大河弯以内对隧洞涌水条件有影响的地区划分为以下4个水文地质条件有所差异的岩溶水文地质单元，即较强岩溶化区（I、II区）、中等岩溶化区（V、VI区）、弱岩溶化区（III、IV区）及非岩溶化区等。
根据华东勘察设计院的有关资料，工程区岩溶发育总体微弱，不存在层状的岩溶系统，1800~2000m高程以上相对较强，该高程以下相对较弱。在高程2000 m以下，岩溶发育较弱并以垂直系统为主，深部岩溶以NNE、NWW向的构造裂隙及其交汇带被溶蚀扩大了的溶蚀裂隙为主。具体而言，东部盐塘组地层岩溶形态为溶隙型，岩溶发育深度已到了雅砻江高程，在隧洞线高程的岩溶发育程度，较长探洞所揭露的有所增强，为中小溶隙介质；西大理岩由于岩溶层组的影响，其岩溶发育程度与盐塘组相似。中部白山组大理岩岩溶发育受两大泉地下水循环深度的控制，在高程1730～1870 m以下岩溶发育微弱，为中、小型的溶蚀裂隙介质。因此，可以认为在施工排水洞高程（1600 m）附近的岩溶形态以溶蚀裂隙为主，溶洞很少，且规模不大，不存在地下暗河及厅堂式大型岩溶形态。
2. 锦屏二级引水隧洞TBM通过溶洞段施工技术
在我国西部山区溶洞发育地段施工隧洞，要根据溶洞的发育特点来采取相应的处理措施，溶洞的形态及分布规律复杂，对隧洞影响程度差异较大，主要是与溶洞的大小、形状、充填情况以及与隧洞的交汇情况等相关。一般情况下溶洞的出现都会伴随着涌水、空洞的发生，同时伴有突泥、突砂等充填物的情况，因此在处理TBM通过溶洞前需要首先处理这些情况。由于TBM采用全断面、全封闭掘进，掘进机机身将开挖断面完全封堵，只能进不能退[9]。所以，小溶洞可顺利通过，如遇到大溶洞，则必须在开挖前进行处理，以免在掘进时发生塌方、下沉或衬砌出现问题。因岩溶问题造成TBM施工困难，甚至严重影响工期的实例已有不少。
2.1溶洞处理
溶洞在掘进过程中既可进行永久处理，又可在掘进中只进行临时处理，后期进行永久处理。根据TBM的施工特点，根据国内大量岩溶隧道施工经验和运营工程中出现的问题，并参照国内外有关岩溶处理的经验，岩溶处理应遵循“确保设备安全、以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。TBM施工的岩溶及岩溶水处理方法见表1所示。
2.1.1 停机处理
对正在穿越的已停止发育的小溶洞，TBM推进一小段距离后停机退至溶洞边缘，对原来被护盾支撑着的部分坍落充填物和溶洞充填物进行部分或全部清除（如需要，可打旁洞辅助施工）。如全部清除，则采用砌石、豆砾石或混凝土等可灌性好的材料进行封堵、回填并压浆加固；如部分清除，则先采取格栅拱架结合喷混凝土或其他临时支护，然后，进行封堵、回填并压浆加固。掘进机通过后，通过钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并用锚杆加固。对位于隧洞底板以下的局部充填的溶洞，根据超前钻探结果，如其边界与隧洞底板的距离小于1倍洞径，则可全部（小溶洞）或部分（中等溶洞）清除充填物，以豆砾石或混凝土支顶加固溶洞顶板，或先进行注浆加固，待掘进机通过后，通过钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。如在隧洞1倍洞径以外、2倍洞径以内的充填溶洞，则在掘进机通过后进行后期高压固结灌浆加固。
有充填的大型溶洞，可根据掘进机上的超前钻探设备进行全洞超前注浆处理，以防掘进机经过时充填物塌落或下沉，待掘进机通过后，通过管片回填孔或者钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。对空的或少量充填的大型溶洞，填塞或加固工程较大，如有建基条件，可采取梁、拱或以桥型基础架设渡槽、箱涵跨越措施，如地质情况复杂，其他方法亦难以处理，可局部改线绕开溶洞。
2.1.2 先临时处理后永久加固
为减小局部下沉量，避免产生其他施工缺陷，对于双护盾TBM可预制带螺栓孔的特型管片，安装时，在接缝处用“香蕉式”螺栓进行连接，也可在整个溶洞段用型钢或其他钢结构在纵缝处进行纵向整体连接，对于开敞式TBM可直接采用混凝土回填溶洞，后期通过管片回填孔或者重新造孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。
2.1.3 溶洞水处理
对于岩溶水或暗河水，处理难度和施工风险都非常大。建议处理原则：以排为主，以堵为辅，排堵结合，涌水量较大、TBM无法掘进时，应进行超前预注浆，加固地层、封堵涌水并根据实际情况引排地下水。排水建筑物可采用排水沟、涵洞或泄水洞等；堵可采用超前预灌浆措施，通过溶洞后，采用固结灌浆堵水。对岩溶水的处理，通常是与对溶洞的处理联系在一起的。岩溶水是以不同形式的岩溶管道、溶洞或暗河为运移通道的。所以，在治理岩溶水的同时，应以溶洞的处理为主体，并根据不同的溶洞规模采取不通的处理方法。
表1TBM施工的岩溶及岩溶水处理方法
溶洞规模 处理方法
中小溶洞 （1） 岩溶及地下水预报，查明溶洞大小、位置、充填情况及是否含水等；
（2） 根据岩溶及地下水预报结果，TBM掘进至溶洞边缘时，技术人员通过检修孔进一步查明溶洞情况；
（3） 对充填溶洞，可采用TBM空载运转的办法将充填物挖出；
（4） 对可能发生涌水或突泥的溶洞，采取封、堵、排相结合的措施；
（5） 对空溶洞，采取填堵措施。
大溶洞 （1） 对开挖面上部大溶洞，采用锚杆+槽钢系统为支座的半环钢支撑。
（2） 对隧洞底部大溶洞，TBM机头通过有危险时，在溶洞两侧岩石锚杆加固，在隧洞两侧边线用槽钢拼焊一对组合桁架梁，两端与锚杆联接，以桁架为支撑架设环形钢支撑，支撑环上面辅设防护层，两侧边墙钢筋混凝土衬砌。
（3） 若溶洞太大，前两种方案都能满足要求时，则采取迂回导坑通过，从隧洞侧面或上方对溶洞进行处理。鉴于目前的勘探技术尚不能满足对TBM前方溶洞进行准确探测的现状，建议在溶洞非常发育地段采用钻爆法施工、然后TBM通过该段更为适宜。
2.2 岩溶隧洞施工注意事项
隧道通过可溶岩地段，必须施作超前地质预报，进行地质预测。隧道通过可溶岩地段， 施工中若揭示溶洞、溶腔，应加强安全防护措施，并查明其性质、形态及与隧道的关系，不得贸然掘进，不得随意回填：并应及时停机，及时汇报情况，以便处理。施工前，应针对隧道工程特点对参建人员进行各项安全生产作业培训，开展涌水、突泥应急处理和事故抢险演练，参建人员必须经考核合格方可上岗。岩溶隧道施工中，必须设立专职安全员，负责全隧道安全风险识别，负责预警系统和应急照明系统开启。岩溶隧道施工中，洞内必须配备逃生工具，逃生工具包括逃生车辆、救生衣、救生爬梯等。建立应急疏散工系统，如；应急疏散标志标识最佳逃生路线、应急照明等，并配备相关救援设备、设施等。建立各工区间及其与洞外生产组织调度中心的通信，保证通信畅通。施工中应加强对突水、突泥现象征兆的监测，当预测有突水、突泥征兆时，应及时组织相关工区人员及机械设备撤离。施工中根据开挖揭示岩溶发育情况，现场确定施工方法及整治措施。
岩溶是岩溶发育地区隧道施工过程中～种常见的不良地质现象，必须加强超前地质预测预报工作，并及时分析、处理量测数据，为施工支护参数提供科学依据，在此基础上采取因地制宜的岩溶处理措施，以便安全、顺利地通过溶洞段。
3. 应用实例
2010年4月24日凌晨3点20分，3#引水洞TBM在掘进至桩号引（3）11+400位置附近时，刀盘前部突发涌水，同时在刀盘左侧撑靴位置发现一条断面为1.5m×2m的溶洞，向下延伸至刀盤底部，顶部还有一条断面约为1.5m×2m的溶洞斜向上延伸，延伸距离不详，溶洞图见图2和图3所示。为避免设备长时间浸泡在水中而造成主轴承内部进水，各方同意TBM缓慢向前探索性掘进，掘进30-50cm即可停机检查刀盘前部情况，第二日上午，溶洞已经出露指形护盾，业主、监理、设计、设备商和承包商相关人员对现场进行了查看，并及时的制定了TBM通过溶洞的处理措施，初步措施有两种，具体如下。
图2 撑靴位置溶洞（向刀盘下部发展）图3侧墙顶部溶洞
3.1 模注回填混凝土方案
根据现场溶腔位置正好处于撑靴通过的范围，为保证撑靴安全通过，需要将撑靴位置的溶腔回填，具体回填方式是：利用TBM钻机或者手风钻在溶腔周围钻若干孔，安装涨壳式中空预应力注浆锚杆，同时在溶腔部位铺设钢模板，在安装锚杆部位预留空洞，利用锚杆将钢模板固定，封闭溶腔底部，利用L1区域手动喷混系统直接往溶腔处回填混凝土。
3.2 喷射混凝土回填方案
根据现场情况，由于底部涌水，加上钻机钻孔范围有限，缺乏支立模板的空间，因此可利用L1区域手动喷射混凝土系统对溶洞空腔进行回填，具体回填方式是，分多次喷射，每次喷射厚度为20~30cm，然后待凝混凝土2小时，在分层回填，如此反复，直到填满空腔位置，其中重点回填撑靴位置，以保证撑靴通过为主，后期剩余溶腔的详细处理措施将再另行讨论。
另外溶洞穿过TBM开挖底部边界，影响后支撑的通过，采取在后支撑能够作用到的溶腔位置回填大块石渣，以保证后支撑安全着地，顺利通过。并且在TBM通过过程中时刻注意TBM掘进参数，确保TBM安全稳妥的通过。
考虑溶洞发育情况及施工进度要求，采用方案二将会耗费大量处理时间，最终采取回填混凝土先保证了TBM顺利通过该溶洞区域，待TBM通过后再采用回填灌浆。
4. 结 论
就TBM施工而言，对小于隧洞断面30%的中小溶洞，无论其与隧洞的接触形式如何，處理起来都较容易，主要的处理方法有：用地质雷达或超前钻探查明溶洞的大小、位置、含水和充填情况；根据所了解的地质情况，对可能发生的涌水或泥流进行封、堵、排；填堵溶洞，
而对大于隧洞断面30%的大溶洞，只能从后盾后面的隧洞侧部打一通向前方溶洞的通道，才能进行处理。若每遇一个大溶洞都要如此处理，势必严重影响工程进度。
目前的勘探技术还不能为TBM提供一个全面准确的溶洞分布图，而在掘进过程中遇到的复杂情况是难以预料的，因此，在溶洞非常发育的地段采用钻爆法较TBM施工法更为适宜。
参考文献：
[1] 宋战平．隐伏溶洞对隧道围岩－支护结构稳定性的影响研究[D]．西安：西安理工大学,2006．
[2] 赵明阶.隧道顶部岩溶对围岩稳定性影响的数值分析.岩土力学，2003，24（3）：445～449
[3] 邹成杰. 鲁布革电站引水隧洞的岩溶发育特征及其工程意义.中国岩溶，1991（1）12(5)：715～719
[4] 吴梦军,许锡宾,刘绪华等.岩溶对公路隧道围岩稳定性的影响研究，地下空间，2003，23（1）：59～62
[5] 史世雍，梅世龙，杨志刚.隧道顶部溶洞对围岩稳定性的影响分析.地下空间与工程学报,2005，1(5)：698～702
[6] 贺逵僧.掘进机法和钻爆法在隧洞施工中的应用—介绍瑞典的经验[J].水力发电,1991(03)
[7] 吴成三.国外应用隧道掘进机的经验及体会[J].铁道工程学报,1993(01)
[8] 龚秋明,赵坚,张喜虎.岩石隧道掘进机的施工预测模型[J].岩石力学与工程学报,2004(S2)
[9] 龚秋明,佘祺锐,侯哲生等.高地应力作用下大理岩岩体的TBM掘进试验研究[J].岩石力学与工程学报,2010(12)
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：隧道工程；TBM施工；具有岩溶溶洞；施工技术
Abstract: jin screen level 2 hydropower station # 3 diversion tunnel length is about 16.7 km, which planned to length of TBM for excavation 13202.5 m, TBM tunnel excavation section is circular and diameter of 12.4 m. Jin screen karst development project is, so the excavation process TBM will meet YanRongDong section, and will be of TBM construction have a big impact. Paper introduced the jin screen # 3 TBM diversion tunnel safe, fast through the YanRongDong segment of the construction technology, the research achievements in the karst area of TBM construction with the important reference value and significance.
Keywords: tunnel project; TBM construction; Has the karst cave; Construction technology
中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：
溶洞是山区隧洞工程建设中常见的地质灾害之一，我国又是世界上岩溶分布最广的国家之一，仅西南云、贵、桂、包括川、鄂、湘部分低于的岩溶高原就约210Km2，在这些地区修建隧道和引水隧洞均会不同程度的遇到岩溶坍塌和岩溶地下水，给隧道（洞）施工造成了一定的影响，有些甚至造成重大事故[1-2]。在岩溶施工处理方面，过去我们对离地表浅近的溶洞研究较多，随着岩溶区隧道（地下工程）建设的发展，溶洞对隧道影响特征的研究也逐渐得到关注。邹成杰以鲁布革水电站为依托工程[3]，分析了不同洞径的圆形隐伏溶洞对隧道位移的影响，近水平向溶洞对隧道周边位移的影响最为不利。赵明阶、吴梦军以朝东岩隧道为工程背景[2、4]，采用模型试验和数值模拟方法研究了底部、水平和顶部溶洞对隧道围岩位移和应力的影响。史世雍、梅世龙等采用数值方法分析了不同尺度顶部溶洞对夏家庙隧道围岩位移和应力的影响[5]。在岩溶施工处理方面，研究成果较多，但针对TBM施工的岩溶施工处理技术研究鲜见报道[6-8]，是目前亟待解决的课题。因我国TBM施工隧道长度有限，积累的经验还不全面。
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州境内的雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上，属雅砻江梯级开发中的骨干水电站。工程引水系统采用一洞两机布置，共四条引水隧洞，洞线平均长度约16.66km，开挖洞径13m，衬砌后洞径11.8m，纵坡0.365%。上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，为超埋深大洞径长隧洞特大型地下水电工程。锦屏二级水电站引水隧洞1#、3#隧洞采用TBM开挖，虽然在国内外采用TBM掘进的隧洞工程很多，但是对于锦屏这样复杂地质条件下的工程项目在国际上还是首次遇到，根据前期地质勘查资料显示，锦屏工程岩溶比较发育，因此在TBM开挖过程中会遇到岩溶洞段，将对TBM施工造成很大的影响，因此如何保证TBM安全、快速通过岩溶洞段将是整个水电工程急需研究和解决的问题。研究成果对在岩溶区TBM施工具有重要参考价值和指导意义。
1. 锦屏二级引水隧洞群岩溶发育概况
1.1 锦屏二级工程概况
锦屏二级水电站位于四川省凉山州境内的雅砻江锦屏大河弯处雅砻江干流上，地理位置见图1所示，地处青藏高原向四川盆地过渡的地貌斜坡地带，锦屏山以近南北向展布与河湾范围内，山势雄厚，重峰叠嶂，沟谷深切，主体山峰高程4000 m以上，最高峰4488 m，最大高差达3000 m以上。锦屏二级水电站为一低闸、长隧洞、高水头、大流量的引水式电站。电站建成后，将供电川渝并参与西电东送，是雅砻江上水头最高，装机规模最大的一座水电站。电站利用锦屏150 km大河弯的天然落差，截弯取直凿洞引水。电站计划安装8台600 MW的水轮发电机组，总装机容量4800 MW，电站额定水头288 m，保证出力1972 MW，多年平均发电量242.3亿 kW•h。该水电站由首部枢纽、引水系统、地下厂房等组成，闸址以上控制流域面积为10.3万km2，闸址处多年平均流量1220 m3/s。引水隧洞洞线为景峰桥-大水沟直线方案，平行布置两条辅助洞及四条引水隧洞。引水隧洞长约16.7 km，断面为圆形，洞径12.4/13m。两条辅助洞横断面皆为城门洞形，A洞断面尺寸为5.5×5.7 m（宽×高），B洞断面尺寸6×6.25 m。同时为解决高压突水问题增设并修改洞径7.2 m圆形施工排水洞。上覆岩体一般埋深1500～2000 m，最大埋深约为2525 m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。
图1 锦屏二级水电站工程地理位置示意图
1.2 锦屏二级引水隧洞群岩溶发育特征
锦屏山属裸露型深切河间高山峡谷岩溶区，主要接受大气降水补给。岩溶化地层中和非岩溶化地层呈NNE走向分布于河间地块，其可溶岩地层主要分布于锦屏山中部，而非可溶岩分布于东西两侧。受NNE向主构造线与横向（NWW、NEE）扭～张扭性断裂交叉网络的影响，构成了河间地块地下水的集水和导水网络。
工程区碳酸盐类地层分布广泛（约占70～80%），区内水量丰沛，河谷地带气候湿热，三级夷平面的存在表明新生代以来地壳抬升活动的过程中有过停歇，具有岩溶发育的地质环境，但由于本区岩石遭受不同程度的区域变质，碳酸岩盐的可溶性有所下降。第四纪以来本区地壳急剧抬升，岩溶溶蚀速率低于地壳的上升速率，侵蚀作用起着重要的控制作用，以致来不及形成广泛的层状岩溶系统。总体环境气候的寒冷也对本区的岩溶发育有重要的影响，地下水处于过饱和状态，减弱了岩溶发育程度；区内较强的岩溶化岩层大多被弱岩溶化岩层或非可溶岩层所包围，抑制了岩溶的发育。这种特殊的自然地理环境和区域地质环境，构成水文地质环境演化的特殊性，使施工排水洞（引水洞）工程区岩溶发育程度总体较弱，典型的岩溶形态较少。
1.3 岩溶水文地质格局
根據工程区岩溶含水层、岩溶水的补给、运移、富集和排泄特点，工程区不同地带的水文地质条件有明显差异，其规律性受地形地貌、地质构造、含水介质类型、岩溶发育及气候条件的控制或影响，据此将大河弯以内对隧洞涌水条件有影响的地区划分为以下4个水文地质条件有所差异的岩溶水文地质单元，即较强岩溶化区（I、II区）、中等岩溶化区（V、VI区）、弱岩溶化区（III、IV区）及非岩溶化区等。
根据华东勘察设计院的有关资料，工程区岩溶发育总体微弱，不存在层状的岩溶系统，1800~2000m高程以上相对较强，该高程以下相对较弱。在高程2000 m以下，岩溶发育较弱并以垂直系统为主，深部岩溶以NNE、NWW向的构造裂隙及其交汇带被溶蚀扩大了的溶蚀裂隙为主。具体而言，东部盐塘组地层岩溶形态为溶隙型，岩溶发育深度已到了雅砻江高程，在隧洞线高程的岩溶发育程度，较长探洞所揭露的有所增强，为中小溶隙介质；西大理岩由于岩溶层组的影响，其岩溶发育程度与盐塘组相似。中部白山组大理岩岩溶发育受两大泉地下水循环深度的控制，在高程1730～1870 m以下岩溶发育微弱，为中、小型的溶蚀裂隙介质。因此，可以认为在施工排水洞高程（1600 m）附近的岩溶形态以溶蚀裂隙为主，溶洞很少，且规模不大，不存在地下暗河及厅堂式大型岩溶形态。
2. 锦屏二级引水隧洞TBM通过溶洞段施工技术
在我国西部山区溶洞发育地段施工隧洞，要根据溶洞的发育特点来采取相应的处理措施，溶洞的形态及分布规律复杂，对隧洞影响程度差异较大，主要是与溶洞的大小、形状、充填情况以及与隧洞的交汇情况等相关。一般情况下溶洞的出现都会伴随着涌水、空洞的发生，同时伴有突泥、突砂等充填物的情况，因此在处理TBM通过溶洞前需要首先处理这些情况。由于TBM采用全断面、全封闭掘进，掘进机机身将开挖断面完全封堵，只能进不能退[9]。所以，小溶洞可顺利通过，如遇到大溶洞，则必须在开挖前进行处理，以免在掘进时发生塌方、下沉或衬砌出现问题。因岩溶问题造成TBM施工困难，甚至严重影响工期的实例已有不少。
2.1溶洞处理
溶洞在掘进过程中既可进行永久处理，又可在掘进中只进行临时处理，后期进行永久处理。根据TBM的施工特点，根据国内大量岩溶隧道施工经验和运营工程中出现的问题，并参照国内外有关岩溶处理的经验，岩溶处理应遵循“确保设备安全、以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则。TBM施工的岩溶及岩溶水处理方法见表1所示。
2.1.1 停机处理
对正在穿越的已停止发育的小溶洞，TBM推进一小段距离后停机退至溶洞边缘，对原来被护盾支撑着的部分坍落充填物和溶洞充填物进行部分或全部清除（如需要，可打旁洞辅助施工）。如全部清除，则采用砌石、豆砾石或混凝土等可灌性好的材料进行封堵、回填并压浆加固；如部分清除，则先采取格栅拱架结合喷混凝土或其他临时支护，然后，进行封堵、回填并压浆加固。掘进机通过后，通过钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并用锚杆加固。对位于隧洞底板以下的局部充填的溶洞，根据超前钻探结果，如其边界与隧洞底板的距离小于1倍洞径，则可全部（小溶洞）或部分（中等溶洞）清除充填物，以豆砾石或混凝土支顶加固溶洞顶板，或先进行注浆加固，待掘进机通过后，通过钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。如在隧洞1倍洞径以外、2倍洞径以内的充填溶洞，则在掘进机通过后进行后期高压固结灌浆加固。
有充填的大型溶洞，可根据掘进机上的超前钻探设备进行全洞超前注浆处理，以防掘进机经过时充填物塌落或下沉，待掘进机通过后，通过管片回填孔或者钻孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。对空的或少量充填的大型溶洞，填塞或加固工程较大，如有建基条件，可采取梁、拱或以桥型基础架设渡槽、箱涵跨越措施，如地质情况复杂，其他方法亦难以处理，可局部改线绕开溶洞。
2.1.2 先临时处理后永久加固
为减小局部下沉量，避免产生其他施工缺陷，对于双护盾TBM可预制带螺栓孔的特型管片，安装时，在接缝处用“香蕉式”螺栓进行连接，也可在整个溶洞段用型钢或其他钢结构在纵缝处进行纵向整体连接，对于开敞式TBM可直接采用混凝土回填溶洞，后期通过管片回填孔或者重新造孔对溶洞段进行高压固结灌浆并施设锚杆。
2.1.3 溶洞水处理
对于岩溶水或暗河水，处理难度和施工风险都非常大。建议处理原则：以排为主，以堵为辅，排堵结合，涌水量较大、TBM无法掘进时，应进行超前预注浆，加固地层、封堵涌水并根据实际情况引排地下水。排水建筑物可采用排水沟、涵洞或泄水洞等；堵可采用超前预灌浆措施，通过溶洞后，采用固结灌浆堵水。对岩溶水的处理，通常是与对溶洞的处理联系在一起的。岩溶水是以不同形式的岩溶管道、溶洞或暗河为运移通道的。所以，在治理岩溶水的同时，应以溶洞的处理为主体，并根据不同的溶洞规模采取不通的处理方法。
表1TBM施工的岩溶及岩溶水处理方法
溶洞规模 处理方法
中小溶洞 （1） 岩溶及地下水预报，查明溶洞大小、位置、充填情况及是否含水等；
（2） 根据岩溶及地下水预报结果，TBM掘进至溶洞边缘时，技术人员通过检修孔进一步查明溶洞情况；
（3） 对充填溶洞，可采用TBM空载运转的办法将充填物挖出；
（4） 对可能发生涌水或突泥的溶洞，采取封、堵、排相结合的措施；
（5） 对空溶洞，采取填堵措施。
大溶洞 （1） 对开挖面上部大溶洞，采用锚杆+槽钢系统为支座的半环钢支撑。
（2） 对隧洞底部大溶洞，TBM机头通过有危险时，在溶洞两侧岩石锚杆加固，在隧洞两侧边线用槽钢拼焊一对组合桁架梁，两端与锚杆联接，以桁架为支撑架设环形钢支撑，支撑环上面辅设防护层，两侧边墙钢筋混凝土衬砌。
（3） 若溶洞太大，前两种方案都能满足要求时，则采取迂回导坑通过，从隧洞侧面或上方对溶洞进行处理。鉴于目前的勘探技术尚不能满足对TBM前方溶洞进行准确探测的现状，建议在溶洞非常发育地段采用钻爆法施工、然后TBM通过该段更为适宜。
2.2 岩溶隧洞施工注意事项
隧道通过可溶岩地段，必须施作超前地质预报，进行地质预测。隧道通过可溶岩地段， 施工中若揭示溶洞、溶腔，应加强安全防护措施，并查明其性质、形态及与隧道的关系，不得贸然掘进，不得随意回填：并应及时停机，及时汇报情况，以便处理。施工前，应针对隧道工程特点对参建人员进行各项安全生产作业培训，开展涌水、突泥应急处理和事故抢险演练，参建人员必须经考核合格方可上岗。岩溶隧道施工中，必须设立专职安全员，负责全隧道安全风险识别，负责预警系统和应急照明系统开启。岩溶隧道施工中，洞内必须配备逃生工具，逃生工具包括逃生车辆、救生衣、救生爬梯等。建立应急疏散工系统，如；应急疏散标志标识最佳逃生路线、应急照明等，并配备相关救援设备、设施等。建立各工区间及其与洞外生产组织调度中心的通信，保证通信畅通。施工中应加强对突水、突泥现象征兆的监测，当预测有突水、突泥征兆时，应及时组织相关工区人员及机械设备撤离。施工中根据开挖揭示岩溶发育情况，现场确定施工方法及整治措施。
岩溶是岩溶发育地区隧道施工过程中～种常见的不良地质现象，必须加强超前地质预测预报工作，并及时分析、处理量测数据，为施工支护参数提供科学依据，在此基础上采取因地制宜的岩溶处理措施，以便安全、顺利地通过溶洞段。
3. 应用实例
2010年4月24日凌晨3点20分，3#引水洞TBM在掘进至桩号引（3）11+400位置附近时，刀盘前部突发涌水，同时在刀盘左侧撑靴位置发现一条断面为1.5m×2m的溶洞，向下延伸至刀盤底部，顶部还有一条断面约为1.5m×2m的溶洞斜向上延伸，延伸距离不详，溶洞图见图2和图3所示。为避免设备长时间浸泡在水中而造成主轴承内部进水，各方同意TBM缓慢向前探索性掘进，掘进30-50cm即可停机检查刀盘前部情况，第二日上午，溶洞已经出露指形护盾，业主、监理、设计、设备商和承包商相关人员对现场进行了查看，并及时的制定了TBM通过溶洞的处理措施，初步措施有两种，具体如下。
图2 撑靴位置溶洞（向刀盘下部发展）图3侧墙顶部溶洞
3.1 模注回填混凝土方案
根据现场溶腔位置正好处于撑靴通过的范围，为保证撑靴安全通过，需要将撑靴位置的溶腔回填，具体回填方式是：利用TBM钻机或者手风钻在溶腔周围钻若干孔，安装涨壳式中空预应力注浆锚杆，同时在溶腔部位铺设钢模板，在安装锚杆部位预留空洞，利用锚杆将钢模板固定，封闭溶腔底部，利用L1区域手动喷混系统直接往溶腔处回填混凝土。
3.2 喷射混凝土回填方案
根据现场情况，由于底部涌水，加上钻机钻孔范围有限，缺乏支立模板的空间，因此可利用L1区域手动喷射混凝土系统对溶洞空腔进行回填，具体回填方式是，分多次喷射，每次喷射厚度为20~30cm，然后待凝混凝土2小时，在分层回填，如此反复，直到填满空腔位置，其中重点回填撑靴位置，以保证撑靴通过为主，后期剩余溶腔的详细处理措施将再另行讨论。
另外溶洞穿过TBM开挖底部边界，影响后支撑的通过，采取在后支撑能够作用到的溶腔位置回填大块石渣，以保证后支撑安全着地，顺利通过。并且在TBM通过过程中时刻注意TBM掘进参数，确保TBM安全稳妥的通过。
考虑溶洞发育情况及施工进度要求，采用方案二将会耗费大量处理时间，最终采取回填混凝土先保证了TBM顺利通过该溶洞区域，待TBM通过后再采用回填灌浆。
4. 结 论
就TBM施工而言，对小于隧洞断面30%的中小溶洞，无论其与隧洞的接触形式如何，處理起来都较容易，主要的处理方法有：用地质雷达或超前钻探查明溶洞的大小、位置、含水和充填情况；根据所了解的地质情况，对可能发生的涌水或泥流进行封、堵、排；填堵溶洞，
而对大于隧洞断面30%的大溶洞，只能从后盾后面的隧洞侧部打一通向前方溶洞的通道，才能进行处理。若每遇一个大溶洞都要如此处理，势必严重影响工程进度。
目前的勘探技术还不能为TBM提供一个全面准确的溶洞分布图，而在掘进过程中遇到的复杂情况是难以预料的，因此，在溶洞非常发育的地段采用钻爆法较TBM施工法更为适宜。
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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。