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摘要：岩溶是地表水和地下水对可溶性岩层（碳酸岩类、硫酸岩类、卤盐类等）进行化学侵蚀、崩解和机械破坏、搬运、沉积作用所形成的各种地表和地下溶蚀现象的总称。岩溶隧道在施工中经常发生突泥、突水等施工地质灾害，危及施工安全，引发地面塌陷、地下水流失、地表水枯竭等环境问题。现以在建天鹅岭隧道为例，就目前所掌握的技术和资料来介绍特长隧道在不良地质条件下施工的处理方案。
关键词：天鹅岭隧道；施工处理；方案
1. 工程概况
天鹅岭隧道出口段位于宜昌市点军区小河口附近，设计为分离式隧道，走向约南东135°。右幅起止里程桩号YK26+000～YK27+765，长1765米；左幅ZK26+002.04～ZK27+765，长1762.96m，全长3528米。隧道最大埋深约185米，属特长隧道。出口洞门型式为削竹式，洞室净宽10.25m，净高5.0m。线路纵坡天鹅岭隧道左线-2.5%，右线-2.5%，平曲线半径天鹅岭隧道左线2800m右偏，右线位于直线上。
隧道结构按新奥法设计原理，采用复合式衬砌。初期支护由喷射混凝土（网喷混凝土）锚杆和钢拱架组成，二次衬砌根据围岩类别不同分别采用钢筋混凝土或混凝土衬砌。
2. 本隧道工程特点
天鹅岭隧道是三峡翻坝高速公路全线中最长的一条隧道，也是本工程中的节点工程、形象工程。其中我项目承建的该隧道出口端部分有Ⅲ、Ⅳ两种级别的围岩形式。根据地勘资料，该隧道处于岩溶发育地段，隧道区域内岩溶管道及岩溶地下水较发育，有承压性，在YK26+000～YK26+200段以及位于隧道线北部三涧溪南岸边的仙鱼洞地下暗河有涌泥突水的可能，为确保隧道安全顺利的穿越岩溶区域，本文就结合现有地勘资料对不良地质段施工处理方案做一介绍。
3. 岩溶处理方法
根据岩溶的特征、表现形式及环境条件，岩溶治理主要有疏、堵、排、绕等多种方法。在高压、富水、岩溶地层中进行隧道施工，一定要充分考虑岩溶发育的复杂性，环境条件影响的重要性，涌水突泥的可能性，因此一定要重视地质预测预报工作，坚持先探明，再开挖，地质条件不明，不能盲目开挖，进行超前探孔施工时，一定要安装孔口管和止水装置，防止钻孔涌水突泥。
3.1 地质超前预测预报
为保证对隧道施工前方地质体准确的把握和了解，以及确保施工安全，对于复杂地质、强岩溶富水区长大隧道需要进行超前地质预测预报工作。提前发现岩体地质变化，得到可信的地质信息，据此进行开挖、支护方案设计和调整施工，规避风险。本工程超前预报委托专业预报勘测公司，在隧道开挖前，首先采用TSP-203地震波进行超前地质勘测，运用红外线探测仪探测前方围岩含水情况，再打超前探水孔。根据现场地质状况采用长期、中期、短期预报相结合的方式进行监测。
（1）长期预报 采用TSP地震波法进行长距离（100～200米）预报，每隔50～100米地震波法超前地质探测，前后两次震动波法超前地质探测结果有足够的重叠范围。
（2）中期预报 中期预报距离开挖面前方30～100米，采用水平声波反射法（HSP）LDS-1A陆地声纳仪和HY-30红外线探测仪一种或几种探测相结合的方法进行进一步探测分析，需要的地段用地质钻机钻孔进行验证。
（3）短期预报 短期预报距离开挖面前方30米以内，是在中期预报的基础上，结合它们的成果，采用地质雷达探测以及掌子面编录法（地质素描法）进行更准确的预报，需要的地段用超前钻孔进行验证。
以上为本隧道超前预报措施，详细内容在此不再赘述。
3.2 隧道岩溶涌水分析
3.2.1、隧道岩溶涌水要素及涌水可能性分析
隧道洞身主要岩层为三游洞组白云岩，为区域性强岩溶层，岩溶发育。在区内三游洞强岩溶层中发育仙鱼洞暗河系统，并与隧道线立交。仙鱼洞暗河出口水面标高163.4m，按30‰水力坡度推算，到隧道线地下水位标高可能达到隧道硐身标高187m，而洪水位时水位还要上涨20m左右，高于洞身20m。在桩号YK26+000及YK26+200两处左右，野猪沟深切谷底高于隧道洞仅75m左右，洪水期，沟中水量很大，应注意防水。
综上而言，本隧道主要处于岩溶地下水季节变化带，雨期可能产生涌水和渗漏水。
3.2.2、涌水部位及涌水量
根据地面调查及地下河溶洞发育方向分析，并参照物探资料，具体涌水部位可能在K26+000-K26+200地段。在此段可能遇到裂隙状溶洞或大型洞穴，雨季地下水位上涨，造成涌水，地表洼地也可能渗水。本隧道涌水来源主要是本地大气降雨通过洼地、漏斗、落水洞直接入渗引起涌水量约26325 m3/d。
3.3 岩溶处理措施
隧道施工穿越可溶性岩层时，不同的岩溶地质构造及施工季节有不同的处理方法。针对天鹅岭隧道地质条件就溶隙、溶管、溶洞、涌水突泥的处理措施概述如下：
洞穴型岩溶原则上采取水泥砂浆或同级砼回填，基底发育时，宜采用同级砼回填或换填。对于充填型岩溶洞穴，应加强超前支护，钢架支撑，锚网喷防护以避免充填物的滑塌。隧道支护完成后，应对隐伏型岩溶进行排查并采取必要的回填措施。针对溶洞的大小及所处位置的处理如图（1、2、3）所示。
图1 图2 图3
对于溶隙溶槽型岩溶，当无充填物时，开挖揭示后应采用水泥砂漿或同级砼回填，回填厚度宜为开挖轮廓线外3-5m；有充填物时，应加强超前支护，钢架支撑，锚网喷防护；对充水型溶隙溶槽，应结合工程施工特点，根据水量大小，选择开挖后径向注浆或超前预注浆措施。具体措施如表所示。
溶隙溶槽岩溶处理措施表
管道型岩溶的回填，应对溶腔防护层，结构防护层、初支加强层、结构保护层、缓冲层和结构排水系统等进行综合考虑（图4）；对于充填型岩溶管道，应综合考虑充填物特征，并观察判断其动态变化，采取揭示或超前预加固措施；对于充水型岩溶管道，原则上应维持其原有的排水系统，采取“宜排不宜堵”措施，当反坡施工遭遇富水管道时，宜设置必要的泄水孔。 图4
大型溶洞的基底处理应根据溶腔大小、纵向跨度和发育深度等岩溶特征，采取针对性的板跨、梁跨、钢管桩、桩基承台、路基方案等；对充填型溶洞应采取超前帷幕注浆和大管棚支护加强，以防止出现大塌方；暗河的处理原则采取泄水洞方案，当存在较大规模的岩溶堆积体时，清方工程量，结构施作困难，可考虑对堆积体采取注浆固结及堵水方案。具体措施如图所示。
图5 图6
其中超前帷幕注浆技术，综合治理岩溶隧道水害，既可以堵水，又能起到加固围岩的作用，具有工艺简单、成本相对低廉、综合治理效果好等优点。当隧道必须全断面穿越高压、富水且内部充满泥砂的大规模溶洞体时，采取全断面超前帷幕注浆加固围岩的方法处理。
在进行帷幕注浆前先要根据地下水的允许排放量和工作面前方涌水量的预测判断是否采用帷幕注浆措施。因翻坝高速公路与宜万铁路同处一个大的地质环境，故拟采用宜万铁路岩溶隧道规定的允许排水量（5m3/d m）作为该隧道施工的借鉴值；另外使用水平钻探的方法在开挖前可以较为准确地预测地下水的规模。通过测量钻探孔的出水量及出水压力，来判断整个开挖断面的出水量。以上作为制定帷幕注浆的方法。在物探显示工作面前方含水的情况下，使用水平超前钻探，在工作面布置5个超前探水孔（孔径65 mm，孔深30～40 m），根据5个探水孔的出水总量和单孔出水量，对比已开挖的断面的涌水量和钻孔出水量，进行统计分析，并根据开挖结果不断修订，来确定注浆起始标准。在注浆结束时，每注浆循环（一般长约30 m）设5个检查孔，根据现场实际情况对检查孔的出水量确定注浆段结束标准，并根据注浆终压值来判断单孔注浆是否满足要求。
天鹅岭隧道帷幕注浆施工步序及工艺要点介绍如下：
图7 图8
本隧道的钻孔及布设严格按照设计的钻孔方向和角度打孔并及时纠偏，确保注浆施工能够形成良好的止水帷幕。开孔时要做到轻加压，速度慢，给水多的操作要求。钻孔一般先钻外圈，同一圈先钻下部孔，后钻上部孔，且间隔交替进行。注浆钻孔的布置，需根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围、岩溶（岩层裂隙）发育情况、含水层分布情况、隧道洞身断面大小和钻孔作业要求而定。现以加固开挖轮廓线外4.5m的帷幕注浆方案为例进行布孔设置，钻孔布置图及加固示意如图（7、8）所示。
其中注浆形式采用水泥单液浆和水泥一水玻璃双液浆。浆液配合比是决定注浆效果的一个关键因素，选用时要考虑土体裂隙情况及浆液的扩散半径，根据实验配合比并结合经验确定，选用水泥单液浆（掺人浓度为30-35Be 的水玻璃作为早强剂，掺量3%-5%）水灰比1：1～0.6：1，先注单液浆，保证浆液有效扩散，注单液浆过程中注浆压力长时间不上升，采用注双液浆，配比为：水泥浆一水玻璃浆比为0.6：1，水玻璃浓度为30-35Be，体积比1：0.3～1：0.5。当注浆压力和注浆量达到设计要求不能自封孔的，采用双液浆予以封孔。注浆时，浆液配比的选择应根据涌水量的大小和进浆情况而定，当涌水量大，进浆快时，选用凝胶时间短的配合比，反之，选用凝胶时间长一些的配合比。针对不同的地质条件选择相应的注浆方案。具体方案的选择如下表所示。
注浆方案选择表
注浆方式如图（7、8）所示，本隧道第一、二、三环孔隧道周壁地下水封堵，采用前进式注浆，第四、五、六环孔对每循环注浆的最后5m岩体进行加固，以封堵正面水，并为下一循环注浆加固止浆岩盘，采用后退式注浆。
注浆顺序及速度按照对称开孔、先外后内，先下后上，间隔跳孔的原则进行，以提高注浆效果和密实度。当钻孔涌水量大时，用较大的速度注浆；当钻孔涌水量少时，用较小的速度注浆。
帷幕注浆效果评定是决定开挖施工方法的依据，采用打超前探孔取芯分析，观察探孔内出水情况进行检查。注浆效果评定标准：a.一般地段检查孔出水量小于0.2 L/min；b.压水检查，在1.0 MPa压力下，进水量小于2 L/min；c.由检查孔采取岩芯，观察注浆充填情况。如不能达到上述要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足为止。
在整个帷幕注浆过程中相邻的钢管不得相撞和立交；管棚钻孔时须在开孔后2m处、孔深1/2处、终孔处量测斜度，发现误差超限立即进行纠编，若终孔仍超限者须封孔，原位重钻；钢管与管箍丝扣须上满；管棚钢管安装后，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，注浆正常压力应达到1.5Mpa，终压用控制在3Mpa并稳压15分钟。若注浆量超限，仍未达到1.5Mpa时，须调整浆液继续注浆，直至符合注浆質量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
钻进过程中遇到涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，进行注浆，扫孔后再行钻进；注浆过程中，若压力突然升高，应停止注浆，检查后，再行注浆。
4. 结语
天鹅岭隧道为地质复杂的岩溶特长隧道，且因当前勘测预报资料所限，对内部地质岩体构造缺乏形象的了解，所以该方案需在后续的实际施工中进一步细化、完善。针对不同的情况制定可行的处理方案，以期达到顺利完工并为今后的施工提供宝贵的经验。
关键词：天鹅岭隧道；施工处理；方案
1. 工程概况
天鹅岭隧道出口段位于宜昌市点军区小河口附近，设计为分离式隧道，走向约南东135°。右幅起止里程桩号YK26+000～YK27+765，长1765米；左幅ZK26+002.04～ZK27+765，长1762.96m，全长3528米。隧道最大埋深约185米，属特长隧道。出口洞门型式为削竹式，洞室净宽10.25m，净高5.0m。线路纵坡天鹅岭隧道左线-2.5%，右线-2.5%，平曲线半径天鹅岭隧道左线2800m右偏，右线位于直线上。
隧道结构按新奥法设计原理，采用复合式衬砌。初期支护由喷射混凝土（网喷混凝土）锚杆和钢拱架组成，二次衬砌根据围岩类别不同分别采用钢筋混凝土或混凝土衬砌。
2. 本隧道工程特点
天鹅岭隧道是三峡翻坝高速公路全线中最长的一条隧道，也是本工程中的节点工程、形象工程。其中我项目承建的该隧道出口端部分有Ⅲ、Ⅳ两种级别的围岩形式。根据地勘资料，该隧道处于岩溶发育地段，隧道区域内岩溶管道及岩溶地下水较发育，有承压性，在YK26+000～YK26+200段以及位于隧道线北部三涧溪南岸边的仙鱼洞地下暗河有涌泥突水的可能，为确保隧道安全顺利的穿越岩溶区域，本文就结合现有地勘资料对不良地质段施工处理方案做一介绍。
3. 岩溶处理方法
根据岩溶的特征、表现形式及环境条件，岩溶治理主要有疏、堵、排、绕等多种方法。在高压、富水、岩溶地层中进行隧道施工，一定要充分考虑岩溶发育的复杂性，环境条件影响的重要性，涌水突泥的可能性，因此一定要重视地质预测预报工作，坚持先探明，再开挖，地质条件不明，不能盲目开挖，进行超前探孔施工时，一定要安装孔口管和止水装置，防止钻孔涌水突泥。
3.1 地质超前预测预报
为保证对隧道施工前方地质体准确的把握和了解，以及确保施工安全，对于复杂地质、强岩溶富水区长大隧道需要进行超前地质预测预报工作。提前发现岩体地质变化，得到可信的地质信息，据此进行开挖、支护方案设计和调整施工，规避风险。本工程超前预报委托专业预报勘测公司，在隧道开挖前，首先采用TSP-203地震波进行超前地质勘测，运用红外线探测仪探测前方围岩含水情况，再打超前探水孔。根据现场地质状况采用长期、中期、短期预报相结合的方式进行监测。
（1）长期预报 采用TSP地震波法进行长距离（100～200米）预报，每隔50～100米地震波法超前地质探测，前后两次震动波法超前地质探测结果有足够的重叠范围。
（2）中期预报 中期预报距离开挖面前方30～100米，采用水平声波反射法（HSP）LDS-1A陆地声纳仪和HY-30红外线探测仪一种或几种探测相结合的方法进行进一步探测分析，需要的地段用地质钻机钻孔进行验证。
（3）短期预报 短期预报距离开挖面前方30米以内，是在中期预报的基础上，结合它们的成果，采用地质雷达探测以及掌子面编录法（地质素描法）进行更准确的预报，需要的地段用超前钻孔进行验证。
以上为本隧道超前预报措施，详细内容在此不再赘述。
3.2 隧道岩溶涌水分析
3.2.1、隧道岩溶涌水要素及涌水可能性分析
隧道洞身主要岩层为三游洞组白云岩，为区域性强岩溶层，岩溶发育。在区内三游洞强岩溶层中发育仙鱼洞暗河系统，并与隧道线立交。仙鱼洞暗河出口水面标高163.4m，按30‰水力坡度推算，到隧道线地下水位标高可能达到隧道硐身标高187m，而洪水位时水位还要上涨20m左右，高于洞身20m。在桩号YK26+000及YK26+200两处左右，野猪沟深切谷底高于隧道洞仅75m左右，洪水期，沟中水量很大，应注意防水。
综上而言，本隧道主要处于岩溶地下水季节变化带，雨期可能产生涌水和渗漏水。
3.2.2、涌水部位及涌水量
根据地面调查及地下河溶洞发育方向分析，并参照物探资料，具体涌水部位可能在K26+000-K26+200地段。在此段可能遇到裂隙状溶洞或大型洞穴，雨季地下水位上涨，造成涌水，地表洼地也可能渗水。本隧道涌水来源主要是本地大气降雨通过洼地、漏斗、落水洞直接入渗引起涌水量约26325 m3/d。
3.3 岩溶处理措施
隧道施工穿越可溶性岩层时，不同的岩溶地质构造及施工季节有不同的处理方法。针对天鹅岭隧道地质条件就溶隙、溶管、溶洞、涌水突泥的处理措施概述如下：
洞穴型岩溶原则上采取水泥砂浆或同级砼回填，基底发育时，宜采用同级砼回填或换填。对于充填型岩溶洞穴，应加强超前支护，钢架支撑，锚网喷防护以避免充填物的滑塌。隧道支护完成后，应对隐伏型岩溶进行排查并采取必要的回填措施。针对溶洞的大小及所处位置的处理如图（1、2、3）所示。
图1 图2 图3
对于溶隙溶槽型岩溶，当无充填物时，开挖揭示后应采用水泥砂漿或同级砼回填，回填厚度宜为开挖轮廓线外3-5m；有充填物时，应加强超前支护，钢架支撑，锚网喷防护；对充水型溶隙溶槽，应结合工程施工特点，根据水量大小，选择开挖后径向注浆或超前预注浆措施。具体措施如表所示。
溶隙溶槽岩溶处理措施表
管道型岩溶的回填，应对溶腔防护层，结构防护层、初支加强层、结构保护层、缓冲层和结构排水系统等进行综合考虑（图4）；对于充填型岩溶管道，应综合考虑充填物特征，并观察判断其动态变化，采取揭示或超前预加固措施；对于充水型岩溶管道，原则上应维持其原有的排水系统，采取“宜排不宜堵”措施，当反坡施工遭遇富水管道时，宜设置必要的泄水孔。 图4
大型溶洞的基底处理应根据溶腔大小、纵向跨度和发育深度等岩溶特征，采取针对性的板跨、梁跨、钢管桩、桩基承台、路基方案等；对充填型溶洞应采取超前帷幕注浆和大管棚支护加强，以防止出现大塌方；暗河的处理原则采取泄水洞方案，当存在较大规模的岩溶堆积体时，清方工程量，结构施作困难，可考虑对堆积体采取注浆固结及堵水方案。具体措施如图所示。
图5 图6
其中超前帷幕注浆技术，综合治理岩溶隧道水害，既可以堵水，又能起到加固围岩的作用，具有工艺简单、成本相对低廉、综合治理效果好等优点。当隧道必须全断面穿越高压、富水且内部充满泥砂的大规模溶洞体时，采取全断面超前帷幕注浆加固围岩的方法处理。
在进行帷幕注浆前先要根据地下水的允许排放量和工作面前方涌水量的预测判断是否采用帷幕注浆措施。因翻坝高速公路与宜万铁路同处一个大的地质环境，故拟采用宜万铁路岩溶隧道规定的允许排水量（5m3/d m）作为该隧道施工的借鉴值；另外使用水平钻探的方法在开挖前可以较为准确地预测地下水的规模。通过测量钻探孔的出水量及出水压力，来判断整个开挖断面的出水量。以上作为制定帷幕注浆的方法。在物探显示工作面前方含水的情况下，使用水平超前钻探，在工作面布置5个超前探水孔（孔径65 mm，孔深30～40 m），根据5个探水孔的出水总量和单孔出水量，对比已开挖的断面的涌水量和钻孔出水量，进行统计分析，并根据开挖结果不断修订，来确定注浆起始标准。在注浆结束时，每注浆循环（一般长约30 m）设5个检查孔，根据现场实际情况对检查孔的出水量确定注浆段结束标准，并根据注浆终压值来判断单孔注浆是否满足要求。
天鹅岭隧道帷幕注浆施工步序及工艺要点介绍如下：
图7 图8
本隧道的钻孔及布设严格按照设计的钻孔方向和角度打孔并及时纠偏，确保注浆施工能够形成良好的止水帷幕。开孔时要做到轻加压，速度慢，给水多的操作要求。钻孔一般先钻外圈，同一圈先钻下部孔，后钻上部孔，且间隔交替进行。注浆钻孔的布置，需根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围、岩溶（岩层裂隙）发育情况、含水层分布情况、隧道洞身断面大小和钻孔作业要求而定。现以加固开挖轮廓线外4.5m的帷幕注浆方案为例进行布孔设置，钻孔布置图及加固示意如图（7、8）所示。
其中注浆形式采用水泥单液浆和水泥一水玻璃双液浆。浆液配合比是决定注浆效果的一个关键因素，选用时要考虑土体裂隙情况及浆液的扩散半径，根据实验配合比并结合经验确定，选用水泥单液浆（掺人浓度为30-35Be 的水玻璃作为早强剂，掺量3%-5%）水灰比1：1～0.6：1，先注单液浆，保证浆液有效扩散，注单液浆过程中注浆压力长时间不上升，采用注双液浆，配比为：水泥浆一水玻璃浆比为0.6：1，水玻璃浓度为30-35Be，体积比1：0.3～1：0.5。当注浆压力和注浆量达到设计要求不能自封孔的，采用双液浆予以封孔。注浆时，浆液配比的选择应根据涌水量的大小和进浆情况而定，当涌水量大，进浆快时，选用凝胶时间短的配合比，反之，选用凝胶时间长一些的配合比。针对不同的地质条件选择相应的注浆方案。具体方案的选择如下表所示。
注浆方案选择表
注浆方式如图（7、8）所示，本隧道第一、二、三环孔隧道周壁地下水封堵，采用前进式注浆，第四、五、六环孔对每循环注浆的最后5m岩体进行加固，以封堵正面水，并为下一循环注浆加固止浆岩盘，采用后退式注浆。
注浆顺序及速度按照对称开孔、先外后内，先下后上，间隔跳孔的原则进行，以提高注浆效果和密实度。当钻孔涌水量大时，用较大的速度注浆；当钻孔涌水量少时，用较小的速度注浆。
帷幕注浆效果评定是决定开挖施工方法的依据，采用打超前探孔取芯分析，观察探孔内出水情况进行检查。注浆效果评定标准：a.一般地段检查孔出水量小于0.2 L/min；b.压水检查，在1.0 MPa压力下，进水量小于2 L/min；c.由检查孔采取岩芯，观察注浆充填情况。如不能达到上述要求，则要根据情况进行补孔注浆，直到满足为止。
在整个帷幕注浆过程中相邻的钢管不得相撞和立交；管棚钻孔时须在开孔后2m处、孔深1/2处、终孔处量测斜度，发现误差超限立即进行纠编，若终孔仍超限者须封孔，原位重钻；钢管与管箍丝扣须上满；管棚钢管安装后，注浆量一般为钻孔圆柱体的1.5倍，注浆正常压力应达到1.5Mpa，终压用控制在3Mpa并稳压15分钟。若注浆量超限，仍未达到1.5Mpa时，须调整浆液继续注浆，直至符合注浆質量标准，确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填，方可终止注浆。
钻进过程中遇到涌水或岩层破碎造成卡钻，应停止钻进，进行注浆，扫孔后再行钻进；注浆过程中，若压力突然升高，应停止注浆，检查后，再行注浆。
4. 结语
天鹅岭隧道为地质复杂的岩溶特长隧道，且因当前勘测预报资料所限，对内部地质岩体构造缺乏形象的了解，所以该方案需在后续的实际施工中进一步细化、完善。针对不同的情况制定可行的处理方案，以期达到顺利完工并为今后的施工提供宝贵的经验。