D01:10.13374j.isml00103x2006.07.002 第28卷第7期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 7 2006年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2006 岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术 王树仁12何满潮 刘招伟) 1)中国地质大学（北京岩土工程与地热工程创新基地，北京1000832）燕山大学建筑工程与力学学院，秦皇岛066004 3)北京交通大学土木建筑工程学院，北京100044 摘要采用现场调查、模拟实验、理论分析与现场监测相结合的研究方法，对圆梁山隧道岩溶突 水特征及突水机理进行了系统研究，揭示了隧道岩溶突水是受岩溶充填物、水压与隧道围岩塑性 区范围等因素影响的渐进破坏过程.针对圆梁山隧道揭露的5个岩溶.分别制定了有效防治岩溶 突水的关键技术对策. 关键词工程地质条件：岩溶隧道：岩溶突水：数值模拟：防治对策 分类号U4536 圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道（全 策的研究，不仅具有重要的理论意义，而且具有重 长11.068km),是已建和在建铁路隧道中施工难 要的工程实用价值. 度最大的工程之一，隧道穿越的可溶性灰岩地层 1 圆梁山隧道岩溶突水特征 总长约7100m,占隧道总长的64%.由于受高 压、富水、岩溶等诱导因素的影响，隧道施工中多 圆梁山隧道穿越高压富水的毛坝向斜、桐麻 次发生突水和伤亡事故，施工难度较大刂 岭背斜和冷水河浅埋段，地貌形态明显受地质构 隧道岩溶突水一直被认为是世界性的难题. 造控制，岩层具带状展布特征（如图1所示）.隧 我国境内岩溶分布广泛，约占国土面积的三分之 道施工中，先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了 一，随着技术的进步和交通事业的加速发展，在岩 5个深埋充填型溶洞，充填介质为粉细砂、粉质粘 溶地区修建的隧道工程将会越来越多.尽管近年 性土和粘土等.其中毛坝向斜存在P2+e和 来国内外相关研究取得了不少成果24，但对圆 P1忙m两层承压水，承压水压力高达4.42~4.6 梁山隧道工程而言，仍存在许多问题.因此，以圆 MPa. 梁山隧道为工程背景进行岩溶突水规律及防治对 毛圳向斜 阿麻岭背斜 冷水河 圆隧道 1”溶洞2溶洞3溶洞 4溶洞5”溶洞 ()T(三叠系嘉陵江组)(2)T1d三叠系大治组)(3)P(二叠系长兴组)(4④P2.(二叠系吴家坪组)(5)Pm(二叠系茅口 组)(6P+4二叠系梁山组.栖霞组)(7)D3(泥盆系水车坪组)(8)S(志留系)(9)0+3（奥陶系中，上统）(10)0（奥 陶系大湾组)(1山)01。十什奥陶系红花圆、分乡，南津关组)(12)E(寒武系毛田组)(13)E3,(寒武系耿家店组)(14)E (寒武系平井组)(15)E2(寒武系高台组) 图1圆梁山隧道工程地质剖面图 Fig.1 Gedlogical profile of Yuanliangshan tunnel 11岩溶突水的水力特征 坑空间，涌泥量4200m3,最大涌水量为710 (1)突发性.3溶洞正洞超前下导坑施工到 m3h.从现场情况看，该类型溶洞的充填介质 DK354十879处时，掌子面突发爆喷型突泥、涌 为不透水物质，溶洞的周壁为结构完整的岩体，溶 水，瞬间硬塑~软塑状粘土塞满244m长的下导 洞的形成往往是呈垂直向发育，倾角大，因而溶洞 的充填物和上部的水体所积蓄的势能很大.当隧 收稿日期：2005-04-28修回日期.200509-08 作者简介：王树仁(1968一)，男，工程师，博士 道开挖时，势能急剧释放，形成爆喷突发性灾害.岩溶隧道突水灾变过程分析及控制技术 王树仁1, 2) 何满潮1) 刘招伟3) 1) 中国地质大学( 北京) 岩土工程与地热工程创新基地, 北京 100083 2) 燕山大学建筑工程与力学学院, 秦皇岛 066004 3) 北京交通大学土木建筑工程学院, 北京 100044 摘 要 采用现场调查、模拟实验、理论分析与现场监测相结合的研究方法, 对圆梁山隧道岩溶突 水特征及突水机理进行了系统研究, 揭示了隧道岩溶突水是受岩溶充填物、水压与隧道围岩塑性 区范围等因素影响的渐进破坏过程.针对圆梁山隧道揭露的 5 个岩溶, 分别制定了有效防治岩溶 突水的关键技术对策. 关键词 工程地质条件;岩溶隧道;岩溶突水;数值模拟;防治对策 分类号 U 453.6 圆梁山隧道是渝怀铁路线上最长的隧道( 全 长 11.068 km) , 是已建和在建铁路隧道中施工难 度最大的工程之一.隧道穿越的可溶性灰岩地层 总长约 7 100 m, 占隧道总长的 64 %.由于受高 压、富水 、岩溶等诱导因素的影响, 隧道施工中多 次发生突水和伤亡事故, 施工难度较大[ 1] . 隧道岩溶突水一直被认为是世界性的难题. 我国境内岩溶分布广泛, 约占国土面积的三分之 一, 随着技术的进步和交通事业的加速发展, 在岩 溶地区修建的隧道工程将会越来越多.尽管近年 来国内外相关研究取得了不少成果 [ 2 4] , 但对圆 梁山隧道工程而言, 仍存在许多问题.因此, 以圆 梁山隧道为工程背景进行岩溶突水规律及防治对 策的研究, 不仅具有重要的理论意义, 而且具有重 要的工程实用价值. 1 圆梁山隧道岩溶突水特征 圆梁山隧道穿越高压富水的毛坝向斜、桐麻 岭背斜和冷水河浅埋段, 地貌形态明显受地质构 造控制, 岩层具带状展布特征( 如图 1 所示) .隧 道施工中, 先后在桐麻岭背斜和毛坝向斜遇到了 5 个深埋充填型溶洞, 充填介质为粉细砂、粉质粘 性土和 粘土等.其中毛 坝向斜存在 P2w +c 和 P1q+m两层承压水, 承压水压力高达 4.42 ～ 4.6 MPa . (1) T1j ( 三叠系嘉陵江组) ( 2) T1d ( 三叠系大冶组) ( 3) P2c ( 二叠系长兴组) ( 4) P2w ( 二叠系吴家坪组) ( 5) P1m ( 二叠系茅口 组) (6) P1L+q ( 二叠系梁山组、栖霞组) ( 7) D3s ( 泥盆系水车坪组) ( 8) S ( 志留系) ( 9 ) O2+3 ( 奥陶系中、上统) ( 10 ) O1d ( 奥 陶系大湾组) ( 11) O1n +f+h ( 奥陶系红花圆、分乡、南津关组) ( 12) E3m ( 寒武系毛田组) ( 13 ) E3g ( 寒武系耿家店组) ( 14) E2P ( 寒武系平井组) ( 15) E2g ( 寒武系高台组) 图 1 圆梁山隧道工程地质剖面图 Fig.1 Geological profil e of Yuanliangshan tunnel 收稿日期:2005 04 28 修回日期:2005 09 08 作者简介:王树仁( 1968—) , 男, 工程师, 博士 1.1 岩溶突水的水力特征 ( 1) 突发性.3 #溶洞正洞超前下导坑施工到 DK354 +879 处时, 掌子面突发爆喷型突泥 、涌 水, 瞬间硬塑～ 软塑状粘土塞满 244 m 长的下导 坑空间, 涌泥 量 4 200 m 3 , 最大涌水量 为 710 m 3 ·h -1 .从现场情况看, 该类型溶洞的充填介质 为不透水物质, 溶洞的周壁为结构完整的岩体, 溶 洞的形成往往是呈垂直向发育, 倾角大, 因而溶洞 的充填物和上部的水体所积蓄的势能很大 .当隧 道开挖时, 势能急剧释放, 形成爆喷突发性灾害. 第 28 卷 第 7 期 2006 年 7 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.7 Jul.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.07.002