宜萬鐵路隧道概況

宜昌至萬州鐵路全長377公里，共有159座隧道（含Ⅰ線和Ⅱ線），總長338km，其中Ⅰ線有226km隧道,隧線比達60%。其地形、地質條件之複雜集西南山區鐵路之大成，建設條件之艱、難、險居我國鐵路歷史之最，特別是長大隧道穿越地區岩溶發育規模、多樣性、突水突泥的風險程度及工程處理難度為國內外罕見，工程之艱鉅、施工風險之大、環境壓力之突出均屬於世界級難題。全線70%隧道位於岩溶發育區，共有8座Ⅰ級風險隧道，26座Ⅱ級風險隧道。

隧道岩溶發育情況

隧道岩溶發育情況--五爪觀隧道

岩溶大廳寬120m，縱向長71m，洞內巖堆高聳，發育有石筍、鐘乳石等，水流湍急，隧道洞身位於暗河堆積層中。

隧道岩溶發育情況—野三關隧道

野三關隧道I線全長13833m，II線全長13796m，為全線最長隧道，最大埋深684m，縱坡為人字坡；在DK125+100左側設置長1844.5m的無軌運輸斜井，出口Ⅰ線左側設置長5250m的排水洞。最大的問題是通過6條暗河，中部發育一大溶腔，與3#暗河連通。

隧道岩溶發育情況—大支坪隧道

大支坪隧道全長8775米，最大埋深495米，縱坡為人字坡。進口段Ⅱ線右側設置長5900m的排水洞。最複雜岩溶地質地段為DK132+990處大型充水（泥）溶腔。

2008年4月30日，該隧道進口工區ⅡDK132＋914發生突水突泥，持續約10分鐘，突水7000m3，突泥至掌子面後方約200m處，掌子面湧泥砂高度3m，湧泥砂量約3000m3 。

隧道岩溶發育情況—馬鹿箐隧道

馬鹿箐隧道全長7879m，最大埋深660m，15.3‰單面上坡。在進口Ⅱ線左側20m處設長4695m的洩水洞。

馬鹿箐隧道1.21突水事故

溶腔縱向長17～47m（Ⅰ線47m、Ⅱ線25m 、洩水洞17m），橫向寬大於55m，向下發育至隧底以下約50 m，向上發育至拱頂以上25m，溶腔充填淤泥質黏土夾塊石，碎石。

馬鹿箐隧道曾發生“4.11” 、“4.19”、“5.10”、“5.23”、“5.26”、 “6.12” 、“6.18”、 “6.20” 、 “6.21” 、 “7.03” 、 “7.04” 等多次突水突泥，攜帶溶腔突出物主要為塊石、碎石及淤泥混合物，經初步估算，突出物淤積Ⅰ線正洞約450m，Ⅱ線正洞約1070m。

馬鹿箐隧道978溶腔照片

隧道岩溶發育情況—齊嶽山隧道

齊嶽山隧道全長10528m，為單面下坡。在隧道左側30m設置貫通的平行導坑，右側設斜井，長752m，隧道區共發育15條斷層，進口工區為岩溶極發育區，其中F11斷層規模大、水頭高、水壓大、巖體破碎，是全線施工最困難的地段之一。

岩溶隧道施工地質工作內容

宜萬鐵路自2003年～2009年建設期間，通過認真開展施工地質工作，及時預測預報掌子面前方的地質情況，採取針對性的防災措施，避免了多次大規模的突泥突水地質災害，為深埋複雜岩溶隧道的施工探索出一條行之有效的技術管理方法。

岩溶隧道施工地質工作內容主要包括：

超前地質預報、施工圍巖分級及穩定性評價、隧底及周邊岩溶探查、災害評估及防治工程措施建議、竣工圖及報告等內容。

岩溶隧道施工地質分級和超前預報分級

為方便岩溶隧道的建設管理，突出重點，把握關鍵，需要對岩溶隧道進行施工地質分級和超前預報分級。

常用岩溶隧道地質預報方法

國內外隧道地質超前預報的方法，主要有：地質法、超前導坑法、超前水平鑽孔法、聲波測井法、波反射法、層析成像法等。

根據宜萬鐵路超前地質預報技術在岩溶隧道施工中的應用情況，認為在不同地質情況下（如岩溶溶洞、暗河、斷層、裂隙等）的最優超前預報組合方法是物探方法（TSP203、TGP12等長距離彈性波反射法、掌子面地質雷達法、紅外探水法等）與工程地質法（掌子面超前水平鑽探法、工程地質類比法、地質素描等）有機合理結合，取長補短，長短結合。

超前水平鑽探法

超前水平鑽探是隧道掌子面前方及周圍的富水地層位置、富水程度以及岩溶洞穴的形態、規模及其充填和富水情況預測的直接方法，是深埋複雜岩溶隧道地質災害預測與防治的最有效手段。一般分為超前水平鑽孔長距離預報和超前長炮眼短距離預報。

• 超前水平鑽孔長距離預報

超前水平鑽孔長距離預報一般在掌子面佈置3～5孔，鑽孔長度一般在50～100m。為兼顧對周邊圍巖探查，通常在掌子面以一定的外插角向前鑽探。

• 超前長炮眼短距離預報

利用風鑽在複雜岩溶隧道每個施工循環（施工循環2～2.5米）掌子面佈置一些長炮眼（不小於5米）進行超前探測，它是對超前水平鑽探的一種補充，因其數量比水平鑽數量多，揭示岩溶的可能性較大，起到了保證施工安全的作用。

• 超前水平鑽法預報的特點

同物探預報方法相比，具有直觀性，不存在物探預報方法的多解性。但同時也具有費用高、速度慢、佔用隧道施工的掌子面時間長，且鑽孔資料只是一孔之見，對溶洞有漏報的可能。

物探預報方法

物探預報主要利用聲波、超聲波、地震波及電磁破在地層中傳播、反射，通過信號採集系統接收反射信號，判釋隧道掌子面前方反射界面（斷層、軟弱夾層、孔洞等）距隧道掌子面的距離來進行隧道施工期地質預報的方法。常用的有TSP—203、TGP12、地震負視速度法、掌子面彈性波單點反射法、掌子面地質雷達法、紅外探水法、HSP、單孔或跨孔CT等方法。

要準確預報掌子面前方地質情況，往往要根據各種預報方法的功能特點選擇一種或多種方法的組合，相互驗證。但不管怎樣，還沒有哪一種方法能準確預測岩溶隧道前方及周邊全方位的地質情況。

在宜萬鐵路隧道地質預報工作中，物探方法應用最廣泛的是TSP－203、TGP12、地質雷達和紅外探水。TSP－203、TGP12均屬於地震反射法，是一種長距離的預報方法，有效探測距離100～150m，根據炸藥在岩石上爆炸的主頻推算，有效分辨率約2m，因此直徑大於2m的溶腔或含水體可以被發現，如別巖槽隧道DK244+422、馬鹿箐隧道DK255+978、雲霧山隧道DK242+850等溶腔的預報。

宜萬線施工揭示的位於掌子面前方、有一定規模的溶腔或斷層，物探方法均有反映，配合水平鑽探和其它方法，Ⅰ級風險隧道施工揭示的82處溶洞及湧水突泥有80處得到了準確預報，但由於其對干擾信號不能分辨和消除，有大量的假異常存在。在王家嶺隧道進行了TSP203與TGP12兩種超前預報方法的對比試驗，兩種超前預報方法的預報結果基本一致，TGP12效果有時還更好些；TGP12方法檢波器使用黃油耦合，經濟實用，分析軟件為中文，易於操作，預報準確率高，但配套器材有待改進。地質雷達是一種短距離探測方法，有效探測距離約10～15m，有效分辨率約10cm，對大支坪隧道DK132+990突泥、野三關的4#暗河都做出了準確預報。由於地質雷達探測距離過短，主要配合地震單點反射用於隧底及周邊隱伏岩溶探查，通過地質雷達探測，在已建成隧道的隧底及周邊發現了8處可能威脅運營安全的隱伏溶洞。宜萬線的岩溶水都是淺部循環水，所形成的溫度差異不能從施工形成的溫度異常中區分，因此不適用於淺循環地下水隧道的超前預報。

工程地質類比法

工程地質類比法是根據以往岩溶隧道施工總結出判斷隧道岩溶發育的可能部位的一種經驗方法。岩溶發育可能的主要位置如下：

（1）可溶岩與非可溶岩接觸界面可能岩溶發育；

（2）隧道通過斷層、向斜、背斜核部的可溶岩可能岩溶發育；

（3）可溶岩中裂隙、溶隙發育位置可能岩溶發育；

（4）可溶岩中圍巖整體突然變好或突然變差的位置可能岩溶發育；

（5）不同年代可溶岩接觸界面、巖性分界面位置附近可能岩溶發育；

（6）掌子面附近出現泥質充填裂隙的可溶岩，前方可能岩溶發育。

地質預報技術管理及成果應用

為做好宜萬線隧道的施工地質工作和岩溶隧道的預測預報工作，建設單位組織編寫了《宜萬鐵路地質勘察與超前地質預報專項機制》、《宜萬鐵路複雜隧道地質超前探測實施細則》，設計單位制定了《宜萬線施工地質實施細則》，對宜萬鐵路的岩溶地質施工起到了很好的指導作用。

超前地質預測預報設計、實施、判釋實行分級管理，責任到人，做到“物探先行、鑽探驗證、有疑必鑽、不明不掘”及堅持“三定三探”原則（即：定人定孔定檢查、重探密探加深探）。

施工地質工作技術管理

針對宜萬線地質特別複雜的13座隧道分別成立由建設、設計、施工、監理等單位組成的施工地質組，現場組織實施複雜隧道的施工地質工作，並組建以設計單位的技術管理和地質、物探及隧道設計專家為主體，建設、施工、監理等單位專家為技術顧問的施工地質部，協調和強化複雜隧道的施工地質技術工作，並現場快速分析判斷，決策處理複雜地質問題。重大地質問題由設計院專家組決策處理，必要時報請鐵道部專家組研討後再決策處理。

施工地質工作成果

• 突水突泥預報

宜萬線鐵路隧道在施工過程中發生了9次大型的突水突泥，除了個別因為各種複雜原因未能預報出之外，其它的都做出了準確的預報。

宜萬線鐵路隧道施工超前預報了28次高壓突水，如成功預報馬鹿箐隧道進口洩水洞XDK255+701出水、平導PDK255+655～+696出水，預報野三關隧道IIDK124+680～+650段岩溶裂隙湧水，湧水量為6000m3/d左右，水壓0.75MPa。齊嶽山隧道長距離超前預報探測中，物探資料顯示PDK364+007～+015段圍巖軟弱異常，有溶洞富含水，超前鑽探驗證在PDK364＋008後確實存在富水溶腔，由於預報準確、措施得當沒有造成事故。

超前地質預報中有10次是水平鑽孔或超長炮孔發現的高壓突水現象，如雲霧山隧道DK244+901掌子面的湧水（含突泥2000m3）就是超長炮孔發現的。

• 大型溶腔預報

宜萬線隧道在施工過程遭遇了大型充填或非充填溶腔36處，除魯竹壩DK204+610～+640溶腔外都作出了預報，如雲霧山隧道出口Ⅰ線DK247+547大型溶腔、大支坪進口在DK133+000附近（包括Ⅱ線）順層發育的較大規模溶腔、金子山隧道IIDK264+870～+840段充填碎石土的溶腔，超前物探和超前水平鑽探均取得較好的效果。

結語

• 對於複雜岩溶隧道的施工應成立專門的施工地質工作機構，制定施工地質工作管理辦法，明確建設、設計、施工、監理各方職責，將施工地質和超前地質預報工作納入施工工序，嚴格執行。
• 開工前應進行岩溶隧道的風險分析與評估，確定岩溶隧道的風險等級。
• 根據岩溶隧道的風險等級，制定隧道施工地質工作細則，確定隧道各段的施工地質級別和地質工作內容。
• 確定超前地質預報的級別，明確施工超前地質預報的內容、形式和工作方法。
• 根據超前地質預報及監測的成果，及時進行施工圍巖分級、圍巖穩定性評價和災害評估。
• 制定針對性的防治工程措施，嚴格管理，避免災害的發生。