宜万铁路云雾山隧道溶腔爆破放水技术探讨

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摘要： 云雾山隧道是宜万铁路八座Ⅰ级风险隧道之一，隧道在施工过程中揭示多处大规模溶腔。本文以云雾山隧道高压富水“525”溶腔施工为例，结合相关工程地质水文、超前地质预报和放水试验等方面，确定用爆破放水的方案来处理该溶腔。并对该方案处理隧道高压富水溶腔的施工技术进行了总结和探讨，希望能为类似隧道工程施工提供借鉴。

Abstract： The Yunwushan tunnel is one of the 8 risk I tunnels on Yichang-Wanzhou railway and in the construction， several large cavities were revealed. Taking the "525" cavity with high-pressure and rich water in the construction of Yunwushan tunnel for example， the project of blasting & water-drainage was confirmed to deal with it， combining the concerned engineering geology and hydrogeology conditions， the geologic forecast and draining test. The construction techniques for the project to deal with high-pressure and rich-water cavities are also summarized and discussed， hoping to provide reference for constructions of the similar tunnels.

关键词： 云雾山隧道；溶腔；爆破放水

Key words： Yunwushan tunnel；cavities；blasting & water-drainage

中图分类号：U455.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）15-0149-03

1 工程概况

云雾山隧道位于恩施市白果镇和小溪沟之间。全长6640m，全隧道为单面上坡，洞身最大埋深800m，进口段为三线车站隧道，后过渡为两条单线隧道。隧道穿越地层均为可溶岩，岩溶强烈发育，隧道穿越白果坝背斜和白果坝断裂，区内发育白果坝暗河，大鱼泉、小鱼泉、恶水溪和洞湾管道流系统，地表遍布岩溶洼地、漏斗及落水洞[1-3]，设计单线全隧正常涌水量4.6万m3/d，最大涌水量17.2万m3/d。工程、水文地质条件极为复杂，施工中易发生大规模突水、突泥等工程灾害，施工风险极大。

云雾山隧道施工过程中溶洞极为发育，部分溶洞内地下水存储量大、水压高，且充填泥加砂等物，如2008年7月21日，云雾山隧道出口Ⅰ线在DK245+645掌子面超前水平钻探时，出现涌水涌砂现象，钻孔最大出水量达到800m3/h，水柱喷涌；Ⅱ线DK245+660附近，在钻探过程中最大出水量为600m3/h，测得最大水压0.8MPa，溶腔充填物与Ⅰ线相同，施工难度极大，施工受阻危及隧道施工的安全。为顺利通过溶洞高压富水区段，经多方论证，最终制定了释放溶洞内水压及水量的现场施工方案，而上述方案中，如何安全解除溶洞内水量及水压问题将是顺利通过该溶洞区段的重要环节，因此，本文以云雾山隧道Ⅱ线DK245+525溶腔段为例（文中简称“525”溶腔）重点对该相关技术细节进行介绍，以期为类似工程提供指导。

2 爆破放水方案的实施

2.1 爆破放水前溶洞内水压、水量补给的测试试验 为了进一步摸清溶腔水压力、涌水量和地表降雨量之间的相关性，确定溶腔处理方案，在溶腔附近利用超前探孔进行溶腔放水试验。

现场测试通过3个超前水平钻孔进行放水，每道排水管路到配置了水压表，流量观测围堰，排水量为5000～18000m3/d之间，并设专人全天不间断观测，每1小时对排水量、水压进行观测。10月5日至11月28日共放水44.8万m3，水压在0.43～0.84MPa范围变化（图3）。经过排水试验，该溶腔水位主要受地表降雨补给，地表降雨后通过地表落水洞、岩溶洼地、漏斗及白果坝断裂带等汇集。放水试验表明，溶腔水受大气降雨补给，未降雨时的静态补给量约为5000m3/d；推测动态补给水头高度120m～100m，静态水头高度60m～40m；溶腔内水压在0.43～0.84，最大瞬间水压1.2MPa。

2.2 爆破方案的确定 结合Ⅰ线DK245+610～634段溶腔注浆试验，对于高压富水溶腔采用注浆只能充填溶腔、挤密溶腔充填物，但浆液渗透固结效果不明显；注浆压力达2～3MPa左右以后，增加注浆压力，浆液量增加不多，通过帷幕注浆处理该溶腔施工风险较大。

结合帷幕注浆试验与放水试验，经过多方反复论证并收集相关资料[4-6]，最终确定采用“释能降压、爆破放水、直接揭示”方案。

2.3 爆破放水路线的确定 通过对爆破放水线路进行了现场实地勘察，确定ⅡDK245+525溶腔爆破放水线路：ⅡDK245+525溶腔隧道Ⅱ线绕行横洞洞外排水渠隧道进口东约1km大溶洞（天然河道流水入口），排水线路长度大约3.24km。

2.4 报警系统、逃生路线的确定 确定放水线路后，对隧道Ⅱ线进行了封堵，人员进出都必须经隧道Ⅰ线，在隧道Ⅰ线每300米安装一套声光报警装置。报警装置为手动和遥控两种；洞内每40米安装一个应急照明灯；洞内主要通道口标出疏散标志和通生通道平面图；为了保证DK245+335横通道观察人员安全，在该横通道存有应急灯、救生圈、救生衣和救生筏等应急救生物资。洞内安装了有线电话和洞外泄水指挥中心相连，便于及时联系。为了随时监控了解放水情况，在在洞内ⅡDK245+455拱顶、DK245+335横通道和洞外横洞出水口各安装一部红外防水视频摄像头，在洞外泄水指挥中心随时监控洞内放水情况。

由于云雾山隧道为单面上坡，如爆破后又进口撤离存在一定风险，故爆破后爆破人员乘车经隧道Ⅰ线、迂回导坑至隧道出口撤离的逃生路线。

2.5 爆破具体流程 为了保证爆破一次成功，经过反复讨论最后采用全断面楔形掏槽，炮孔满装炸药、非电毫秒雷管微差爆破方式。

爆破设计确定后，并对爆破施工流程进行了严格规定，具体施工流程如下：搭设钻孔平台测量员布孔钻孔按钻爆图检查钻孔装药检查装药堵塞检查堵塞效果撤平台布电雷管起爆线并将其引入Ⅰ线隧道洞内（Ⅰ线、Ⅱ线）和洞外泄水路线清场检查爆破员乘座爆破专用车在起爆点就位准备起爆破清场合格并上报泄水指挥中心下达起爆命令起爆破员迅速乘车撤向安全地带。

2.6 爆破放水 爆破放水前的各项准备工作就绪后，对“525”溶腔进行了爆破。溶腔成功揭示，15分钟后水到达横洞口，水位达到100cm，持续2分钟后水位下降，到10cm，6小时30分后水位变成4cm。溶腔揭示后，一直有水从+526斜向上小里程上方发育溶腔流出，流量约200m3/h（与预测静态补给量5000m3/d基本相符）。泄水路径长3.24km，计算平均流速为3.59m/s，瞬时最大流量为28452m3/h。突出泥沙至ⅡDK245+200，局部夹块石，直径最大1.8m。

2.7 设置水文观测点 为了便于随时掌握爆破放水水量变化情况，在洞内6#横通道口、绕行横洞口边墙上标水位观测标志线，通过安装于此的红外线视频头观察泄水时水位变化；在正对洞外出水口横洞口的设置水文观测小组，配置1台全站仪和对讲机，观测横洞口水位，并随时报告水位变化情况。

为了取得“525”溶腔与隧道进出口各溶腔的连通关系，在隧道出口DK245+680横通道、DK245+634、DK245+557和ⅡDK245+661设置了水量水压观测点。“525”溶腔成功爆破揭示后，各水量水压观测点观测数据显示水量逐渐减小，水压逐渐降低，在降到0.4MPa时有所停顿，4小时后水量、水压变为零，表明隧道进出口各溶腔相互连通。

3 结论

①“525”溶腔爆破放水成功的经验，可为同类型溶腔处理提供经验和借鉴，也是溶腔处理最直接、最有效的方法，较其他方法[7]节省大量投资。

②在隧道施工中必须采用先进设备多种方法将溶腔发育状态、填充物、储水量等探明，对溶腔危害性进行分析，在分别对不同溶腔采用不同的通过方法，且不可只局限一种或两种方法，此次对“525”溶腔的释能放水就是最好的例证。

③采用爆破放水处理溶腔必须有周密的施工组织，严格的安全措施作为保障，确保每一环节做到位。

④由于溶腔发育极不规则，对溶腔的认识仍然有限，对富水充填性溶腔处理的手段和方法，仍待今后在实践中进一步总结和提高。

参考文献：

[1]薛斌，张民庆.云雾山隧道岩溶发育特征及治理[J].中国工程科学，2009，11（12）：61-68.

[2]陈保立.浅析云雾山隧道岩溶水文地质条件[J].资源环境与工程，2005，19（1）：41-44.

[3]李颖，邹丽萍，解振师.云雾山隧道主要地质问题及施工地质实施方案[J].广东公路交通，2006：81-97.

[4]宜万线复杂长大岩溶隧道地质概况及超前预测预报工作汇报材料[A].隧道地质超前预报技术交流研讨会论文集，2004.

[5]刘招伟，张民庆，王树仁.岩溶隧道灾变预测与处治技术[M].科学出版社，2007，6.

[6]苗德海.宜万铁路岩溶隧道灾害及防治对策[J].铁道标准设计，2007（7）：96-99.

[7]李鸣冲.大型溶腔岩溶发育隧道处理方案分析[J].铁路工程造价管理，2006，21（4）：42-45.