清明上河图 2013
野三关隧道大型高压富水充填溶腔运营期深化处理技术韩小敏
（中国铁路武汉局集团有限公司襄阳工程建设指挥部，湖北襄阳441000）
摘要：宜万铁路野三关隧道在建设期间采用“释能降压、注浆加固、超前支护、结构加强、综合治理”的原则安全处理并顺利通过DK124+602大型高压富水充填溶腔。开通运营近10年
来，隧道结构总体稳定，但也发生了强降雨期间溶洞内岩溶水不能及时排放、反灌正洞致中断
行车的现象。为进一步降低隧道安全风险，加强排放强降雨期间“+602”溶腔内可能形成的短
时高压水，精准实施新增高位排水支洞方案，深化处理溶腔并于2020年汛期取得实效，有效引 排了高位岩溶水，确保了宜万铁路的运营安全，为类似工程问题处理提供了借鉴。
关键词：野三关隧道；高压富水充填溶腔；新增排水支洞；深化处理；运营安全佳能s45
中图分类号：U455.4文献标识码：A文章编号：1001-683X（2021）03-0033-08
DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2021.03.033
0引言
宜万铁路（湖北宜昌—重庆万州）于2010年12月22日开通运营。野三关隧道位于恩施州巴东县碗口河和支井河之间，全长13833m，为宜万铁路全线最长隧道，
是全线8座Ⅰ级高风险岩溶隧道的典型代表。隧道最大
埋深684m，线路纵坡为人字坡；在Ⅰ线线路右侧30m
通过扩挖平导形成Ⅱ线；在Ⅰ线线路左侧20m处增设排
水洞1座，长5413.5m［1］。野三关隧道纵断面见图1。
隧道位于二溪河、苦桃溪深切河谷底部，隧道洞
身通过的可溶岩地层和断层，岩溶发育强烈，水文地
质条件、地质构造复杂。其中3号暗河对隧道影响最
大，暗河呈带状分布、在隧道上方斜穿，排泄基准面
标高为1050m，高于隧道220m，暗河通过岩溶裂隙、
断层等通道与隧道的水力联系较强；区内共发育12条
断层，其中F18断层切割、连通3号暗河。3号暗河及F18断层地质平面及典型水文地质断面见图2、图3。全隧道施工最难点为“DK124+602高压富水充填溶 腔”（简称“+602”溶腔）且存在重大突水涌泥地质
风险［2］。
张梅［3］在宜万铁路实践中提出释能降压法，并在
作者简介：韩小敏（1981—），男，高级工程师。
E-mail：***************
野三关隧道大型高压富水充填溶腔运营期深化处理技术韩小敏
云雾山等4座岩溶隧道中成功应用。龙洪［4］结合广西六宜高速公路关西隧道具体情况，通过FLAC 3D 有限差分软件进行数值模拟，揭示隧道发生涌泥的机理。莫阳春［5］结合达成铁路某岩溶隧道，建立岩溶隧道三维实体模型，并利用FLAC 有限差分法对围岩稳定性进行数值模拟研究。刘招伟［6］结合圆梁山隧道的具体工
程实际，综合利用室内模型试验和数值分析等方法，提出了相应的超前预报方法和安全控制技术。邬强［7］结合齐岳山隧道的工程实际，研究如何对隧道涌水量
进行预测。曹虎奇［8］针对岩溶地区溶腔的发育特征、隧道在岩溶地区施工对溶洞的超前探测方法进行总结分析，并就岩溶区隧道治理技术进行了研究。张建设［9］结合长昆线隧道施工，制定综合超前地质预报技术体系实施方案。中南勘察设计院集团有限公司［10］
利用无线技术野三关隧道新增排水支洞施工对既有隧道
影响实施了监测监控。
图1野三关隧道纵断面
图23
号暗河及F18断层地质平面
图33号暗河典型水文地质断面
野三关隧道大型高压富水充填溶腔运营期深化处理技术韩小敏
目前，针对高风险隧道高压富水溶腔的深化处理技术不系统和不完善，缺乏具体的针对性。为进一步降低高压富水溶腔隧道长期运营安全风险，加强排放强降雨期间溶腔内可能形成的短时高压水，经科学分析研究确定精准实施新增高位排水支洞方案深化处理并于2020年汛期取得实效，有效引排了高位岩溶水，确保了铁路隧道运营安全。
1溶腔深化处理必要性
1.1“8.5”事故概况
2007年8月5日凌晨1时，Ⅰ线隧道施工至DK124+
602处时，掌子面附近发生大规模突水，并伴有大量泥
沙、块石（最大粒径约2m ）涌出，峰值突水持续约半小时，至2：30时涌水量恢复正常，峰值总突水量约15.1万m 3、泥石量约5.35万m 3；突水点附近约200m 洞
身被涌出的块石、泥沙充满，距突水点500m 处淤积泥沙厚度约3m ，向大里程方向淤积泥沙厚度逐渐减薄，最大涌水高度约7m ；峰值突水后，每半小时涨落一次，涨落幅度3～5cm ，8月6日隧道出口涌水量降至26万m 3/d 。
“8.5”事故发生后，经过专家多次会诊论证，根据溶腔规模、与隧道空间关系、充填性质、涌水量补给等工程地质水文特征，综合考虑隧道施工安全、进度、工期、投资等因素，参考国内外相关工程案例，采用“释能降压、注浆加固、超前支护、结构加强、综合治理”方式对2009年“+602”溶腔进行了有效处理，隧道安全通过溶腔。“+602”溶腔处理平面示意见图4。
1.2运营期病害情况
宜万铁路开通运营近10年来，野三关隧道溶腔地段局部衬砌出现了渗漏水、裂纹等病害，但隧道结构总体处于稳定。运营中由于封堵墙部分排水孔堵塞，
强降雨期间溶洞内岩溶水不能及时排放而抬高溶洞内地下水位，排水洞局部地段支护结构破坏、岩层垮塌造成排水洞堵塞严重，丧失部分排水能力，导致雨季排水洞岩溶水反灌正洞，2016年7月在下行正线轨道形成红光带致行车中断。此外，运营以来既有排水洞和排水支洞与溶腔连接的溃口长期受充填物淤堵，形成高水压后造成排水洞2次大规模突水涌泥石，前后清淤约3000m 3。排水洞封堵墙处排水及清淤作业情况见图5、图6。
1.3溶腔深化处理必要性
清淤抢险期间采取系统疏导排水洞泄水孔，增加
钻孔加强排水，尽管已采取相关截排措施，但仍存在
封堵墙排水孔再次堵塞、岩溶水头上升、从其他衬砌
护理安全薄弱环节再次形成病害影响铁路运营的可能；为确保隧道长期运营安全，进一步加强排放暴雨期间溶洞内可能形成的短时高压水，对野三关隧道岩溶水情况综合研究并进行深化处理很有必要。KINGXCON
图5排水洞封堵墙处排水情况
图4
“+602”溶腔处理平面示意图
图6排水洞清淤作业
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2深化处理总体技术方案
鉴于宜万铁路运输繁忙、“+602”溶洞规模宏大、充填物性质复杂且量大、富含高压水、不确定因素较多、洞内处理带水作业困难大、处理效果不佳且易反复等情况，经多次专家论证，认为在既有排水洞合适位置新增高位排水支洞，进一步接通溶腔排放强降雨期短时聚集高压水，是稳妥可行、能保证永久运营安全的处理方案。同时为确保新增排水支洞施工安全和正线运营安全，将超前地质预测预报、洞内外水文监测、施工防灾报警系统、既有正线隧道的结构和振动监测等一并纳入方案设计和实施。新增高位排水支洞方案如下。
（1）平面位置。在既有排水洞左侧约40m处设置1座长约420m的排水支洞。新增排水支洞距3号过水通道中线左侧25m。
（2）纵坡。新增排水支洞起点为既有排水洞PDK125+050（对应Ⅰ线里程为DK125＋050）边墙附近，排水支洞起点坑底标高833.51m；终点位于既有排水洞PDK124+640（对应Ⅰ线里程为DK124+640）左侧40m处溶洞附近，坑底高于DK124+640处正洞拱顶约26.5m，终点坑底标高873m，新增排水支洞综合纵坡为9.4%。
超导电机（3）新增排水支洞衬砌断面。为方便排水及运输作业，采用无轨运输单车道辅助坑道断面，断面净空宽5m、高6m。
（4）施工方法。排水支洞采用控制爆破施工，并严格控制爆破震动波速，爆破振速不大于5cm/s。排
水支洞爆破施工在既有线封锁点内进行，加强监测，设置视频监控，确保运营安全。
新增排水支洞平面示意见图7，DK124+640横断面示意见图8。
3实施过程关键技术
3.1超前地质预报
在分析既有勘察成果基础上，采用地质素描、物探、超前钻探、加深炮孔、水文地质监测等相结合的方法进行综合超前地质预报。在预报过程中揭示地质条件与设计不符时，及时调整预报方案。主要预报方案如下：
（1）地质素描每次施工循环1次；（2）长距离弹性
波反射法100m/次；（3）在地面地质勘察的物探异常体、可溶岩与碎屑岩岩层分界面、洞内长距离探测异常等，采用地质雷达超前探测，每次探测距离不超过30m；（4）异常地段中距离超前钻孔2～3孔详细探测；（5）加深炮孔7孔贯通；（6）水文地质监测：超前钻孔、重要出水点、集中汇水点、重要井泉等均需水量监测，每天1次，水量变化时，加密频次；每个超前钻
孔不少于1次水压监测；降雨量监测连续进行，每天记
录日降雨量。
图7新增排水支洞平面示意图
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3.2防灾报警系统
设置排水洞施工防灾报警系统，目的是针对排水洞施工期间可能发生的突水涌泥、塌方等突发灾害，通过该系统的实施，使施工人员获得更多的逃生或自救时间，将人员伤亡和财产损失降到最低。防灾报警系统的主要内容包括声光报警、应急通信及电视监控、应急照明、逃生设备等。
3.2.1声光报警
野三关隧道工程新设排水支洞1处，施工地点单一，出现紧急情况时，所有相关作业人员往万州方向排水洞口撤离。当现场突发涌水等灾害时施工人员或安全检查人员按下附近应急报警按钮，系统立即启动全线声光报警器提示人员撤离。可在第一时间警报施工人员撤离现场，为施工人员赢得时间，从而最大限度减少伤亡，达到安全施工；该系统便于安装，可重复使用。
3.2.2应急通信及电视监控
开元释教录在野三关隧道新增排水支洞洞口（对应里程K1234+272）和洞底封堵墙处（对应里程K1233+867），共2处监控点新设1080P高清摄像机各1台。
新设摄像机采用隧道内壁挂架方式安装，监控摄像机采用1080P带夜视和视频分析的网络摄像机。新设视频光缆采用GYTZA53-ZR型12芯光缆，供电电缆为阻燃型电力电缆。视频光缆和供电电缆沿铁路敷设时应在铁路一侧既有电缆槽敷设，光缆敷设在通信电缆槽内，电力电缆敷设在电力电缆槽内。在排水洞内采用隧道壁挂方式敷设。
3.2.3应急照明及动力配电
在野三关隧道新增排水支洞出口处设1套应急照明配电箱，应急照明配电箱由施工用变压器低压侧接引1路220V电源。应急照明灯具在排水支洞内每隔40m 设1盏，灯具为自带蓄电池应急照明灯，灯具应急时间为90min，灯具容量每盏按20W计，应急照明回路由排水支洞出口处应急照明配电箱接引220V电源，电缆采用沿排水洞壁挂钩敷设。
应急照明灯具照明线路通过设置的照明配电箱接入施工照明线路上，排水支洞内施工照明作为正常照明，此时应急照明灯具内蓄电池充电，当排水支洞内施工照明线路停电，应急照明启动。
3.2.4逃生设备
野三关隧道新增排水支洞施工期间可能出现大的突水涌泥情况，为保证施工人员有效逃生，根据作业
人数及一定的备用率配备自动充气救生服及救生圈，
顺坡排水施工地段各开挖工作面配备一定数量的自动
充气救生筏，由专人负责维护及管理。
救援设备由专人负责维护及管理，事故发生时由图8新增排水支洞DK124+640横断面示意图
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