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岩溶地区Ⅴ级围岩段隧道施工技术研究报告
1 概述
1.1 研究背景及必要性
地球上约有15%的地形是喀斯特岩溶地貌，我国是世界上岩溶分布面积最广的国家之一。在我国，岩溶分布纵深横广，除了形成北方以山西为中心、西南以贵州为中心的两片面积瞩目的岩溶高原外，还有着更为广阔的地理环境跨度。由北纬30的南海礁岛直到北纬480的小兴安岭地区；由东经740的帕米尔高原直到东经1220的台湾岛；由青海盐湖直到东部海滨，均分布着岩溶地貌，已见于23省区，其中大部分分布于东部地区的桂、粤、黔、湘、赣、川、鄂等省区。在我国境内，可溶岩分布面积可达340万平方公里，约占我国国土面积的1/3。其中，裸露于地表的碳酸盐岩面积为9.1万平方公里，接近我国国土面积的1/10。
如此广阔的岩溶分布面积，严重影响着我国交通基础设施的建设与发展。据统计，截止到1989年底，我国已建成长大隧道63座，其中隧道洞身穿过岩溶地层的有26座，占长隧道总数的41.27%。在这26座工大隧道的修建过程中，几乎不同程度地遇到了恶劣的地下岩溶突水、突泥灾害。
XX隧道位于XX市，是典型的喀斯特岩溶地区，隧区隶属低山溶蚀峰丛地貌，围岩类型大部分为Ⅴ级，为石炭系大塘组燧石灰岩，灰岩，弱风化，属Ⅴ级次坚石，溶蚀强烈，地表灰岩溶沟，溶槽，溶隙发育呈峰丛，峰林状，多处见溶洞，地质情况复
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岩溶地区Ⅴ级围岩段隧道施工技术研究报告
杂，溶岩发育强烈，施工中容易出现岩溶塌陷引起的洞内塌方及涌水突泥等地质灾害，施工难度大。如何规避岩溶隧道工程灾害的发生，控制地面坍陷和地表沉降是本隧道施工中亟待解决和技术难题。
我公司虽有过多条隧道施工的经历，但在岩溶地区进行隧道施工尚属首次。因此，以XX隧道为依托工程，对岩溶地区隧道施工技术立项进行专题研究，就本工程而言，不仅在确保工程安全优质高效施工、降低工程成本上具有十分重要的作用，对提升企业的技术水平、增强核心竞争力和社会信誉度亦有非常重要和积极的意义；同时，伴随着国家高速铁路的快速发展，隧道工程在施工中比例的增加，如能总结出一套较为成熟的技术与工艺，对今后的类似工程必将起到良好的指导作用。
1.2 国内外研究现状
岩溶问题是一个世界性的课题，在各国在工程建设中，均遇到了各种各样的岩溶地质灾害。国内外对于岩溶隧道的研究，在岩溶成因、探测预报、工程处治措施等方面做了较深入的研究，但探测预报精度还是不高，岩溶处治无系统可行的措施。
21世纪是我国向西部开发的世纪，也是人类将地下空间作为资源开发的世纪。我国又是多山国家，三分之二的国土由不同类型的山脉、高原组成。我国“西部大开发”战略的实施、铁路公路交通工程、水电工程、南水北调工程、各种矿山工程以及军工防护工程等的大发展，都离不开大量隧道、隧洞的修建。由于隧道、隧洞都处于地下各种复杂的水文地质和工程地质岩体中，因此对各类岩溶问题的处理尤为显得关键。
1.3 课题依托的XX隧道简介
隧道全长408m，进出口里程为DK626+672～DK627+080，全隧均位于右偏曲线上，双线线间距4.6m，隧道纵坡为单面上坡，坡度2.3‰。
设计行车速度250km/h，重型轨道有砟道床。进出口均采用接长明洞，洞门采用斜切式洞门。采用出口独头掘进，弃碴用作路基填料。
隧道穿越一座孤峰山体，进出口基岩破碎，坡面危岩落石分布；洞身基岩为灰岩，节理发育，水质无侵蚀，埋深较浅。进出均采用接长明洞（进口明洞长25m，出口明洞长60m）和洞顶设臵0.4×0.6m的M10浆砌片石截水天沟，边仰坡采用锚喷和骨架护坡进行防护，在天沟外侧5米处采用防护网进行山体危岩落石防护。
隧区隶属低山溶蚀峰丛地貌，地形起伏大，高程125～210m，相对高差20～85m，山体坡面植被发育，主要为松树，自然坡度10o～45o, 局部为陡壁。基岩零星出露。隧道进口段傍山而行，存在一定地形偏压。
隧区内地表水不发育，地下水类型主要为孔隙水，基岩岩溶裂隙水，测区地下水位低，大部分钻孔无水位。雨季下暴雨时可能发育管道水，隧道施工可能存在短时的
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涌水涌泥现象。
1.3 主要研究内容及研究目的 1.3.1 主要研究内容
（1）岩溶地区隧道特点 （2）洞身开挖方法 （3）隧道超前地质预报 （4）岩溶处治技术 （5）监控量测实施
1.3.2 研究目的
通过研究，解决和掌握岩溶地区隧道施工的关键技术和关键工艺问题，特别是研究岩溶综合探测预报技术的应用，以提高预报精度。针对岩溶的类型、规模制定系统可靠处治措施，保证隧道的施工。掌握和积累在该条件下的隧道施工经验。锻炼一批技术人才，并将指导以后类似工程的施工。同时填补公司在此方面的空白。
2 岩溶地区特点及岩溶隧道施工中常见病害
2.1岩溶的定义
岩溶（karst）译喀斯特。源于前南斯拉夫的一个地名。
岩溶指可溶性岩石，特别是碳酸盐类岩石（如石灰岩、石膏等），受含有二氧化碳的流水溶蚀，有时并加
以沉积作用而形成的地貌。往往呈奇特形状，有洞穴、石芽、石沟、石林、溶洞、地下河也有峭壁。此种地貌地区，往往奇峰林立。
通常指岩石裸露、草木不生、具有洞穴、落水洞、地下河而缺乏地表河流和湖泊的地区。是地下水对可溶性块状石灰岩溶蚀的结果。
2.2岩溶的形成条件
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促使喀斯特发育的条件是︰ 1.具有可溶性岩层；
2.具有溶解能力和足够流量的水； 3.地表水有下渗，地下水有流动的途径。 三者缺一不可！
2.3形成过程
地表水在运动过程中对所经过的沉积物或岩石有着重要的侵蚀作用，既包括水动力作用下的碎屑物搬运，又包括水对岩石或沉积物的化学溶蚀作用，还包括碎屑物在搬运过程中的磨蚀作用。喀斯特地貌就是地下水对碳酸盐岩侵蚀作用的结果。在水流作用下，形成陡峭的海岸、弯曲的沟壑、高高的冰蚀悬谷、气势磅礴的大峡谷。“滴水穿石”也是水的化学侵蚀作用的写照。
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，后者可溶于水，于是有空洞形成并逐步扩大。这种现象在南斯拉夫亚德利亚海岸的喀斯特高原上最为典型，所以常把石灰岩地区的
这种地形笼统地称之喀斯特地形。
2.4形态（表现形式）
1）地表水沿灰岩内的节理面或裂隙面等发生溶蚀，形成溶沟（或溶槽），原先成层分布的石灰岩被溶沟分开成石柱或石笋。
2）地表水沿灰岩裂缝向下渗流和溶蚀，超过100m深后形成落水洞。 3）从落水洞下落的地下水到含水层后发生横向流动，形成溶洞。 4）随地下洞穴的形成地表发生塌陷，塌陷的深度大面积小，称坍陷漏斗，深度小面积大则称陷塘。
5）地下水的溶蚀与塌陷作用长期相结合地作用，形成坡立谷和天生桥。 6）地面上升，原溶洞和地下河等被抬出地表成干谷和石林，地下水的溶蚀作用在旧日的溶洞和地下河之下继续进行。云南路南的石林是上述第一阶段（溶
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