复杂岩溶隧道安全建造关键技术及应用
中铁二院工程集团有限责任公司
我国可溶岩地层分布面积约340万m2，占1/3国土面积，交通隧道工程不可避免会穿越岩溶洞穴、地下暗河、深大富水断裂等复杂岩溶地质，面临涌水突泥灾害、结构体系失稳、地下水环境失衡等三类重大安全难题。长期以来，由于岩溶隧道涌水突泥灾变机制不明、水-岩-结构作用机理不清、灾害防控技术手段不足，给岩溶隧道工程建设、运营安全和环境保护带来巨大挑战。通过十余年对复杂岩溶隧道安全建造关键技术深入系统研究和实践应用，攻克了复杂岩溶隧道面临的涌水突泥灾害、结构体系失稳和地下水环境失衡等安全难题。
一、主要科技创新
构建了复杂岩溶隧道灾害防控与建造理论。揭示了断裂型、管道型和溶腔型三类灾害孕育、潜伏、发生的灾变演化机制；提出了基于工程扰动效应的防突岩体厚度确定方法；建立了多体耦合模型；探明了水-岩-结构相互作用机理；构建了岩溶隧道水量-水压调控机制及设计方法。
创建了复杂岩溶隧道涌水突泥灾害综合防控体系。研发了基于瞬变电磁迭代反演算法的岩溶含水体高效精准探测技术；发明了酸性硅溶胶注浆材料；形成以超前立体式排水与高渗透注浆协同的“减压固岩”涌水突泥灾害防控关键技术；搭建了涌水突泥灾害风险主动调控动态管理平台；创建了“精探测、畅泄排、固围岩、稳岩盘、强支护、重管控”的复杂岩溶涌水突泥灾害防控体系。
创建了复杂岩溶隧道结构安全保障体系。首创了高压富水岩溶隧道分区排水技术，研发了凸壳式排水新结构、施工缝降压减渗新构造、隧底箱型排水新体系，创建了高压（4.5MPa）富水充填粉细砂溶洞全封闭、巨型溶腔拱隧一体、深厚软塑溶洞隧底动静荷载分离结构体系等成套处治技术。
创建了生态敏感区复杂岩溶水环境保持技术体系。建立了岩溶隧道建造全过程水环境影响评价方法，创建了“堵水降渗，限流排放”的水环境保持技术，发明了动水可控改性聚氨酯-水泥复合注浆材料，形成了“防渗隔离-分段聚合-加固减渗”注浆堵水成套技术。
二、项目评价
本项目针对复杂岩溶隧道面临的施工安全、结构安全和水环境安全等关键技术难题，构建了一套岩溶隧道灾害防控与建造理论,创建了涌水突泥灾害综合防控、结构安全保障和生态敏感区水环境保持三大安全保障技术体系，形成了复杂岩溶隧道灾害防控与安全建造成套关键技术，提升了我国复杂岩溶隧道灾害防控与安全建造技术水平，对践行“安全至上”新发展理念、推动我国岩溶隧道勘察设计与安全建造技术水平的进步具有重大引领作用。该项目成果达到国际领先水平。
三、效益及成果
项目成果已直接应用于成贵铁路、贵南高铁、南昆高铁、大瑞铁路等多个项目中，并推广应用于贵广高铁、郑万高铁、渝怀铁路、成兰铁路、南大梁高速公路等岩溶隧道的灾害防控与安全建造之中，实现了岩溶不良地质超前精准探测、灾害精准识别、岩溶涌突灾害超前主动防控，保障了复杂岩溶隧道安全高效建造，显著提升了我国复杂岩溶隧道灾害防控与安全建造技术水平，为我国岩溶隧道建设做出了重大贡献，社会与经济效益显著。