圆梁山隧道是渝怀线上最长的隧道，隧道全长11068 m。隧道地处渝、鄂、黔三省市毗连地区，为川东褶皱山地与鄂西山地、贵州高原的接触带，属中、低山地形。主要发育毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂，向斜区内发育较多横张断裂。地貌形态明显受构造和岩性控制，具带状展布特征，以褶皱构造为骨架，形成北北东向山脉和纵向河谷相间。隧道穿越乌江水系与沅江水系的分水岭——武陵山脉。地形条件十分困难，地质条件异常复杂，该隧道施工难度极大，被称为“国内隧道设计、施工禁区”。该工程主要工程地质问题有：岩溶涌（突）水、高水压、高应力及煤层瓦斯，其中岩溶、高压富水地质是最为关键的问题。
圆梁山隧道通过地层岩性主要为灰岩、灰岩加煤系地层、泥岩、粉砂岩、泥灰岩、白云岩。隧道穿越区域主要为毛坝向斜、桐麻岭背斜及伴生断裂。如图10-37 ，毛坝向斜走向为东西向，西翼高，东翼低，呈长舟形，为一封闭的可溶的不透水的盆装构造，毛坝向斜段隧道埋深780m。
为保证圆梁山隧道的安全正常顺利施工，有效地采取针对性措施，确定并选择有效的注浆施工方案，在圆梁山隧道施工中采取四种地质超前预测预报手段，即超前探水孔钻探、红外线超前地质预测预报、TSP超前地质预测预报和地质素描综合判断。
超前探水孔钻探是预报地层的最有效方法。如图10-38 ，平导超前探水孔在平导开挖面布设。根据机械配置特点，超前探水孔共布设4个，2个位于上部拱腰处，另2个位于边墙部位。超前探水孔采用 MKD-5S 地质钻机施钻，钻孔直径 ϕ90mm，探水段长30m，终孔位于隧道开挖轮廓线外1.5 m。
2002年1月31日，在PDK354＋244.5～＋274.5段施作超前地质探孔前，掌子面拱顶偏左侧有一竖向张裂隙，自拱部开始向下延伸30～50cm长，宽度2～4cm，裂隙处流水量为10m3/h，掌子面其余部位均无水，岩性为灰岩。2月1日0：10开始进行探水孔施工。在探水孔施作过程中，首先探1、探2分别钻至6 m、7.5 m时开始出水，但水量不大，同时可以看到拱顶左侧裂隙涌水点处涌水量明显减少，这说明探1、探2和拱顶左侧涌水点明显存在着水力联系。在继续钻孔过程中，探3钻至15 m时钻孔内出现涌水、涌泥，开始时表现为混浊水，含有部分角砾石，然后继续钻进时，顺钻杆周壁流出塑状粘泥，钻进速度极快，此现象持续10min。之后，又表现为涌水（混浊状）现象。钻至27 m时，进入岩层。在探3出现涌水、涌泥后不久，探4钻至12 m左右，也表现为涌水、涌泥现象，至接近终孔30.2 m时，地层变为岩层。探2钻进过程中未表现出涌水、涌泥现象，岩体破碎。探1最后结束，钻至18 m时钻进速度较快，也表现出涌水、涌泥现象，该孔和探4连通性极强。钻孔过程中测试掌子面探测里程段内探测孔总涌水量为35 m3/h左右。钻探结束后，各孔涌水量依次为探1、探2基本无水，探3涌水量为15 m3/h，探4涌水量为20m3/h，探3、探4涌水量约占钻孔孔径位的1/3～1/2，且随时间的变化而波动（脉冲状态），这是溶洞内地下动水压所致，涌水表现压力较小。由探水孔施作过程所表现的状况来看，平导由PDK354＋261.5里程位置开始发育一贯通性强，宽约12～15 m的大型溶洞，内含大量淤泥、砾石，富水，该溶洞构造通过四个超前探水孔涌水量累计为35 m3/h，水头压力可能受淤泥阻挡未完全表现。为进一步确定溶洞状况，到2月3日平导开挖施工至PDK354＋255.8时停止开挖，随之进行第二次超前探测工作。此时掌子面为泥岩，岩石破碎，夹部分灰岩，有3层各30～40cm宽的夹泥层。左下角有一小溶洞暴露，填充粘土。
图10-37 毛坝向斜段工程地质图
图10-38 平导超前探水孔设计图
（单位：cm）
第二次超前探测自2月3日11：10开始。为探测溶洞大小，探3外插角14° ，探4上仰7°。探3钻至1.5 m时，钻进容易，为淤泥质粘土，钻至13.2 m时钻进速度开始变慢，为岩层，钻孔过程中孔内基本无流水，钻至16 m时仍表现为岩层，停止钻探。探4钻至5.5 m时开始进入淤泥质粘土，钻至19 m时钻进速度开始变慢，进入岩层，探4涌水量约10m3/h。探1钻至7.2 m时，钻入淤泥质粘土，钻至10m左右进入岩层。
（1）工程地质
结合已开挖的地质状况和红外线超前探水预测预报、TSP超前地质预测预报，经综合分析可得出：圆梁山隧道进口端平导里程为PDK354＋255～＋275地段范围内发育一贯通性强、近东西向、宽约12～15 m的大型溶洞，内含大量淤泥、砾石，富水。地层岩性为泥岩和灰岩的接触带，岩体破碎、裂隙发育、自稳能力较差。根据地层岩性判断，该段地层可能处于吴家坪组向长兴组过渡的地段。该溶洞在平导横断面及平面分布如图10-39。
图10-39 溶洞分布图
在溶洞探测及施工过程中，发生了涌水涌砂现象，对涌出物进行成分含量及筛分试验，以确定地质状况。
2002年2月23日20：30对突泥进行取样分析，突出的粘泥黏度较高，其成分除含有少量的粉砂和炭质泥岩碎块外，基本均为粘土。3月4日在工作面进行取样，经分析，前期涌出物为粉细砂，含有少量砾石。3月5日工作面对后期涌出物取样并进行经筛分试验，由试验数据绘制涌出物成分比例图，如图10-40。绘制涌出物筛分曲线，如图10-41。
由涌出物成分比例图、涌出物筛分曲线图来看：后期涌出物中粘土、砂、砾石、水比例基本相同，涌出物累计筛余百分率曲线基本呈直线分布，可见原地层填充物在未受到压力水冲出前，其级配相当合理，呈较致密结构。
（2）水文地质
1）由探水孔的涌水冲出物来看，在整个观测过程中，涌水基本为混浊水，不含或含有少量胶泥和角砾石。在10m的开挖施工期间，测试出各探水孔涌水量，如图10-42。
图10-40 涌出物成分比例图
图10-41 涌出物筛分曲线
图10-42 探水孔涌水量分布曲线
由各探水孔涌水量变化曲线来看，探1、探3、探4各探水孔水量呈无规律交替变化，探2基本保持无水，各探水孔最大涌水量为25 m3/h，但总涌水量基本保持不变，约35 m3/h，可见掌子面前方存在的水源头不止一个，且为动水压。
2）测试溶洞段涌水量，绘制涌水量变化曲线，如图10-43所示。
由涌水量变化曲线来看，2002年3月3日1：50在进行全断面超前预注浆时，由掌子面左侧拱腰和右侧拱顶位置出现了涌水、喷泥现象，该现象持续5min后，涌水、喷泥现象消失，此时涌水量为90m3/h。在继续进行注浆施工时，于3：50和6：40也相继发生了涌水、喷泥现象，持续时间均为5min左右，涌水量达到120m3/h、200m3/h，6：40～12：30期间，相继发生了涌水和涌泥现象，其涌水量均小于200m3/h。3月4日12：30和3月5日5：00 ，又发生了两次特大涌水和涌泥现象，受测试条件所限，测出当时涌水量大于400m3/h。之后，涌水量基本稳定，未再发生大规模的涌水和涌泥现象。
图10-43 涌水量变化曲线图
3）注浆施工过程中表露：溶洞的上、下部和围岩交界部位均有压力水存在。