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摘要：目前关于隧道涌水塌方的研究相对较多，但是对于突泥涌水的发生依然难以避免。由于隧道工程项目施工所处的地质状况较为复杂，且不可预见性较强，都会导致隧道施工中出现突泥涌水塌方现象。因此文章结合工程实例，对隧道突泥涌水塌方形成的原因以及处治技术进行了详细的探讨，期望能够起到一定的借鉴作用。
关键词：隧道；涌水塌方；成因；处治技术
隧道、隧洞水的主要来源有:地表水体、老窖或古矿洞水、溶洞或暗河水、断层水、含水层水。它们一方面通过发生涌水或突水威胁施工，另一方面通过软化软质岩提高围岩级别(降低围岩类型)影响围岩稳定性。涌水及塌方是隧道施工过程中最常见的病害，也是最典型的工程病害。一旦发生大规模涌水，不但对施工造成巨大损失，而且会引起浅层地下水枯竭。因此要想确保隧道的顺利贯通，就必须做好涌水及塌方这些最常见病害预防工作，并在病害发生之后做好处治措施，这不仅是施工需要，而且也是以后的运营需要。
一、工程实例
某隧道为高速公路一座上下行分离隧道。左幅起讫里程桩号为ZK55+211～ZK56+085，长874m，最大埋深约105m；右幅起讫里程桩号为YK55+215～YK56+111，长896m，最大埋深119m。
隧道施工采用传统的钻爆法，分台阶实施，支护系统采用复合式衬砌，二次衬砌整体浇注。隧址区属山脊地貌，路线整体上沿西东向山脊展布，总体上北高南低。隧道进口处紧靠山间冲沟地带，地面标高一般880～920m，相对高差约40m，自然边坡坡向约0～30°，坡度5～20°，隧道出口处紧靠山间冲沟地带，地面标高一般840～880m，相对高差约40m，自然边坡坡向约110～130°，坡度10～30°。揭露(出露)地层为第四系全新统残坡积(Q4el+dl)粉质黏土、碎石、块石，奥陶统湄潭组(01m)泥岩、泥灰岩、灰岩。出露岩层属向斜构造，层面产状为81～295°，∠6～12°，进口处主要发育两组节理面:J1，245°∠85°；J2，350°∠80°；出口处主要发育两组节理面:J1，60°∠85°；J2，85°∠73°；均为闭合节理面。进出洞口节理较发育。
隧址区地表水分布于季节性冲沟；地下水主要为第四系松散空隙水、岩溶孔隙裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水，大气降水是隧址区的地下水的主要补给来源，隧道钻孔均揭示有地下水，水位埋深约1.1～45.7m。隧址不良地质现象主要为岩溶。根据钻孔CSK37所揭示，发育溶洞，全充填碎石，洞径1.1m。根据地质调绘，YK56+000右67m发育溶洞，洞口1.5×1.5，常年流水，水量随季节性变化，调查期间，流量为0.5L/s，为高石坎附近居民用水。ZK56+030右45m发育溶洞，洞口5m×2m，深度5～6m，干洞。
二、涌水塌方成因分析
（一）涌水塌方情况
该隧道工程在采用台阶法施工的过程中，第一次在隧道左洞掌子面桩号ZK55+986突然发生涌泥现象，涌泥布满隧道内，长约30.6m，平均高度约5.4m。左洞发生涌泥大约2h后，右洞掌子面桩号为YK56+029发生涌泥、塌方现象，涌泥布满隧道内长约10.8m，平均高度约3.4m。接着第二次涌泥现象发生，长约10.2m，平均高度约3.6m。由于涌泥、涌水塌方的发生，掌子面处的部分钢拱架出现损毁现象，喷射混凝土剥落严重。因此对涌泥段后方围岩段进行了围岩变更，ZK55+998－ZK55+991桩号范围内围岩级别由原设计S－Ⅲa型变更为Vc级，I8型工字钢，间距为1m。
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（二）成因机制分析
根据涌水塌方的发生频率、突涌物成分结合超前地质预报情况分析，认为涌水塌方段溶腔是构造破碎带溶蚀引起的，溶腔内充填强度较高的破碎岩块及泥浆，左右洞涌泥、坍塌部位同属于一个破碎带，水系连通，破碎带与隧道轴线交角约75°。由于破隧道溶腔以及丰富的地下水的存在，都为突泥涌水提供了必要条件，当隧道开挖到破碎带溶腔处，由于开挖卸荷作用及地下水的汇聚产生了巨大的静水压力，地下水由静态逐渐转为动态，冲刷裂隙、空隙，表现为已开挖段的淋水、股状涌水。地下水不断向已开挖空间涌出，带走松散的泥碎石等，使得岩块之间的空隙逐渐扩大成大小不等的空腔。
随着继续开挖，掌子面的支撑力不足以抵抗巨大的静水压力和突涌物的冲击力时，就会造成突泥涌水塌方事故的发生。
三、数值模拟分析
为了进一步分析涌水塌方的成因机制，解释溶腔对隧道开挖的影响作用，采用 FLAC 数值软件模拟溶腔存在的条件下，隧道开挖过程中围岩受力变形情况。
（一）模型建立
为了分析简便，假设溶腔位于隧道上方，溶腔中存在泥水混合物，隧道跨度取 11m，高8m，屈服准则采用摩尔—库伦准则，进行网格划分。
（二）结果分析
由数值模拟结果可以看出，当隧道掌子面距溶腔10m 时，围岩开始发生竖向变形，围岩应力开始增长，掌子面开挖到溶腔下方时，围岩变形和应力持续增大，说明溶腔存在的条件下，隧道开挖时围岩受到影响较大，如果不及时采取措施或者采取措施不当，很容易发生涌水塌方灾害。加强超前地质预报工作，探明掌子面前方的地质情况，及时采取超前支护措施是预防涌水塌方的重要措施。
四、隧道突泥涌水塌方的处治技术
（一）稳定掌子面
为保证掌子面围岩稳定，采用10cm厚喷混对掌子面进行封闭，另外在掌子面附近架设临时钢架支撑，临时钢架可采用角撑支撑在稳定的围岩上或已完工的拱架上。地表采用砂浆封闭，对可见的渗水裂隙采用填补灌浆的方式进行封闭，尽量减少地下水的下渗。此外，在超前支护工作完成前，切不可盲目进行清渣工作，等做好稳定措施后，确保突泥涌水段稳定安全的前期下进行下一步开挖工作。
（二）超前锚杆
采用Φ76自进式锚杆施作超前支护，锚杆环向间距20cm，倾角约10～15°，锚杆从已施工完成的加强段落开始施作，端部桩号YK56+035，锚杆长度保证前段入岩长度不小于2m，锚杆钻进过程中对溶腔内泥土体进行注浆加固。
（三）超前管棚及加密钢架
由于考虑到本次突泥涌水量较大，溶腔影响范围较长，建议在通过溶腔破碎带段采用超前大管棚预注浆加固，大管棚可采用Φ108，壁厚10mm无缝钢管，长度可根据溶腔长度确定为35m，横向间距为100cm，节段之间采用丝扣连接。
施工时管棚以外插角1～2°打入围岩，钻进时应注意不能堵塞注浆孔，管棚施工完毕后，对溶腔破碎带段进行注浆加固。
为保证开挖过程的稳定，变更设计中还加强了初期支护的强度，钢架采用I18型，间距减小为1m。
（四）导排地下水
随着掌子面的开挖，根据钻孔揭露的地质情况在仰拱开挖完成后在仰拱底部预埋Φ10cm排水管，从而保证破碎带的水系不被破坏，引排地下水的过程中注意泵送混凝土回填空腔，保证施工过程掌子面及初期支护的稳定。
总之，文章重点分析该隧道工程出现突泥涌水塌方的具体原因，并由此提出相应的塌方处治技术。经过后期监控量测对塌方处治效果进行评价，验证了塌方处治技术的合理性。期望能够起到一定的借鉴作用。
参考文献
[1]王鹏.乌鞘岭隧道涌水原因分析及处治措施研究[D].长安大学,2012
[2]杨晓东.强风化混合花岗岩断层破碎带隧道涌水处治措施研究[D].长安大学,2015
[3]许国平.巴怀隧道特大塌方成因机制及处治措施探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2012,06
论文作者:周廷达
论文发表刊物:《基层建设》2016年10期
论文发表时间:2016/8/3
标签：隧道论文; 围岩论文; 地下水论文; 发生论文; 超前论文; 成因论文; 节理论文; 《基层建设》2016年10期论文;