广东省路桥建设发展有限公司 广东省广州市 510623
摘要：文章通过笔者的工作经验和实践，主要针对北岭山隧道施工中出现涌水突泥的原因进行了分析，从中提出了突泥涌水的处理方法，通过处理后的结果表明，此处理技术不仅节省隧道的建设成本，而且也提高了隧道的施工质量和进度，值得大家在类似的地质灾害中应用与推广。
关键词：隧道施工 突泥涌水 原因 处理方法
引 言
随着我国经济的飞速发展，我国公路建设规模也越来越大。然而，在公路隧道建设过程中，由于山区地质、水文条件复杂，地质勘探资料无法全面反映山体内部情况，在施工过程中经常遇到突泥涌水事故，造成重大的生命财产损失，隧道突泥涌水问题引起了人们的广泛关注。因此，如何正确地处治突泥涌水事故，提高隧道施工的质量及进度，确保施工人员的生命安全具有重要的研究意义。本文结合工程实例，主要就北岭山隧道施工中出现的涌水突泥及处理方法进行了研究。
1．工程概况
广佛肇高速公路北岭山隧道位于肇庆市端州区的北岭山，线路呈大“S”形展布，在K44+600垂直穿越近南北向的分水岭。隧道进口端位于肇庆市端州区大塘围北部约1Km的山坡；出口位于小湘镇镇南村南部山坡。为路线穿越低山丘陵区而建设，隧道总体走向呈近东西向。隧道采用分离式，其中：左线起讫桩号ZK42+870～ZK47+160，长4290m；右线起讫桩号YK42+865～YK47+125，长4260m，建筑限界(宽×高)11.0m×5.0m，属特长隧道。围岩级别为Ⅲ～Ⅴ级，其中ZK47+055～ZK46+628段原设计为Ⅴ级围岩，该段围岩主要为中风化粉砂岩，裂隙发育，岩石较破碎，呈镶嵌碎裂结构，结合性较差，岩石完整性较差，地层软弱结构面，含夹层，稳定性较差；地下水主要为基岩风化裂隙水和接触带，水量较小，以渗水为主。
2.隧道施工中涌水突泥及原因分析
2.1施工中涌水突泥发生情况概述
北岭山隧道出口端左线ZK47+055～ZK46+628段原设计为Ⅴ级围岩，按XS-Ⅴc衬砌支护。2014年1月20日5时，在上台阶ZK46+965～963段立完拱架后施作超前支护钻孔时，在掌子面的右上方离中轴线2～3m的拱腰处出现一孔洞并拌随涌水、突泥现象，8点半左右，孔洞进一步扩大，出现严重的涌水、突泥石现象，至下午17时止，该处产生泥石方量约为650方，涌出到距掌子面长40m处，涌水量约为每小时180立方。
2.2 涌水突泥发生原因分析
隧道突涌物主要为黄褐色泥水，并带有大量角砾。涌水初期为黄褐色，后随着流量减少而由浊变清。根据突涌物的成分及形成地区，可以判定本段涌水突泥属于断层破碎带引起的泥砾石型突涌灾害，形成的原因主要是受地质构造和蕴藏的地下水影响，导致隧道在开挖后打破了原有破碎带封闭状态，而出现爆发式的突泥涌水情况。根据现场实地调查，在K46+963附近地表有一已废弃干枯的水塘，在K46+700附近有一较大天然冲沟，常年有水，水流量较大，以上是导致破碎带富含承压水的间接原因。
根据前期地质勘查钻孔SDK03（K46+860）和SDK04（K47+000）资料显示，此段隧道围岩为粉砂岩，裂隙节理发育，呈灰黄色～黄褐色，中厚层状构造，部分呈碎块状。隧道在上台阶开挖至ZK46+963处时，掌子面围岩岩质较硬，呈竖向层理分布，该岩组总体透水性弱，属相对隔水层，但其浅部风化裂隙较发育，呈不均匀状分布，特别遇构造破碎带和地层接触带联通地下裂隙。局部地表切割较深，地下水埋藏深，易于沿着部分张开的构造裂隙作深部径流。
经过进一步的施工钻探勘察，基本查明了隧道左线 ZK46+963掌子面前方约3m处有一较大的断层破碎带，宽度约15m，与线路呈57.7°角走向，岩石裂隙发育，附存水较多，施作超前支护钻孔时，打到断层破碎带，此时压力较大的地下水便经孔位向负压方向涌出，流水夹带泥砂一起涌出，便形成隧道施工中出现的涌水突泥现象。
从突涌泥渣（见图3）可以看出，构成突涌混合物的泥屑组成主要有砾石、砂、泥三类，根据水量浑浊程度及掌子面情况，突涌物砂含量较小，砾石磨圆度较差，判断突涌混合物成分主要为原地性岩石风化产物，主要由于地质构造作用产生裂隙深入切割原地岩体，导致岩石机械破碎，且没有被搬运的明显痕迹，由地下水在较短距离内搬运至低洼处沉积，角砾含量大，且分选性差，较大尺寸砾石表面有构造擦痕。由于该隧道地下水主要为第四系孔隙潜水、基岩列隙水，主要为大气降水补给，结合地形地貌判断，该断层地下水补给来源有限。
3.隧道施工中涌水突泥的处理方法
根据国内外研究成果和施工案例总结的经验可知，隧道涌水突泥的治理根本原则为：因地制宜，综合治理，施工过程中加强排水措施，安全施工。以该根本原则作为指导，在隧道地质较差地段施工时，首先采用物探法对掌子面前方地质情况进行分析，超前水平地质钻探对掌子面前方地质情况进行勘察；然后根据存在的问题，经分析研究后认为，要彻底解决该处的涌水、突泥问题，关键在于管棚超前支护辅助掘进，注浆加固，注浆管的长度、角度和数量根据岩层破碎带的特点按实际需要确定，即采取“以堵为主，限量排放，堵排结合”的综合治理施工方案。
3.1方案比选
在北岭山隧道左洞发生突泥涌水后，现场加强了洞内突泥、涌水量及洞顶地表沉降观测。同时，鉴于当时涌水量较大，暂不能确定水流补给来源，采用堵水的方法可能导致隧址区水压力增大，不利于后期施工及运营，仍以排水为主的处理方法，并采用封闭、加固掌子面、埋设排水管的方法，防止土体流失和塌腔进一步扩大。
根据以往的处理隧道突泥涌水塌方经验方法，初步拟定了大管棚超前支护和自进式锚杆管棚超前支护两种方法辅助进洞。根据现场突泥涌水量大小、围岩稳定性情况、施工成本等进行综合分析，经研究比较确定最优的施工方案，比较结果见下表。
通过对两种方案进行比较，并经相关单位现场踏勘、充分研究工程地质资料并讨论后，确定采用自进式锚杆管棚超前支护辅助掘进的施工方案，具体如下：
（1）现场对掌子面进行封闭、注浆 加固，打设排水管，防止土体流失等应急处理措施，突泥现象基本停止，涌水量趋于稳定，为下一步处理该处破碎带，尽快通过突泥、突水的不良地质带创造了条件。
（2）釆用自进式锚杆(φ51mm@35cm，L=21m,共38根)管棚辅助掘进，弧形导坑预留核心土的三台阶法开挖施工方案，详见图4。
（3）管棚打设时若遇到前方有孤石无法钻入时，应在该处适当加密管棚。管棚注浆时应根据注浆效果调整水泥浆液水灰比，注浆压力最大不宜超过1MPa。
（4）调整围岩支护参数为Ⅴa级，预留沉降量调整为25cm，钢拱架釆用I20a工字钢，为加强支护，每榀间距调整为50cm。钢拱架应支撑在稳定的基础上，纵向使用钢筋连接成整体，上台阶必要时增设临时仰拱，开挖下台阶时初支及时闭合成环，或采用CD法进行掘进。仰拱离掌子面距离不大于15m。
（5）严格控制开挖进尺（0.5m为宜)，每开挖3m应探明前方围岩情况，检査管棚注浆效果。下部硬岩釆用弱爆破法进行爆破施工。
（6）掘进时需施打超前小导管，ZK46+963～960段需每隔一榀拱架打一环，管节长度5m及4m相交替，在ZK46+960～942段逐榀拱架打设小导管，管节长度4m，注浆采用双液注浆。注浆压力最大不应超过1MPa。通过大量有效注浆堵水，既防止大量地下水资源的流失，又确保了隧道结构的稳定和安全。
（7）开挖过程严格按设计方案进行，对掌子面有失稳情况下需及时采取注浆加固等措施。
（8）加强监控量测，密切关注拱顶及地表沉降，确保测量数据准确，以作为施工依据。
（9）釆用超前钻探、TSP、地质雷达等手段，确保地质超前预报的准确性，为施工安全提供指导。
4．施工中注意事项
在隧道施工中发生的涌水突泥处理过程中，需要注意以下几个方面：
（1）由于管道反坡排水过程是应用静水压力，故要求管道的密封性非常好，同时进口反滤层要有能够有效滤除涌水挟带的泥砂的装置，保证管道在排水过程中无渗漏、无淤积情况发生。
（2）在整个施工处理的过程中，首先要加强隧道初期支护强度，时刻补充勘察隧道拱顶沉降和拱脚收敛等情况，严格加强隧道施工监控量测，即坚持对初期支护进行变形监测和注意观察涌水量是否异常，以便合理安排洞内施工工序。
（3）由于该隧道段注浆量较大，故试验人员必须全程跟踪，随时根据地层情况及地下水情况及时调整注浆参数，确保注浆效果。
（4）注浆孔段作业时应连续进行直到结束，不宜中断，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断。对于因实行间歇注浆，制止串浆冒浆等而有意中断，则应先扫孔至原设计深度以后进行复注。
5.处理效果
由于及时采取了有效的应急处理方案，如在突泥孔洞处堆叠水泥包、喷浆封闭掌子面及打设锚管加强排水等，使得隧道突泥涌水情况得到了有效控制，为下一步施工提供了安全的工作面。施工时，通过打入自进式锚杆管棚并注浆的方法，在破碎带隧道拱顶形成了一个安全护拱，使得隧道开挖得以顺利进行，逐步通过了此段软弱破碎带。整个处理过程没有发生任何安全质量事故，整个突泥涌水处理耗时70天，其中临时加固、喷浆等3天，排水37天，清理泥渣3天，开挖及支护19天，回填2天，衬砌6天。后期在破碎段埋设观测标志， 经定期观测处理后没有发生任何变形、下沉、开裂等现象，说明隧道处于稳定状态，达到了预期“安全、快速、保质、节约”的目的，从而说明我们选定的处理方法是正确的、合理的。
6.结束语
总之，隧道中的涌水突泥病害处理难度较大，所以在隧道涌水突泥处理过程中要以“因地制宜，综合治理，施工过程中加强排水措施，安全施工”为指导思想，然后根据实际勘查计算结果制定合适的施工处理技术。本文通过北岭隧道工程实例，隧道断层破碎带中涌水突泥病害处理方法进行了研究，主要是采用隧道开挖超前注浆加固和加强排水的关键处理技术，是一种值得推荐的涌水突泥处理技术。
参考文献
[1]公路隧道施工技术细则JTG/T F60-2009
[2]黄成光，公路隧道施工[M].北京:人民交通出版社，2001.
[3]岳丽敏.长大隧道中涌（突）水处理施工技术[J] .国防交通工程与技术，2006，(4)：51-53.
论文作者:杨华伟
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第7期
论文发表时间:2017/8/10
标签：隧道论文; 围岩论文; 注浆论文; 超前论文; 裂隙论文; 地下水论文; 方法论文; 《建筑学研究前沿》2017年第7期论文;