坪嶺隧道涌水突泥災(zāi)害的分析處理

韓海亮

（中鐵二十三局集團有限公司，四川 成都 610072）

1 工程概況

坪嶺隧道位于廣東省清遠市境內(nèi)，全長4214m，2008年2月，該隧道僅余DK2080＋990～DK2081＋100 段沒有開挖。2月10日晚，出口工區(qū)開挖至DK2081+097，隧道中線左2m 拱頂處揭示一直徑約80cm 的裂隙并發(fā)生涌水突泥，從2008年2月11日到2月14日先后陸續(xù)發(fā)生了5 次，造成668m 已開挖段被淤積，淤積物為褐黃色粉質(zhì)黏土、粉土、粉細砂夾角礫、碎石、塊石等，淤積物達3.2 萬m3。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 設(shè)計地質(zhì)條件

K2080+190～DK2081+350 段為泥盆系中下統(tǒng)桂頭群下亞群（D1-2gta）弱風(fēng)化中厚～厚層狀石英砂巖，局部夾薄層頁巖。DK2081+350 附近為花崗巖與石英砂巖的接觸帶。

DK2081+097 處，隧道埋深約300m，該段圍巖為弱風(fēng)化、微風(fēng)化的中厚～厚層狀石英砂巖夾薄層頁巖，設(shè)計圍巖為II 級。

2.2 突水涌泥發(fā)生后補勘的地質(zhì)條件

根據(jù)隧道開挖揭示地質(zhì)情況、超前地質(zhì)鉆探、物探（TSP203）、工程地質(zhì)測繪。DK2080+943～DK2081+000 段巖性為厚層～巨厚層青灰色的石英砂巖，巖體完整，地下水不發(fā)育。DK2081+015～DK2081+025 段節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖體破碎，部分呈褐黃色，裂隙間部分充填黏性土。DK2081+030～＋094 段為灰白色石英巖，巖體破碎～極破碎，該段發(fā)育較多斷層裂隙，裂隙中充填斷層角礫、斷層泥，該段地下水發(fā)育，部分段洞頂因突泥形成較大空洞。

3 涌水突泥原因分析

根據(jù)地質(zhì)補勘資料結(jié)合地面工程地質(zhì)調(diào)繪復(fù)查，隧道洞身于DK2081+030～+094 段發(fā)育一隱伏張性斷層，隱伏斷層存在的理由：

3.1 從區(qū)域構(gòu)造，斷層方向的一組節(jié)理N56 °～85 °E／61 °～84 °SE，強烈發(fā)育，而巖層單斜，產(chǎn)狀 N45～60 °E/50～60 °NW。

3.2 DK2081+051～+094 段巖性為由石英砂巖嚴重變質(zhì)而成的石英巖，巖體中近垂直向發(fā)育較密集的張裂隙，斷層兩側(cè)越靠近該段，巖體越破碎，巖石變質(zhì)程度越嚴重，石英含量越高。

3.3 DK2081+097 掌子面的斷層裂隙形態(tài)、突出的泥的成份主要為斷層角礫巖、風(fēng)化的斷層角礫巖及斷層泥（粉土、砂土夾角礫、碎石、塊石），其次是少量地表水沿斷層裂隙的運移中帶入的地表黏性土。

3.4 DK2081+004 掌子面，巖體較破碎、擠壓鏡面發(fā)育，構(gòu)造裂隙中充填大量巖脈，也證明該斷層的存在。

該斷層破碎帶在隧道洞身附近的寬度約為65m。DK2081+030～+094 段地下水涌出量基本穩(wěn)定，約為5000m3/d，表明沿斷層方向有遠處地下水的補給，涌泥突水由該斷層所致。

由于該斷層破碎帶為良好的儲水與導(dǎo)水通道，有利于地下水及土顆粒的運移；斷層帶內(nèi)富集了大量的斷層泥、斷層角礫，經(jīng)一定風(fēng)化作用，斷層角礫部分風(fēng)化成細顆粒土、表土也由于水的運移而充填于裂隙中、加之斷層帶富含地下水，開挖該斷層裂隙時，出現(xiàn)涌水突泥。

4 斷層水對隧道結(jié)構(gòu)影響分析

根據(jù)隧道開挖的情況，推測該斷層兩側(cè)為完整的石英砂巖，透水、儲水能力較差，地下水不發(fā)育。斷層帶為相對獨立的地下水儲存與運移通道，富含地下水。該段受降雨等引起的地下水位、涇流條件的變化，可能引起遠處斷層破碎帶中大量泥砂涌入隧道，施工期間仍有可能再次遇到涌泥、突水或斷層帶的坍塌、掉塊等危害。

根據(jù)隧道開挖情況，斷層兩側(cè)巖體完整，隧道開挖后洞內(nèi)干燥，表明斷層破碎帶為主要的導(dǎo)水通道，地下水主要沿斷層帶徑流，在斷層地面露頭附近排泄，根據(jù)工程地質(zhì)測繪資料，該張性斷層地面較近出露的低點位于隧道左側(cè)約1500m，標高約為272m，DK2081+097 處隧道標高約為52m。綜合分析此情況下斷層水地表排泄點、水力坡度（水力坡度按10‰）等，該斷層附近隧道洞身處斷層水的最大水頭高差約235m，選取水壓力折減系數(shù)為0.8，作用于該斷層附近隧道洞身的最大外水壓力：

F=103 ×9.8 ×235 ×0.8=1.84MPa

5 該段處理的兩大難題及相應(yīng)措施

5.1 涌水突泥形成的巨大空腔

為保證施工安全及隧道結(jié)構(gòu)在運營期間的安全，必須對由于涌水突泥而形成的空洞進行處理，經(jīng)認真比對，對DK2081+030～+107 段采用超前周邊注漿加固，其范圍為各分步開挖輪廓線外約5m，以保證在隧道初期支護背后5m范圍內(nèi)沒有空洞，既防止施工期間涌水突泥的再次發(fā)生，也確保襯砌結(jié)構(gòu)的永久安全。

注漿采用單液漿或雙液漿，根據(jù)注漿效果靈活掌握。

5.2 水壓力對結(jié)構(gòu)的影響

如對該段隧道斷層地下水采用全部封堵的方案，則有可能在運營若干年后，作用于該段隧道洞身附近的最大外水壓力為1.84MPa，要抵御如此大的水壓力，不僅支護及二次襯砌要有足夠的加強，采用注漿堵水也將工程巨大，而且在運營期間需要建立長期的觀測機制，耗費人力、物力。

再者隧道洞頂較大范圍無地表水源點、農(nóng)田、村莊及居民，因此地下水的漏失對環(huán)境無影響，因此對該段充填于斷層裂隙中的砂、土進行封堵，對地下水采用堵排結(jié)合的整治方案。

先對斷層裂隙中的砂、土進行封堵，采用超前周邊注漿防止施工期間涌水突泥的再次發(fā)生，確保襯砌結(jié)構(gòu)的永久安全，阻斷斷層裂隙中充填泥沙向隧道范圍運移，保證隧道內(nèi)各排水盲管暢通不堵塞。

其次為有效地引排斷層地下水，該段環(huán)向排水盲管加密至每2m 設(shè)一道，這樣可以及時有效地將滲透過初期支護的斷層地下水引入隧道側(cè)溝內(nèi)排出，釋放由于水位升高給襯砌帶來的壓力。

6 實施結(jié)果

由于對該段進行了詳細的地質(zhì)探測，對后續(xù)施工可能產(chǎn)生的困難進行了充分的預(yù)估，并制定了各種應(yīng)對措施，該段隧道于2008年9月順利貫通，通過一年多的觀察，襯砌表面無水漬、無裂紋，相應(yīng)的排水盲管排水暢通，解決了該段處理的兩大難題。

7 結(jié)束語

在大斷面隧道施工中風(fēng)險無處不在，處處不可掉以輕心，通過該案例有幾點體會：

7.1 在兩種不同性質(zhì)的圍巖交界處，一定會有一個大的張型斷層，該斷層可能在交界處，也可能離開該交界點一定距離，施工時萬不可以為過了設(shè)計的交界點就萬事大吉，相反更要小心謹慎，該案例中張型斷層就離開設(shè)計的接觸帶250多米，離開實際開挖揭示的接觸帶120多米；

7.2 現(xiàn)階段的長大隧道設(shè)計，由于受勘察設(shè)計方法限制，地質(zhì)情況一般是不太準確。為此一定要加強施工過程中的超前地質(zhì)預(yù)報工作，TSP203、紅外探水、地質(zhì)雷達等需要的專業(yè)人員綜合素質(zhì)很高，要精通地質(zhì)專業(yè)、電子專業(yè)等，這樣的人員比較稀少，由于地質(zhì)體的各向異性，決定了采用物探法進行地質(zhì)超前預(yù)報的多解性，造成分析結(jié)果差別巨大，更有些專業(yè)素質(zhì)不高的分析人員為了減少誤判的責任，照抄設(shè)計的圍巖級別，這樣造成隧道施工風(fēng)險控制形同虛設(shè)，給國家、集體帶來巨大損失?，F(xiàn)階段的隧道設(shè)計，尤其長大隧道設(shè)計，為了避免類似情況發(fā)生，最有效的辦法是要加強超前地質(zhì)鉆探的數(shù)量，一般沿隧道外輪廓不少于7 個孔，地質(zhì)復(fù)雜時要達到9 個孔。為了加快鉆探進度，應(yīng)配置RPD-150C多功能鉆機，該鉆機水平鉆孔深度可達150m，鉆速Vmax=12m/h，記錄自動化、數(shù)據(jù)詳細。短小隧道可以采用加深炮眼的辦法達到超前鉆探結(jié)果。

7.3 加強隧道施工管理中的風(fēng)險控制，并對各種風(fēng)險制訂切實可行的操作預(yù)案，超前地質(zhì)鉆孔結(jié)果的研判要經(jīng)過三人以上的分析，尤其是地質(zhì)發(fā)生變化時更要如此。

[1]黃杰.天池隧道巖溶涌水突泥成因分析及整治措施[J].山西建筑，2009-08-01.