福寶山隧道涌水突石施工處理技術(shù)

鄧明高

摘 要：福寶山隧道DK254+983～DK261+207段因涌水突石造成隧道塌腔，通過詳細(xì)的技術(shù)分析，針對不同區(qū)段具體情況采用有效措施進(jìn)行治理，成功進(jìn)行了涌水突石災(zāi)害處理，實(shí)現(xiàn)安全、快速施工，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：隧道 涌水突石 塌腔 迂回施工

中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）01（c）-0070-02

1 工程概況

渝利鐵路福寶山隧道位于湖北省利川市境內(nèi)，隧道穿越地層巖性主要為砂巖、頁巖夾煤線及泥巖夾泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、頁巖，巖質(zhì)較軟，暴露后易風(fēng)化，遇水后易軟化。具有向斜為儲水構(gòu)造，在其軸部含水量豐富，設(shè)計(jì)預(yù)測隧道正常涌水量為8978 m3/d，預(yù)測隧道最大涌水量為32900 m3/d。主要不良地質(zhì)為涌水、膨脹巖、順層、瓦斯。該隧道為本標(biāo)段控制工程，也是全線重難點(diǎn)控制工程之一。

2011年4月22日，福寶山隧道（通過DK259+016處斜井）施工至DK257+578處，掌子面出現(xiàn)大涌水，實(shí)測最大涌水量達(dá)51700 m3/d。隧道涌水水位上漲高度最高達(dá)到12 m，正洞被淹約700 m，斜井被淹約260 m。至4月30日18：00，洞內(nèi)的積水全部抽排至洞外，暴露掌子面被洞渣及涌出的塌腔體覆蓋，線左拱腰處附近出現(xiàn)一股急涌水，掌子面涌水量約30000 m3/d；塌腔體為小塊狀塊石，直徑約3～10 cm，夾碎顆粒及粉塵物。5月9日，掌子面上前方露出一大的塌腔，經(jīng)超前水平鉆孔探測溶腔最大高度達(dá)23 m，縱向長度15 m，寬16 m，溶腔側(cè)壁圍巖破碎，有掉塊現(xiàn)象。

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，開挖揭示巖性為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2b3）地層，為灰～深灰色薄層狀泥灰?guī)r夾薄層頁巖，受福寶山向斜影響，傾角較緩，節(jié)理裂隙發(fā)育；在較大涌水發(fā)生之前，掌子面的拱頂及左邊墻有基巖裂隙水呈滴狀、線狀滲出，水量較??；2011年4月22日下午施工至DK257+578處，掌子面出現(xiàn)較大涌水，最大涌水量達(dá)51700 m3/d，主要為靜態(tài)儲量，其余為動態(tài)儲量；經(jīng)TSP檢測及超前鉆孔揭示，該段圍巖較破碎，圍巖自穩(wěn)能力較差，初步探明破碎帶長度為60 m。經(jīng)綜合分析，造成本次隧道涌水突石的主要原因是隧道穿越圍巖構(gòu)造極破碎富水帶，圍巖自穩(wěn)能力較差。

2 涌水突石處理方案

根據(jù)現(xiàn)場情況，經(jīng)現(xiàn)場踏勘和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，遵循“以梳為主，堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則，制定了“先采用迂回導(dǎo)坑避繞正洞富水帶，待正洞掌子面水量減少，施工條件具備后再進(jìn)行正洞施工”的處理方案，并按如下流程組織施工：相鄰初支變形段處理→塌方段掌子面加強(qiáng)處理→迂回導(dǎo)坑施工→坍方段正洞施工，分段處理。

2.1 掌子面相鄰初支變形段的處理

與塌方掌子面DK257+578相鄰的DK257+600～+578段設(shè)計(jì)為Ⅳ級圍巖，巖性為T2b2泥巖夾砂巖、頁巖，襯砌類型為Ⅳ級圍巖復(fù)合式襯砌。由于突泥造成該初支拱頂沉降量較大且已侵限，存在施工安全隱患。處理措施為以下幾方面：

（1）圍巖級別維持原設(shè)計(jì)Ⅳ級不變。

（2）拱部180°范圍內(nèi)架設(shè)工18型鋼鋼架進(jìn)行臨時(shí)支撐，臨時(shí)鋼架1m/榀。

（3）拱部180°范圍采用Φ42小導(dǎo)管徑向注漿加固，小導(dǎo)管單根長3.5 m，換縱間距1.2 m×1.2 m，梅花形布置，漿液采用水泥凈漿，加固后鑿除已侵限部分。

（4）采用Ⅳ級Ⅰ型復(fù)合襯砌，采用I18型鋼鋼架進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，鋼架1 m/榀。

2.2 DK257+578～+572坍塌段掌子面處理

該段原設(shè)計(jì)為IV級圍巖，開挖揭示巖性為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2b3）地層，為灰～深灰色薄層狀泥灰?guī)r夾薄層頁巖。在DK257+578掌子面上前方露出一大的溶腔，溶腔最大高度達(dá)23 m，縱向長度15 m，寬16 m，溶腔側(cè)壁圍巖破碎，有掉塊現(xiàn)象。采取處理措施如下：

（1）圍巖級別由IV級變更為V級。

（2）對掌子面采用φ89大管棚支護(hù)，管棚單根長15 m，打設(shè)范圍為拱部140°，環(huán)向間距0.4 m。

（3）采用V級Ⅱ型加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，加強(qiáng)支護(hù)采用全環(huán)工20b型鋼鋼架，鋼架0.6 m/榀，上臺階拱部初期支護(hù)鋼架外設(shè)置第二層工20b型鋼鋼架形成加強(qiáng)護(hù)拱，內(nèi)外層鋼架噴C25砼厚度合計(jì)50 cm。

（4）在初期支護(hù)鋼架鋪設(shè)過程中，于外側(cè)鋼架上鋪設(shè)一層6 mm厚鋼板，并預(yù)留后期泵送砼通道，待初期支護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，泵送C20砼回填拱頂空腔，形成護(hù)拱，護(hù)拱厚2 m。

2.3 DK257+608～+458段迂回導(dǎo)坑施工

坍塌段掌子面開挖揭示為灰～深灰色薄層狀泥灰?guī)r夾薄層頁巖，巖層為：N17°E/12°S，受福寶山向斜影響，傾角較緩，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，且拱部上方突發(fā)大量填充物涌出，存在區(qū)域構(gòu)造、地下水、圍巖特性、工期等不利影響。經(jīng)綜合分析，隧道穿越構(gòu)造破碎的富水帶，當(dāng)前掌子面涌水量大，初期支護(hù)施工困難，拱部易坍塌，存在極大的安全隱患，為了探明前方地質(zhì)情況和為正洞富水帶泄水，同時(shí)確保施工確工期，決定在平行于線路方向左側(cè)設(shè)一迂回導(dǎo)坑，迂回導(dǎo)坑與正洞相交與DK257+608，與正洞凈間距10 m，其長度暫定為100 m。

迂回導(dǎo)坑斷面參照V級單車道錨噴襯砌施工，支護(hù)按拱墻I16工字鋼間距1.0 m/榀施作，拱部采用Ф42小導(dǎo)管作超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4 m，縱向2 m，每根長3 m。為解決正洞拱部水量較大的問題，導(dǎo)坑截水面應(yīng)盡可能靠近拱部，并增設(shè)一定數(shù)量的截水孔，以確保泄水效果。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地址情況，于DK257+466

處拐向正洞，和正洞相交于DK257+458。

2.4 DK257+572～+470坍塌段正洞處理

按照邊施工、邊核實(shí)的原則，逐段對DK257+572～+470段實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行了核實(shí)，制定了有針對性的施工措施，確?，F(xiàn)場施工與工程結(jié)構(gòu)安全。

2.4.1 DK257+572～+560段處理措施

該段原設(shè)計(jì)為IV級圍巖，巖性為T2b2泥巖夾砂巖、頁巖；開挖揭示巖性為三疊系中統(tǒng)巴東組第三段（T2b3）地層，掌子面為灰～深灰色薄層狀泥灰?guī)r夾薄層頁巖，巖層產(chǎn)狀為：N17°E/12°S，受福寶山向斜影響，傾角較緩，節(jié)理裂隙發(fā)育?，F(xiàn)場測試DK257+572掌子面涌水量約12000 m3/d，涌水呈散狀流出，拱部較大，采取處理措施為以下幾方面：

（1）先迂回導(dǎo)坑超前正洞施工，在正洞掌子面水量減少，具備施工條件后再進(jìn)行正洞施工。

（2）清除突出填充物，出量共計(jì)約6200 m3。

（3）拱部輪廓線以外采用中空φ60自進(jìn)式錨桿進(jìn)行支護(hù)，錨桿環(huán)向間距0.3 m，長度15 m，打設(shè)范圍為拱部打設(shè)范圍為拱部140°。

（4）由IV級圍巖變更為V級圍巖，二襯采用V級Ⅱ型加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，加強(qiáng)支護(hù)采用全環(huán)I20鋼架0.6 m/榀，上臺階范圍在鋼架外設(shè)置第二層I20b鋼架形成加強(qiáng)護(hù)拱，間距0.6 m/榀，內(nèi)外層鋼拱架噴C25砼厚度合計(jì)50 cm。

（5）上臺階采用φ75鋼管進(jìn)行臨時(shí)支撐，間距1.2 m，掌子面打設(shè)3～5個(gè)排水鉆孔。初期支護(hù)后采用φ42小導(dǎo)管對拱部圍巖進(jìn)行徑向注漿，間距1 m（環(huán)）×1 m（縱），取消拱部中空錨桿，護(hù)拱達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后泵C20混凝土形成溶腔結(jié)構(gòu)保護(hù)層，厚度為2 m，再在外層注1 m厚水泥砂漿作為緩沖層。

（6）中臺階開挖：左右側(cè)錯開進(jìn)行，采用拉槽方式開挖，以減少對圍巖的擾動。并及時(shí)接長鋼架，鋼架連接牢固，并在連接處施作鎖腳錨管，鎖腳錨管不少于4根，長度不小于4 m，傾角控制在45°左右，布置在鋼架兩側(cè)，與鋼架焊接牢固。及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行封閉。

（7）下臺階開挖：左右側(cè)錯開進(jìn)行，采用拉槽方式開挖，以減少對圍巖的擾動。并及時(shí)接長鋼架，鋼架連接牢固，并在連接處施作鎖腳錨管，鎖腳錨管不少于4根，長度不小于4 m，傾角控制在45°左右，布置在鋼架兩側(cè)，與鋼架焊接牢固。及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行封閉。

（8）仰拱施工：每環(huán)開挖長度嚴(yán)格控制在3 m以內(nèi)，開挖到位后立即對仰拱底進(jìn)行噴混凝土封閉并連接仰拱鋼架。并及時(shí)施工仰拱混凝土。防止仰拱開挖引起邊墻部位支護(hù)失穩(wěn)。

（9）排水施工：加密環(huán)向排水盲管，間距3～5 m，對集中用水點(diǎn)采用排水盲管直接引至隧道側(cè)溝。

（10）加快后續(xù)工序施工，及時(shí)進(jìn)行二襯施工，做到“緊襯砌”。

2.4.2 DK257+560～+530段處理措施

（1）圍巖級別由IV級變更為V級。

（2）采用V級Ⅱ型加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，加強(qiáng)支護(hù)采用全環(huán)工20b型鋼鋼架，鋼架0.6 m/榀，上臺階范圍在鋼架外側(cè)設(shè)置第二層工20b型鋼鋼架加強(qiáng)形成護(hù)拱，內(nèi)外層鋼架噴C25砼厚度合計(jì)50 m，上臺階采用Ф75鋼管進(jìn)行臨時(shí)支持，間距1.2 m，掌子面打設(shè)3～5個(gè)排水孔。初期支護(hù)后采用Ф42小導(dǎo)管對拱部圍巖徑向注漿加固兼堵水，小導(dǎo)管換縱向間距1.2 m×1.2 m，單根長3.5 m，并取消拱部系統(tǒng)錨桿。

（3）拱部開挖輪廓線以外打設(shè)T60自進(jìn)式錨桿加強(qiáng)支護(hù)，錨桿環(huán)向間距0.3 m，單根長12 m，打設(shè)范圍為拱部140°，取消拱部超前小導(dǎo)管，縱向10 m一環(huán)。

（4）環(huán)向盲溝縱向間距加密至5 m一環(huán)，對集中出水點(diǎn)采用盲管直接引至隧道側(cè)溝。

2.4.3 DK257+530～+470段處理措施

（1）圍巖級別由IV級變更為V級。

（2）采用V級I型加強(qiáng)復(fù)合式襯砌，加強(qiáng)支護(hù)采用全環(huán)工20b型鋼鋼架，鋼架0.6 m/榀。

（3）采用雙層Ф42小導(dǎo)管超前支護(hù)，小導(dǎo)管單根長3 m，環(huán)縱向間距0.4 m×1.2 m。DK257+530處拱部開挖輪廓線以外打設(shè)T60自進(jìn)式錨桿加強(qiáng)支護(hù)，錨桿環(huán)向間距0.3 m，單根長12 m，打設(shè)范圍為拱部140°，縱向10 m一環(huán)。

2.4.4 DK257+455～+450段仰拱涌水處理

隧道施工至DK257+455～DK257+450段中心水溝附近時(shí)，仰拱出現(xiàn)比較集中的出水點(diǎn)，范圍約為直經(jīng)為5 m左右的圓形。地下水從路肩溢出，且具有一定承壓性，實(shí)測涌水量約12000 m3/d，水量大小的變化并不明顯，基本在8000～12000 m3/d的范圍內(nèi)。設(shè)計(jì)在隧道仰拱面勘探結(jié)果顯示，在2～12.5 m范圍內(nèi)，巖體較破碎，局部有空溶洞及一類異常區(qū)，12.5 m以下巖體較完整。根據(jù)分析研究采取處理措施如下。

根據(jù)鉆孔揭示，對溶洞采用泵送C25細(xì)石砼填充方式處理，先利用已有鉆孔采用Ф89鋼管深入到仰拱底溶洞內(nèi)，并從鋼管泵送C25細(xì)石砼充填該溶洞，待泵送砼將溶洞充填飽滿后，采用砼封堵鉆孔。

3 現(xiàn)場實(shí)施及效果

2011年6月23日，迂回導(dǎo)坑掌子面施工至對應(yīng)正洞里程DK257+508，根據(jù)掌子面圍巖地質(zhì)及涌水量情況，導(dǎo)坑需繼續(xù)發(fā)揮超前截水及超前探測的作用，決定延長泄水洞長度，暫定50 m。

2011年7月4日，迂回導(dǎo)坑掌子面施工至對應(yīng)正洞里程DK257+466，根據(jù)掌子面地質(zhì)情況顯示，迂回導(dǎo)坑已具備拐入正洞施工條件，停止向前掘進(jìn)，開始拐向正洞，和正洞相交于DK257+458。

根據(jù)綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，結(jié)合現(xiàn)場施工揭示情況，采用迂回導(dǎo)坑超前正洞施工，達(dá)到了為正洞探明前方地質(zhì)情況和為正洞富水帶泄水的目標(biāo)，為正洞施工創(chuàng)造了有利條件。通過采取掌子面打設(shè)3～5個(gè)排水孔進(jìn)行集中排水，拱部開挖輪廓線以外打設(shè)φ89大管棚或中空φ60自進(jìn)式錨桿或φ42小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，上臺階拱部采用雙層鋼架護(hù)拱加強(qiáng)、初期支護(hù)后采用φ42小導(dǎo)管對拱部圍巖徑向注漿加固，加密環(huán)向盲管對涌水進(jìn)行集中引排等處理措施，DK257+578～DK257+458段涌水突石段實(shí)現(xiàn)安全、快速施工。同時(shí)，通過加強(qiáng)隧道進(jìn)口和斜井兩個(gè)工作面的施工組織，本隧道于同年9月3日實(shí)現(xiàn)全隧貫通，確保了該隧道的節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)及施工安全。

4 結(jié)論與建議

經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐，在涌水突石災(zāi)害易發(fā)地區(qū)，我們認(rèn)為應(yīng)注重注意以下幾點(diǎn)。

（1）嚴(yán)格隧道施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理，尤其是根據(jù)初步設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)場查勘事前做好風(fēng)險(xiǎn)評估，災(zāi)害預(yù)警及應(yīng)急預(yù)演。

（2）將“隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào)”和“隧道監(jiān)控量測”納入隧道施工工序管理，為信息化施工提供保障。

（3）加強(qiáng)施工動態(tài)管理，施工過程中，需建設(shè)、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等各方，實(shí)事求是地逐段核實(shí)，及時(shí)進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)。在處理過程中，一般10～20 m組織一次四方現(xiàn)場核實(shí)。

（4）遵循“以梳為主，堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”及“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)行、弱爆破、勤量測、早封閉”的原則，選擇適合的隧道防坍施工技術(shù)方案。

（5）確保風(fēng)險(xiǎn)控制與防范措施落實(shí)到掌子面，嚴(yán)格堅(jiān)持“五不開挖”原則，即：不探明地質(zhì)情況不準(zhǔn)開挖；不確定施工方案不準(zhǔn)開挖；不做好監(jiān)控量測不準(zhǔn)開挖；防護(hù)措施不到位不準(zhǔn)開挖；地質(zhì)情況發(fā)生重大變化不準(zhǔn)開挖。

（6）推行項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理，切實(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場管理與過程控制，嚴(yán)格執(zhí)行工序質(zhì)量控制“三檢”制度，確保隧道注漿、支護(hù)、排水、安全步距等工序質(zhì)量安全管理可控。

（7）加強(qiáng)溝通，及時(shí)反饋信息。地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)或施工過程中發(fā)生較大地質(zhì)變化時(shí)，必須及時(shí)將情況反饋到業(yè)主、設(shè)計(jì)和監(jiān)理等單位，不得擅自處理，避免處理不當(dāng)留下安全隱患或引安全質(zhì)量發(fā)事故。

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