新峽口壩隧道突泥災(zāi)害原因及對策分析

范勇強(qiáng)

（中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司，河北 涿州072750）

巖溶是地表水及地下水對可溶性巖層經(jīng)過化學(xué)溶解下的產(chǎn)物，其形態(tài)上表現(xiàn)為漏斗、溶溝、洼地和溶洞等［1－2］。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，在巖溶地區(qū)隧道施工過程中會碰到各種地質(zhì)災(zāi)害，其中突泥災(zāi)害最常見，若處治不當(dāng)，會嚴(yán)重危及施工人員的生命安全，同時嚴(yán)重影響施工進(jìn)程［3］。

1 新峽口壩隧道LDK0＋580處突泥災(zāi)害發(fā)生情況

三南鐵路新峽口壩隧道位于重慶市萬盛區(qū)境內(nèi)，隧道所在區(qū)域?qū)偾鹆昙胺辶值孛?，巖性復(fù)雜，巖溶發(fā)育，山體坡度低緩段及坡腳局部被黏土及石灰?guī)r塊石覆蓋，大部分地段基巖裸露良好，基巖為泥盆系中統(tǒng)（D2）石灰?guī)r，巖性復(fù)雜且?guī)r溶發(fā)育。該隧道進(jìn)口里程為LDK0＋081.579（與峽口壩隧道進(jìn)口合修，其對應(yīng)里程為LDK0＋081.579～DK20＋710），出口里程為LDK3＋043，中心里程LDK1＋562.29，全長2961.42 m，最大埋深263 m。2013年6月11日19∶00在隧道LDK0＋580進(jìn)行初期支護(hù)施工，首先發(fā)現(xiàn)掌子面有少量滲水，隨后發(fā)現(xiàn)大約有直徑2c m的水流向外涌同時伴隨少量虛渣掉下，接著第1榀拱架開始變形并出現(xiàn)裂縫，而已經(jīng)錨噴好的部位也有少量噴漿料掉落，最后有2榀拱架嚴(yán)重變形，同時有大量泥石向外突出并將臺車及施工的裝載機(jī)淹沒。截止2013年6月18日，掌子面向洞口掩埋45 m（至YK79＋987），突泥物為軟～硬塑狀黏性土夾雜少量石塊，突泥量大約為3000 m3。

2 突泥災(zāi)害原因分析

2.1 地質(zhì)作用

在隧道LDK0＋580處出露的覆蓋層可知，地表為第四系可塑黏土土層覆蓋，其下部基巖為灰?guī)r，褶皺較明顯，拱頂圍巖破碎且有黏性土充填，巖層結(jié)構(gòu)受地質(zhì)構(gòu)造作用而遭受破壞。在隧道開挖后，由于采取的超前支護(hù)及噴錨支護(hù)不足造成拱架變形，最終導(dǎo)致突泥災(zāi)害的發(fā)生。

2.2 溶蝕作用

隧道LDK0＋580處突泥地表段處于山體的洼地，匯水面積很大，石灰?guī)r在水的作用下產(chǎn)生溶蝕，導(dǎo)致巖溶十分發(fā)育，在水的作用下溶腔填充物的容重不斷增加，使得隔離圍巖不堪重負(fù)，從而造成突泥災(zāi)害。

2.3 開挖和爆破作用

由于隧道施工采用全斷面開挖方式，容易造成臨空面較大，而爆破會造成圍巖裂隙進(jìn)一步加大，從而改變原有的水系運(yùn)動，加速了填充物的循環(huán)，當(dāng)其壓力超過臨界支護(hù)力時導(dǎo)致支護(hù)變形，最終發(fā)生突泥災(zāi)害。

3 突泥災(zāi)害綜合處治措施

3.1 止?jié){墻的設(shè)計及施工

為了避免機(jī)械震動導(dǎo)致二次突泥災(zāi)害的發(fā)生，應(yīng)在LDK0＋570～LDK0＋573處施做止?jié){墻，其厚度為3 m。首先，對隧道LDK0＋555～LDK0＋558處突泥體用碎石或砂袋進(jìn)行加固、填筑，施做一個作業(yè)平臺，設(shè)置為3臺階對掌子面形成反壓作業(yè)，由此支撐住突泥體，并噴射25c m厚的C20混凝土對沙袋及掌子面進(jìn)行封閉，起到止水、止?jié){作用（見圖1）。然后，采用R25 N邁式注漿鉆進(jìn)錨桿注漿，單根長度5 m，錨桿間距1.2 m×1.2 m，采用梅花形布置。采用劈裂注漿，最大注漿壓力3.0 MPa，單根錨桿注漿量1.7 m3。此外，注漿前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗，以確定最終的注漿參數(shù)。

圖1 砂袋擋墻及止?jié){墻的設(shè)計圖

3.2 換拱處治

在LDK0＋574～LDK0＋580處，由于初期支護(hù)向洞內(nèi)變形嚴(yán)重，侵界達(dá)15c m，經(jīng)研究決定更換初期支護(hù)，主要措施如下：①沿著隧道開挖線環(huán)向布設(shè)?42c m×4c m小導(dǎo)管，以便對已支護(hù)的工字鋼拱架進(jìn)行注漿加固，小導(dǎo)管長4.5 m，環(huán)向間距為40c m。②鑿槽嵌拱。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在注漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，對侵入段的拱頂進(jìn)行鑿槽，用20B的工字鋼進(jìn)行支護(hù)，再用長3.5 m的鎖腳錨桿左右交叉地對拱架拱腳進(jìn)行固定。③拆拱支護(hù)。逐環(huán)拆除原來侵入的工字鋼拱架，對侵入支護(hù)進(jìn)行鑿除，再用20B的工字鋼拱架在該位置進(jìn)行支護(hù)，最后對各榀工字鋼用Ⅰ22鋼筋縱向連接，連接筋的環(huán)向間距為100c m，采用?8鋼筋網(wǎng)片。④錨噴，即用噴射混凝土（厚25c m）覆蓋鋼筋網(wǎng)。

3.3 開挖與支護(hù)

1）開挖 為了保證下部開挖突泥體時溶腔內(nèi)突泥的穩(wěn)定，開挖前，需要在隧道拱頂外緣沿隧道縱向方向施做超前大管棚及超前小導(dǎo)管，并將兩者焊接在工字鋼支護(hù)上以增加圍巖鋼拱架整體的穩(wěn)定性。嚴(yán)格遵循 “弱爆破、短進(jìn)尺、勤量測、強(qiáng)支護(hù)、快閉合”的原則，采取 “三臺階”法進(jìn)行開挖施工［4］，其中第1個臺階的高度為2.5 m，并預(yù)留核心土。開挖一環(huán)后馬上支護(hù)一環(huán)，達(dá)到成環(huán)條件后即時進(jìn)行閉合。隨后對拱底進(jìn)行觸探，如果拱底圍巖承載力達(dá)不到要求，則應(yīng)對其進(jìn)行處置，具體方法如下：設(shè)置?42c m×4c m、長4.5 m、間距為50c m×50c m的導(dǎo)管并注漿固結(jié)圍巖。為保證拱底不冒出泥漿，在開挖的時候預(yù)留3～5c m作為止?jié){帶。此外，在開挖結(jié)束后應(yīng)對拱底進(jìn)行固結(jié)處理。

2）支護(hù) 采用I20a工字鋼進(jìn)行支護(hù)，縱向間距為50c m并封閉成環(huán)，掛?8鋼筋網(wǎng)片（＠20c m×20c m），噴射26c m厚的C25早強(qiáng)混凝土，在鋼拱架拱角處應(yīng)用枕木或工字鋼墊起。此外，在每個開挖斷面上加強(qiáng)監(jiān)控量測，每個斷面分別在拱角、拱腰上設(shè)置收斂變形觀測點(diǎn)，在拱頂上設(shè)置沉降變形觀測點(diǎn)，以便隨時進(jìn)行監(jiān)測。

4 處治效果

從2013年9月25日至2013年12月25日對突泥處治段進(jìn)行量測，持續(xù)時間90d。分析量測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)水平周邊收斂變形和拱頂沉降變形較大的時期是突泥體進(jìn)行注漿加固和初期支護(hù)剛完成的時候，其中前8d的水平周邊收斂變形較大（最大日變形速率為0.76 mm／d），16d后水平周邊收斂進(jìn)入穩(wěn)定期，水平周邊收斂累計為8 mm。前13d內(nèi)拱頂沉降變形較大（最大日變形速率為1 mm／d），35d后拱頂沉降變形進(jìn)入穩(wěn)定期，拱頂沉降變形累計為16 mm。突泥處治段水平周邊收斂變形和拱頂沉降變形較小，說明設(shè)計的處治方案是可行的。

5 結(jié)語

在巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道施工過程中容易發(fā)生巖溶突泥地質(zhì)災(zāi)害，及時預(yù)防和處治突泥災(zāi)害具有重要意義。在發(fā)生突泥地質(zhì)災(zāi)害時，首先要求作業(yè)人員馬上撤離并對突泥體進(jìn)行實時監(jiān)控，待突泥體穩(wěn)定后，應(yīng)對其進(jìn)行詳細(xì)勘察以獲得可靠的地質(zhì)及水文資料。然后，根據(jù)地質(zhì)及水文資料制定合理處治方案。在對突泥段掘進(jìn)時，應(yīng)嚴(yán)格按照處治方案進(jìn)行施工，發(fā)現(xiàn)異常時應(yīng)立即停止掘進(jìn)并查明情況，在采取有效防范措施清除事故隱患后方能恢復(fù)施工。只有這樣，才能確保巖溶地區(qū)進(jìn)行隧道施工的安全。

［1］曹笑顰 .盛洪卿隧道巖溶影響研究 ［D］.武漢：華中科技大學(xué)，2006.

［2］葉英 .巖溶隧道施工超前地質(zhì)預(yù)報方法研究 ［D］.北京：北京交通大學(xué)，2006.

［3］范波 .墊鄰高速公路銅鑼山隧道巖溶地段施工技術(shù)研究 ［D］.西安：長安大學(xué)，2008.

［4］劉招偉，張民慶，王樹仁 .巖溶隧道災(zāi)變預(yù)測與處治技術(shù) ［M］.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2007.