談巖石隧道突水涌泥后處治措施

于 偉

(中鐵十四局第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

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談巖石隧道突水涌泥后處治措施

于 偉

(中鐵十四局第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

介紹了寶塔山隧道3號斜井XK0+283～XK0+291段大規(guī)模突水涌泥的過程，并分析了該坍塌段突水涌泥后的治理方案及施工技術(shù)要點，以期為今后處治同類工程問題提供參考借鑒。

巖石隧道，坍塌段，突水涌泥，處治措施

1 工程概況

汾陽至邢臺高速公路平遙—榆社段寶塔山隧道3號斜井，井口位于南嶺溝村西北，斜井水平長度915m，縱坡傾角7.339°，綜合坡度達13.39%，井口標高1 410.0m，井底標高1 287.5m。斜井地質(zhì)復(fù)雜，共穿過8個斷層破碎帶。

2 突泥涌水基本情況

2010年5月11日寶塔山隧道3號斜井掌子面里程為XK0+283,下午 17：00掌子面爆破，檢查爆破效果超欠挖控制較好，掌子面無水。21：00出渣結(jié)束，掌子面圍巖下部為節(jié)理發(fā)育，破碎完整性差的砂巖，掌子面中上部為強風化泥巖，巖體潮濕無滴滲水現(xiàn)象。出渣結(jié)束排險完成后，掌子面突然發(fā)生塌方。塌方里程為XK0+283～XK0+291，塌方里程段內(nèi)拱頂出現(xiàn)較大空腔，高度為拱頂以上3m～5m，小塌方一直持續(xù)，空腔繼續(xù)擴大并向洞口方向延伸擴大。

2010年5月12日上午9：00，建管處、設(shè)計院、總監(jiān)辦、施工單位四方對塌方現(xiàn)場進行了實地查看，擬定了回填洞渣，然后向空腔內(nèi)壓漿的處治方法。

2010年5月12日15：00開始回填洞渣，至2010年5月12日晚22：30時，回填洞渣過程中，在無任何前兆的情況下，掌子面頂部突然發(fā)生突水涌泥，瞬間流量較大，現(xiàn)場正在抽水作業(yè)的兩名工人迅速撤離，因時間緊迫，無法采用裝載機調(diào)運設(shè)備，后初步測算突水流量為400m3/h，4h后涌水量維持在210m3/h。至2010年5月13日12：00已累計出水約3 600m3。水位已升至XK0+200，距離掌子面83m。

3 工程水文地質(zhì)

XK0+280～XK0+330工程地質(zhì)概況：洞體埋深61.2m～88.7m圍巖由三疊系中統(tǒng)二馬營組(T2er)微風化互層狀砂泥巖組成。屬較軟巖～較硬巖，節(jié)理裂隙較發(fā)育～一般發(fā)育，巖體較完整，圍巖內(nèi)出水狀態(tài)為裂隙滴滲水～淋雨狀出水，地下水及構(gòu)造對圍巖穩(wěn)定性影響較嚴重，圍巖主要質(zhì)量指標Rc=20MPa～30MPa，JV=9條/m3～12條/m3,KV=0.6～0.5，BQ=303～318,地下水影響修正系數(shù)K1=0.4，[B]Q〗=203～278。Ⅳ級圍巖。

汾陽至邢臺高速公路平遙—榆社段寶塔山隧道水文地質(zhì)專項評價報告顯示3號斜井XK0+270～XK0+915段長度645m，地下水類型為二馬營組構(gòu)造裂隙承壓～潛水，含水層厚度40m，滲透系數(shù)取0.338m/d。涌水量為1 312.5m3/d。

4 突水涌泥后處治措施

1)迅速啟動應(yīng)急預(yù)案，以項目經(jīng)理為組長的應(yīng)急小組迅速安排洞內(nèi)作業(yè)人員及機械撤離，保證人員和設(shè)備的安全。

2)從太原、忻州調(diào)集200m3/h大功率污水泵5臺。

3)利用現(xiàn)有應(yīng)急備用水泵加大排水力度，使斜井內(nèi)水位平衡在XK0+200附近，不再上漲。

5 坍塌段處治方案及施工方法

5.1 總體思路

1)水抽干后從洞外拉渣對塌方區(qū)進行回填，對巖體起到穩(wěn)固的作用。同時平整出施工平臺，對XK0+283～XK0+200未坍塌段進行徑向打設(shè)小導(dǎo)管并注漿，阻止塌方后延；

2)在加固未坍塌段的同時，洞渣回填完成后，噴射C25混凝土將掌子面全部封閉，預(yù)留注漿孔注漿固結(jié)坍塌體，穩(wěn)步向坍塌段推進；

3)按照三臺階預(yù)留核心土施工順序，采用弱爆破，短進尺(每循環(huán)嚴格控制進尺0.5m)，強支護，分五個工作面平行穩(wěn)步掘進；

4)緊跟施作臨時仰拱，使圍巖盡快封閉成環(huán)，直至完成坍塌段全部施工。

5.2 施工流程

加固XK0+283～XK0+200段→對回填洞渣后塌體坡面噴射C25混凝土→在坡面上打設(shè)小導(dǎo)管注漿，向塌方空腔內(nèi)泵送混凝土→拱部打設(shè)外插角45°自鉆式錨桿并注漿→采用三臺階法開挖→開挖支護上臺階→開挖支護二、三臺階→坍塌段仰拱臨時支護→完成坍塌段施工→進入下一循環(huán)。

5.3 各工序施工工藝及技術(shù)要求

1)XK0+283～XK0+200里程段在涌水的影響下，浸泡時間較長。此段支護結(jié)構(gòu)已不穩(wěn)定，塌方有連鎖反應(yīng)的可能，為阻止坍塌后延，確保施工安全，首先需要對此段做加固處治,拱部及邊墻部位打設(shè)徑向φ42鋼花管注漿，鋼花管長3.0m/根，縱、環(huán)向間距1.0m，梅花形布置，注漿采用水泥水玻璃漿，水泥采用P.O42.5早強水泥，水灰比1∶1，單孔注漿壓力需達到1.0MPa以上。

2)注漿固結(jié)坍塌物，搭設(shè)作業(yè)平臺，加固原初期支護，穩(wěn)步向坍塌體方向推進。

a.注漿固結(jié)坍塌物。

XK0+283～XK0+200里程段經(jīng)過徑向注漿后，坍塌向洞口方向延伸的趨勢得到控制，施工人員在初期支護結(jié)構(gòu)的保護下，向洞內(nèi)拉洞渣對塌方區(qū)進行回填，回填結(jié)束后向坍塌體內(nèi)水平方向打設(shè)φ42鋼花管，同時在塌方體上方空洞處預(yù)留三根φ150mm混凝土輸送管便于泵送混凝土。噴射C25混凝土厚20cm封閉坍塌物表面，注漿固結(jié)坍塌體；鋼花管長6.0m/根，在坡面上布置間距1.0m×1.0m，注漿參數(shù)同上。注漿順序應(yīng)由底到頂注漿固結(jié)。注漿結(jié)束3d～5d后，用輸送泵通過φ150mm管向塌方區(qū)內(nèi)間歇泵送混凝土，直至在塌方區(qū)上方形成一層混凝土保護層。

b.固結(jié)完成段XK0+283～XK0+288里程段開挖支護。

坍塌體固結(jié)后，在坍塌物表面搭設(shè)腳手架，由XK0+283開始采用三臺階開挖，三臺階開挖高度分別為2.5m，3.0m,3.0m。超前支護采用雙層小導(dǎo)管加單層自鉆式錨桿。嚴格控制上臺階開挖進尺，每次進尺控制在0.5m。初支采用帶套拱的雙層鋼拱架，開挖輪廓線比設(shè)計輪廓線擴大0.3m，便于進行套拱施工。此段開挖至XK0+288時停止開挖，留1m不開挖作為下循環(huán)注漿的止?jié){墻。然后再次在坡面上打設(shè)6.0m鋼花管注漿。然后進行下循環(huán)開挖。隧道塌方處治示意圖見圖1。

c.塌方段初支參數(shù)如下:

采用雙排超前小導(dǎo)管長度4.5m，外插角10°，30°，縱向間距0.5m。初期支護采用Ⅰ20a工字鋼，間距0.5m。徑向錨桿由原設(shè)計的φ25中空錨桿變?yōu)棣?2鋼花管，長度3.0m，間距50cm×50cm，鎖腳錨管采用φ42鋼管，長度5.0m。套拱采用Ⅰ18工字鋼，間距0.5m。鎖腳錨管采用φ22早強藥包錨桿，長度5.0m。臨時仰拱采用Ⅰ20a工字鋼，間距0.5m。

3)對XK0+288～XK0+291里程段固結(jié)注漿開挖支護。重復(fù)上一里程段處治方案，直至安全順利度過塌方段。

4)注漿施工工藝。注漿設(shè)備選用雙液注漿泵。

a.施工準備。

熟悉設(shè)計圖紙；調(diào)查分析地質(zhì)情況；通過試驗確定注漿半徑、注漿壓力、間距及漿液配比；加工導(dǎo)管，準備及檢修施工設(shè)備器材；施工人員培訓；工作面測量、放線、定孔位。

b.小導(dǎo)管采用φ42無縫鋼管加工而成。

小導(dǎo)管前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。小導(dǎo)管中間部位鉆φ8mm溢漿孔，呈梅花形布置(防止注漿出現(xiàn)死角)，間距20cm，尾部不小于30cm范圍內(nèi)不鉆孔防止漏漿，末端焊φ6環(huán)形箍筋，以防打設(shè)小導(dǎo)管時端部開裂，影響注漿管聯(lián)接。

c.小導(dǎo)管安裝。

用手持風鉆鉆孔，并將小導(dǎo)管打入孔內(nèi)，如地層松軟也可用風鉆將導(dǎo)管直接打入。

d.注漿。

首先將掌子面用噴射混凝土封閉，以防漏漿，并對小導(dǎo)管內(nèi)的積物用高壓風進行清理。

注漿順序由下而上，注漿單管進行。漿液由稀到濃逐級變換，即先稀后濃。注漿完后，立即堵塞孔口，防止?jié){液外流。

小導(dǎo)管施工工藝流程圖見圖2。

6 經(jīng)驗與體會

針對處治本次塌方、突水涌泥的過程，使我們增加了如下認識：

1)在施工中一定要在地質(zhì)資料詳實的基礎(chǔ)之上科學分析,加上先進的超前探測儀來指導(dǎo)施工，才有可能避免塌方；

2)充分了解了隧道的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及圍巖狀況，進行精心調(diào)查研究分析，才能確定最佳施工方案。了解了施工超前和預(yù)支護在軟弱圍巖施工中的必要性；

3)軟弱巖層自身穩(wěn)定性差，塌方出現(xiàn)時，以穩(wěn)定性為主，坍塌渣體同樣對周圍巖壁有穩(wěn)定支撐作用，切忌隨意開挖；

4)針對該種圍巖所發(fā)生的各種變形、滲水和涌泥涌水現(xiàn)象，以往經(jīng)驗表明，單靠注漿手段提高注漿固結(jié)體的強度和厚度，有時也會發(fā)生再次破壞的現(xiàn)象。由此建議施工中在提高注漿效果的同時，采用加強支護體剛度的方法。

本文結(jié)合寶塔山隧道3號斜井施工過程中遇到大規(guī)模突水涌泥的處治措施，對處治突水涌泥施工有一定的指導(dǎo)意義。希望為類似的工程提供些許借鑒作用，更希望不妥之處能得到專家和同行的指正。

Ontreatmentmeasuresofwaterinrushandburstmudatrocktunnels

YuWei

(China Railway 14th Bureau 2nd Engineering Co., Ltd, Tai’an 271000, China)

Thepaperintroducestheprocessofthelarge-scalewaterinrushandburstmudatXK0+283～XK0+291segmentofthe3rdinclinedwellalongBaotashanTunnel,andanalyzesitstreatmentschemesofthecollapsedsectionanditsconstructiontechnicalpoints,soastoprovidesomereferencefordealingwithsimilarprojectsinfollowingprojects.

rocktunnel,collapsedsection,waterinrushandburstmud,treatmentmeasures

1009-6825(2015)01-0171-02

2014-10-30

于 偉(1986- )，男，工程師

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