平朔東露天礦高陽(yáng)坡隧道涌水突泥隱患治理

張廣武

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036800）

安全與環(huán)保

平朔東露天礦高陽(yáng)坡隧道涌水突泥隱患治理

張廣武

（中煤平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036800）

闡述了隧道涌水突泥隱患概況，并對(duì)隧道涌水突泥隱患形成的原因進(jìn)行了分析，最后就隧道涌水突泥隱患治理措施及具體施工治理時(shí)需注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，對(duì)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工具有一定的參考價(jià)值。

隧道；涌水突泥隱患；治理措施

0 引 言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，煤炭作為主要能源需求逐步加大，其主要運(yùn)輸通道運(yùn)煤鐵路專(zhuān)用線的建設(shè)大量展開(kāi)，由于煤礦大多建在山地丘陵地區(qū)，在鐵路修建過(guò)程中隨之而來(lái)的隧道施工問(wèn)題不可避免，隧道施工環(huán)境具有一定的復(fù)雜性，在施工過(guò)程中高壓、巖溶以及富水等問(wèn)題經(jīng)常遇到，不僅增加了隧道施工的難度，還在一定程度上留下了安全隱患，為了更好地解決這些問(wèn)題就需要嚴(yán)格控制隧道注漿堵水的施工技術(shù)。隧道徑向注漿技術(shù)是控制隧道注漿堵水的主要施工技術(shù)之一，主要解決隧道內(nèi)涌水量大、降低排水壓力、保護(hù)地表周?chē)鷳B(tài)環(huán)境，提高圍巖承載力的問(wèn)題。以平朔東露天煤礦鐵路專(zhuān)用線高陽(yáng)坡隧道為例，對(duì)隧道涌水突泥隱患形成的原因進(jìn)行了分析，就隧道涌水突泥隱患治理措施及具體實(shí)際實(shí)施施工治理時(shí)需注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述。

1 隧道概況

高陽(yáng)坡隧道工程屬于平朔東露天煤礦鐵路專(zhuān)用線工程線下工程。隧道DK13+365～DK13+940，全長(zhǎng)575 m。其中原設(shè)計(jì)DK13+500～DK13+ 561.03為Ⅳ級(jí)圍巖（系砂巖、泥巖，無(wú)地下水），DK13 +561.03～DK13+940為Ⅴ級(jí)圍巖（系砂質(zhì)黃土、黏性黃土，無(wú)地下水）。

高陽(yáng)坡隧道設(shè)計(jì)為單線隧道，位于低山丘陵區(qū)，地勢(shì)起伏較大，山區(qū)地表植被發(fā)育，無(wú)基巖裸露。隧道最大埋深為58.0 m。隧道進(jìn)口端為石灰系砂巖，而出口端為第四系砂質(zhì)黃土。隧道上覆蓋第四系上更新統(tǒng)黃土、黏質(zhì)黃土，其下為石灰系砂巖泥巖地層。砂巖泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育嚴(yán)重，巖體破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 高陽(yáng)坡隧道原設(shè)計(jì)概況

2.1 地層巖性

出露地層上覆蓋厚層第四系砂質(zhì)黃土，下為石灰系砂巖泥巖地層，地層連續(xù)分部，隧道地層巖性由上之下分述如下：

①砂質(zhì)黃土(Q3a1):黃褐色，稍濕，稍密～中密，含鈣質(zhì)絲和鈣質(zhì)結(jié)核，層厚4.6～18.6 m；②黏質(zhì)黃土(Q3a1)：黃褐色，硬塑～堅(jiān)硬，含有鈣質(zhì)絲和鈣質(zhì)結(jié)核，層厚6.1～26.8 m；③角碩土(Q3a1)：黃褐色，稍濕，中密，含有鈣質(zhì)絲和鈣質(zhì)結(jié)核，層厚2.2～10.7 m；④砂巖（C）：灰色～灰黃色；強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎；⑤泥巖（C）：灰色～灰黃色～灰黑色；強(qiáng)風(fēng)化～弱風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎。

2.2 水文地質(zhì)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，未見(jiàn)地下水出露。

2.3 不良地質(zhì)及特殊巖土問(wèn)題

根據(jù)實(shí)驗(yàn)資料計(jì)算結(jié)果，該隧道所在場(chǎng)地出露的砂質(zhì)黃土具有非自重濕陷性，濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)，濕陷厚度為所有砂質(zhì)黃土層。

2.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

1）按噴錨構(gòu)筑法技術(shù)要求設(shè)計(jì)，隧道均采用曲墻帶仰拱復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)；襯砌及設(shè)計(jì)支護(hù)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 施工圖隧道支護(hù)參數(shù)

2）Ⅴ級(jí)圍巖二次襯砌采用鋼筋混凝土襯砌，初期支護(hù)噴混凝土采用濕噴工藝；

3）拱部。范圍內(nèi)打設(shè)φ22超前錨桿，長(zhǎng)度3.5 m，環(huán)向間距30 cm。

3 隧道涌水突泥隱患概況

2010年7月23日，在高陽(yáng)坡隧道DK13+747處開(kāi)挖仰拱施工期間挖出涌水泉眼一處，且出水量不斷變大，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，出水量約為60 m3/d。2010年8月2日，距開(kāi)挖掌子面附近DK13+736處又出現(xiàn)1處涌水泉眼。由于土質(zhì)圍巖自身含水量較大，自穩(wěn)性差，加之出現(xiàn)明水，在DK13+747～DK13+757段仰拱開(kāi)挖期間，隧道左側(cè)拱架腳部位出現(xiàn)較大收斂變形，最大變形收斂值15 cm。但在隨后7月26日，該段隧道左側(cè)自仰拱以上又出現(xiàn)嚴(yán)重收斂變形，最大變形收斂值12 cm。由于隧道涌水不斷，圍巖壓力異常，致使初期支護(hù)變形，變形部位局部出現(xiàn)初期支護(hù)混凝土掉快現(xiàn)象，個(gè)別處格柵鋼構(gòu)暴露變形。

1）在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)集水坑1處，并用水泵不間斷向外抽水；

2）對(duì)2010年8月2日DK13+747～DK13+ 757段仰拱開(kāi)挖期間，隧道左側(cè)拱架腳部位出現(xiàn)較大收斂變形，最大變形收斂值15 cm處的仰拱立即施工，使收斂變形趨于穩(wěn)定；

3）對(duì)2010年7月26日該段隧道左側(cè)自仰拱以上又出現(xiàn)二次嚴(yán)重收斂變形為防止拱墻繼續(xù)變形，該段及時(shí)澆筑二襯矮邊墻，用以加強(qiáng)支撐，并在矮邊墻以上1、2 m處布設(shè)2層觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)觀測(cè)頻率并對(duì)變形收斂觀測(cè)進(jìn)行記錄。

4 隧道涌水突泥隱患形成原因

隧道該段洞身位于第四系黏質(zhì)黃土中，該區(qū)域地下水類(lèi)型屬于黃土孔隙裂隙潛水及基巖裂隙水。黃土孔隙裂隙潛水含水層主要為風(fēng)積黏質(zhì)黃土，地下水接受大氣降水補(bǔ)給，含水層儲(chǔ)水和排水條件差，水量小且不穩(wěn)定，地表水下滲后在土石分界面聚集，隧道開(kāi)挖后打開(kāi)了地下水流通道，地下水順節(jié)理滲出，導(dǎo)致隧道圍巖土體產(chǎn)生軟化現(xiàn)象，造成DK13+ 736～DK13+760段的隧道初期支護(hù)壓力過(guò)大，變形嚴(yán)重。另外，由于出現(xiàn)涌水加之黃土透水性較強(qiáng)，導(dǎo)致隧道圍巖原有應(yīng)力變化，造成該段隧道初期支護(hù)的拱頂下沉、拱腳收斂超過(guò)允許值，浸入限界內(nèi)。

5 高陽(yáng)坡隧道涌水突泥隱患處理措施

5.1 掌子面堵水

掌子面前方集中涌水點(diǎn)，采用小導(dǎo)管局部注漿堵水。在出水點(diǎn)周邊布設(shè)3環(huán)φ42小導(dǎo)管，第1圈半徑為85 cm，第2圈半徑為170 cm，第3圈半徑為250 cm，小導(dǎo)管環(huán)向間距為100 cm，長(zhǎng)度L=6.0 cm，梅花形布置。孔和注漿順序由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工，1號(hào)圈周邊注漿孔完成后進(jìn)行2號(hào)圈周邊注漿孔注漿，最后進(jìn)行3號(hào)圈周邊孔注漿。漿液擴(kuò)散半徑按0.8～1.0 m考慮，注漿壓力為0.5～1.0MPa，注漿材料采用水泥－水玻璃雙液漿。在注漿施工實(shí)施前，應(yīng)進(jìn)行1～2孔注漿試驗(yàn)，確定合理的注漿參數(shù)。

5.2 段初期支護(hù)加固補(bǔ)強(qiáng)

5.2.1 徑向注漿加固

徑向注漿是在隧道開(kāi)挖后洞壁局部有出水點(diǎn)或出水區(qū)域，沿隧道徑向進(jìn)行的鉆孔注漿，進(jìn)行堵水治理。其適用于封堵隧道周邊局部股流或小面積滲水以及固結(jié)局部圍巖，主要用于以堵水為主的隧道施工，且水壓和水量較小，圍巖有一定的自穩(wěn)力。

1）徑向注漿孔距、管徑布置。DK13+736～DK13+760段初期支護(hù)嚴(yán)重變形段落，為預(yù)防全斷面注漿施工過(guò)程因注漿壓力過(guò)大縱向傳遞，造成后方初支結(jié)構(gòu)受力，引起拱頂沉降加劇、開(kāi)裂甚至坍塌等危險(xiǎn)。全斷面超前預(yù)注漿前對(duì)開(kāi)挖掌子面后方30 m范圍，采取徑向注漿進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，以達(dá)到穩(wěn)固后方的目的（或抓緊該段二襯施工）。

采用3.0 m徑向注漿進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)，注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑2 m布設(shè)，注漿孔按梅花型布置，孔口環(huán)向間距約180 cm，孔底環(huán)向間距約250 cm，縱向間距260 cm。注漿孔采用風(fēng)機(jī)鉆開(kāi)孔，孔徑φ52 mm?？卓诠懿捎忙?0 mm，壁厚3.5 mm熱軋無(wú)縫鋼管，鋼管長(zhǎng)1 m，孔口管應(yīng)埋設(shè)牢固，并有良好的止?jié){措施。

2）注漿壓力。＞2 MPa注漿中最低壓力≤5 MP保證漿液的擴(kuò)散。

3）注漿材料的選取。徑向注漿材料應(yīng)有較好的粘結(jié)力，與隧道軟弱巖體粘合后抗壓、抗剪強(qiáng)度高，耐沖擊、耐酸、耐堿性好。材料還應(yīng)該有較高的滲透性，流動(dòng)性好，遇水不發(fā)泡，能很好的滲入巖體細(xì)小的裂隙中。針對(duì)隧道本身地質(zhì)特點(diǎn)及涌水狀況，對(duì)比分析普通硅酸鹽水泥、HSC（特制硫鋁酸鹽熟料、石膏、硅粉、減水速凝劑等組成）、超細(xì)水泥——水玻璃雙液漿等注漿材料。綜合對(duì)比結(jié)果為，注漿材料采用水玻璃雙液漿或HSC單液漿為主，超細(xì)水泥單液漿為輔。注漿材料配比見(jiàn)表2。

4）注漿順序。注漿順序按“由外到內(nèi)、由上到下、間隔跳孔”的原則進(jìn)行，以達(dá)到控域注漿，擠密加固,堵水固泥的目的。徑向注漿施工工藝流程如圖1所示。

表2 漿液配比參數(shù)

圖1 徑向注漿施工工藝流程

5.2.2 更換浸限格柵鋼架

當(dāng)徑向注漿結(jié)束后，檢查注漿效果，如果達(dá)到要求，對(duì)DK13+736～DK13+760初期支護(hù)嚴(yán)重變形段落，先從下往上鑿除原格柵鋼架間的混凝土，一次鑿除混凝土長(zhǎng)度為兩榀格柵鋼架間距，擴(kuò)挖孔后，架設(shè)H20型鋼鋼架，間距為75 cm，并及時(shí)封閉成環(huán)，噴射混凝土后25 cm。同時(shí)在拱腳及格柵鋼架拼接處打設(shè)兩根φ42鎖腳錨管，長(zhǎng)度L=3.5 m。

5.2.3 臨時(shí)橫向支撐

更換型鋼鋼架成環(huán)后，在拱腰及拱腳處增設(shè)兩排臨時(shí)橫向鋼支撐，橫向支撐采用H20型鋼。每排橫向支撐間距1.5 m，上下兩排交錯(cuò)布置。

6 具體實(shí)施施工治理時(shí)需注意事項(xiàng)

1）加強(qiáng)隧道變形段的收斂變形觀測(cè)頻率，及拱圈沉降的觀測(cè)；

2）加強(qiáng)隧道頂部原地面的觀測(cè)，布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，設(shè)專(zhuān)人定時(shí)觀測(cè)及時(shí)反饋觀測(cè)結(jié)果；3）注漿結(jié)束后，單孔涌水量小于0.2 L/（min· m），隧道開(kāi)挖后容許滲水量應(yīng)小于2.5 L/（min·m）。當(dāng)注漿完畢后未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)注漿；

4）及早施作二次襯砌；

5）仰拱施工前需將隧底虛砟、雜物、積水等清除干凈，超挖應(yīng)采用同級(jí)混凝土回填。仰拱施工縫、變形縫應(yīng)做防水處理，其工藝及要求同襯砌拱墻的施工縫、變形縫；

6）加強(qiáng)洞內(nèi)排水措施，嚴(yán)防積水浸泡地基；

7）注漿過(guò)程中應(yīng)做好施工記錄，包括孔位、孔徑、孔深、漿液配合比、注漿壓力、注漿量、串漿等；

8）當(dāng)注漿壓力突然升高，則只注純水泥漿或清水，待泵壓回復(fù)正常時(shí)，再進(jìn)行雙液注漿，若壓力不回復(fù)正常，則停止注漿，檢查管路是否堵塞；

9）當(dāng)進(jìn)漿量很大，注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高時(shí)，應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，進(jìn)行小泵量、低壓力注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間，便于凝膠；

10）在開(kāi)挖工作面有小裂隙漏漿，先用水泥浸泡過(guò)的麻絲填塞裂隙，并調(diào)整漿液配合比，縮短凝膠時(shí)間，若仍跑漿，在漏漿處用風(fēng)鉆鉆淺孔注漿固結(jié)；

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)高陽(yáng)坡隧道（DK13+736～DK13+760段）涌水突泥隱患進(jìn)行徑向注漿施工治理，從其實(shí)際施工效果來(lái)看，它能增強(qiáng)與圍巖的密貼程度，有效的改善圍巖的穩(wěn)定性，提高圍巖承載力和自穩(wěn)力，達(dá)到堵水的目的，有效控制隧道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)沉降和變形，隧道涌水突泥隱患得到基本的根治，抑制了仰拱收斂變形的情況，從而達(dá)到確保施工安全、施工工期，改善施工環(huán)境的目的。

［1］TB10003—2005鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］TZ204—2008鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］.

［3］TB10753—2010高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］明琦，郭衍敬，張斌.軟弱圍巖大斷面隧道徑向注漿變形的控制［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，33（5）:512-516.

［5］黃志杰.象山隧道徑向注漿堵水施工技術(shù)［J］.隧道建設(shè)，2009（2）：235-238.

［6］高陽(yáng)坡隧道涌水變形段整治設(shè)計(jì)方案”［R］.太原：中鐵太原勘察設(shè)計(jì)咨詢?cè)河邢薰荆?010.

【責(zé)任編輯：陳 毓】

Water gushing mud hidden peril control in Gaoyangpo tunnel of Pingshuo East Open-pit Mine

ZHANG Guangwu
(China Coal Pingshuo Group Co.,Ltd.,Shuozhou 036800,China)

This article describes the overview of tunnel water gushing mud hidden peril,and analyzes the causes of the tunnel water gushing mud hidden peril,and finally discusses the precautions in control measures and specific construction management of the tunnel water gushing mud hidden peril,which has certain reference value for guiding site construction

tunnel;water gushing mud hidden peril;control measure

TD745

B

1671－9816（2017）03－0067－04

2016-11-07

張廣武（1971—）男，山西大同人，工程師，現(xiàn)在中煤平朔集團(tuán)有限公司從事技術(shù)工程管理工作。

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.03.019

張廣武.平朔東露天礦高陽(yáng)坡隧道涌水突泥隱患治理［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（3）：67-69.