泥灰?guī)r隧道斷層帶涌水突泥治理措施

高衛(wèi)衛(wèi)

摘 要：以阿爾及利亞55km鐵路甘塔斯長大隧道出口高地應力膨脹性泥灰?guī)r地質斷層帶為背景，針對在掘進施工中出現的掌子面突泥、涌水、坍塌等現場情況，結合現場施工方法，通過小導管預加固穩(wěn)定固結松散體及加強初期支護，通過玻璃纖維錨桿注漿加固掌子面的辦法避免二次事故，恢復正常開挖，順利穿過不良地質斷層帶，施工安全得到保證，遭遇相類似圍巖及事故治理時具有較好的借鑒和適用性。

關鍵詞：涌水突泥 注漿加固 玻璃纖維錨桿 隧道施工

中圖分類號：U457 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（a）-0085-03

隧道施工的過程中經常會遇到地質變化及斷層地段，伴隨著地下水豐富，自然形成的溶腔，在施工的過程中出現涌水、突泥，給正常開挖造成諸多困難，在治理過程中稍有不慎又極易引發(fā)二次災害，帶來極大的安全隱患，還造成成本、工期的損失。因此，在出現涌水、突泥等不良地質災害后，要確保治理方案安全、可靠，盡快恢復正常開挖，以期順利穿過不良地質段。本文將結合阿爾及利亞甘塔斯隧道的特點及涌水、突泥過程來討論施工方法及治理措施。

1 工程概況

甘塔斯隧道是阿爾及利亞首都阿爾及爾至奧蘭鐵路55km復線改造項目的重難點工程，亦是全線控制性工程，雙洞單線，左洞長7335m，右洞長7346m，是阿國家公路、鐵路、水利各類工程最長的隧道，也是中國鐵建股司乃至中國鐵路行業(yè)在國外中標的“設計+施工”最長的鐵路隧道。

隧道圍巖以具膨脹性的泥灰?guī)r、頁巖等軟巖為主，項目地處阿爾卑斯褶皺帶，地應力大，極易造成圍巖的塑性變形，隧道工程地質條件總體較差[1]。

甘塔斯隧道出口開挖至V1K108+300時遭遇地質斷層帶，地下水豐富，不斷出現涌水現象，采用RMR分級確定掌子面為Ⅴ級圍巖，強膨脹性泥灰?guī)r為主并夾雜砂巖，由于泥灰?guī)r遇水結合的作用造成未開挖巖體承載力降低，失穩(wěn)，使后方已完成支護的段落亦出現大的變形。

在施工至V1K108+270.4時，出現大規(guī)模的涌水、突泥，迫使掌子面停滯，經過分析研究，在做好超前鉆孔排水的同時，采用玻璃纖維錨桿配合小導管注漿加固，分臺階開挖的方式順利穿越該不良地質段，恢復了正常掘進。

2 涌水突泥過程

根據超前地質預報信息，V1K108+270-260范圍為地質變化帶，形成斷層且含水量大。2016年2月15日，甘塔斯隧道出口左洞在施工至V1K108+270.4，掌子面采用玻璃纖維錨桿加固過程中，鉆進至7m（V1K108+263.4）時，發(fā)生小規(guī)模涌水、涌泥，涌水、涌泥沿鉆孔排出，涌水約為20m3/h，涌泥約為6m3/h，立即對掌子面噴射混凝土加固，開挖臨時排水設施引排涌泥涌水。

2016年2月18日，涌泥量突然加大，引發(fā)了掌子面滑塌，涌出土石方大約600m3，涌出約60m遠，泥水在掌子面和后方橫通道間淤積，現場照片如圖1、圖2所示。

3 治理措施

3.1 排水清淤

采用多臺抽水泵同時抽排積水，接入布設的排水管道內，排至后方已施工二襯段落中央水溝內排出洞外，清除道路淤泥并重新換填干渣，恢復道路距掌子面15m處。

3.2 超前排水

在洞壁側面斜向前施工排水孔引排掌子面前方地下水，采用由意大利CASAGRAND公司生產的全液壓多C6鉆機鉆孔，鉆孔深度25m，鉆孔直徑150mm，成孔后插入φ114鋼管作為排水管，管壁按梅花形方式布置滲水孔，為防止?jié)B水孔被淤泥堵塞，鋼管外側包裹土工布。

3.3 注漿加固松散體

加固涌泥松散土體，確保掌子面前方穩(wěn)定：松散土體內借助機械插入長度6～8m的φ42mm小導管，導管頂部焊接鋼筋，用以固定鋼筋網片，土體表面采用厚度為5～10cm噴射混凝土進行封閉，導管端部焊接止?jié){板及注漿管，采用雙液注漿泵加壓注水泥漿液，通過滲透擴散，使水泥漿液填充土體孔隙，并固結土體，漿液采用普通Portland水泥拌制，單液漿比例為W∶C=1∶1.2（如圖3所示）。

3.4 加強支護

對掌子面處支護部分（V1K108+275-270.4）施工φ42mm徑向小導管，進行注漿加固，徑向加固范圍為開挖輪廓線外4m，小導管長度6m，環(huán)向間距40cm，采用YT28風動鑿巖機鉆孔，孔徑≥50mm，人工安裝導管。

根據收斂量測數據顯示掌子面后方已閉合初期支護段落變形速率加快，部分區(qū)域出現砼開裂現象，為避免安全事故及后期變形加劇出現侵限換拱，對開裂段（V1K108+285-275）進行加固，施工第二層格柵拱架。格柵拱架主筋采用FeE500φ20鋼筋，噴射砼厚度20cm，施工時采用逆做法，先施工仰拱，后安裝上中導。

3.5 掌子面加固

松散體加固及初期支護加強完成后，采用超前鉆孔探測前方塌體范圍及圍巖情況，同時檢測導管注漿效果。

鉆孔時記錄成孔及巖體情況，發(fā)現小導管注漿起到了一定固結效果，但掌子面前方0～6m范圍內塌方體仍較為松散，充斥泥、水，但9m以后圍巖好轉，含水量減少。通過分析總結認為此次突泥現象正是由于在掌子面前方6～9m處為地質斷層帶，存在自然形成的大體積溶腔，溶腔內被大量積水及經水作用后的膨脹性泥灰?guī)r填充，壓力極大，受降雨影響水量不斷得到補充，當掌子面前方6m的土體難以承受此巨大的壓力時，擠塌掌子面前0～6m巖體，溶腔位于拱腰以上部位。

為避免恢復開挖后，隨著掌子面掘進發(fā)生二次事故，在做好鉆孔排泥、排水的同時，決定用玻璃纖維錨桿注漿對隧道掌子面正前方繼續(xù)進行加固，主要利用桿體的抗拉強度高、抗剪強度低、易挖除的特點，通過錨桿的錨固和注漿的作用將前方巖體形成一個整體，抑制其變形，提高抗側滑能力[2-5]。在已封閉的掌子面上，將孔位標示清楚，掌子面玻璃纖維錨桿呈梅花形布置，間距1.0×1.0m，單根長12m。同樣采用C6鉆機從上至下分層鉆孔，鉆進過程保證鉆桿與隧道縱軸向一致，錨桿采用定位器固定，人工安裝，分段預留注漿管，避免成孔后塌孔無法保證注漿質量，即在錨桿11m、9m、6m、3m處均安裝注漿管，利用扎絲將注漿管與錨桿捆扎牢固，當塌體（0～6m處）松散難以成孔時，插入鋼管輔助，在注漿前將其撥出。endprint

4 開挖施工

涌泥松散體及掌子面加固完成后，恢復隧道掘進，為確保隧道施工安全，減少一次開挖面積，開挖方式改用超短三臺階法。拱頂仍采用φ42mm超前小導管注漿預加固，環(huán)向間距30cm，初期支護采用HEB220型鋼拱架，間距0.8m/榀，預留變形量20cm，拱架間采用Φ25mm縱向連接筋加固，環(huán)向間距1m，每次開挖進尺0.8m并觀察掌子面情況。

若遇拱頂掉塊、坍塌需及時處理，若是小區(qū)域坍塌，采用掛網、噴射砼逐層回填密實。若出現較大面積的塌方體，對圍巖初噴穩(wěn)定后，先安裝拱架，預埋泵送管及排氣管，待初支噴射砼完成達到一定強度后，泵送噴射砼進行回填密實。

5 施工注意事項

（1）施工中堅持地質超前預報，采取超前水平鉆孔的方式并在鉆孔過程中詳細記錄鉆進及鉆渣變化情況，探明前方地質狀況。

（2）出現滲水、涌水時，宜排不宜堵，利用超前鉆孔的方式進行排水，提前降低掌子面前方水壓，同時、對已完成的初期支護段落及時做徑向排水孔，避免初期支護破壞。

（3）注漿材料要求滿足質量要求，注漿必須飽滿密實，保證注漿質量和效果，注漿加固后，對加固范圍進行鉆孔取樣驗證注漿效果，當漿液滲透性不良時補充注漿[6]。

（4）“勤量測”，按照有關規(guī)范、規(guī)程、規(guī)定的要求，對圍巖和支護系統的穩(wěn)定狀態(tài)進行監(jiān)控量測，堅持日常、正確、有效，每天及時完成數據采集及分析，判斷支護變化情況及治理措施有效性，必要時及時調整支護參數及方案[7]。

6 結語

阿爾及利亞甘塔斯隧道出口地質構造復雜多變，巖溶發(fā)育、地應力高、膨脹性強，發(fā)生V1K108+270涌水、突泥、坍塌災害后，制定了排水泄壓、注漿加固、掌子面玻璃纖維錨桿加固等治理措施，穩(wěn)中求勝，確保了施工安全，避免了次生事故，順利恢復掘進并通過該斷層、溶腔不良地質段，取得了良好效果。

參考文獻

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[6] 李明華.玻璃纖維錨桿預加固技術在隧道中的應用研究 [J].鐵道建筑技術，2016（3）：23-25.

[7] 候希承.渝懷鐵路黃草隧道變形測試及分析[J].鐵道建筑 技術，2005（4）：54-57.endprint