高速鐵路隧道突水突泥處理措施

張利濤

摘要：針對某高速鐵路隧道突發(fā)性突水突泥地質(zhì)災害的處理情況，采用反壓回填石碴、封閉掌子面、增設(shè)臨時支撐、超前注漿及徑向注漿等綜合手段，安全有效地處理這一突發(fā)險情，保證了隧道施工的正常進行，對今后類似條件的地下工程施工具有一定的借鑒意義。

Abstract： In view of the handling of sudden water and mud inrush geological disasters in a high-speed railway tunnel， it is safe and effective to use back-pressure backfilling stone slabs， closed face， additional temporary support， advanced grouting and radial grouting to handle this sudden danger，? ensuring the normal operation of the tunnel construction， and it will have certain reference significance for the underground construction of similar conditions in the future.

關(guān)鍵詞：隧道;突水突泥;處理措施

Key words： tunnel;water and mud inrush;treatment measures

中圖分類號：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）35-0178-03

0? 引言

伴隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，尤其是高速鐵路建設(shè)高潮的到來，也極大促進了我國隧道施工技術(shù)的提高，一個個高風險隧道的攻克，為高速鐵路大面積建設(shè)提供了技術(shù)保障，本文就以我國西南地區(qū)某高鐵復雜隧道施工為例，闡述了隧道突水冒泥施工在安全應對，快速推進過程中總結(jié)的經(jīng)驗教訓，為后期同類型隧道施工提供借鑒。

1 工程概況

西南某高鐵隧道位于桂林市靈川縣，隧道全長6470m，是全線重點控制性工程之一，隧道地貌為中低山地貌，海拔高程186m～476m，相對高差接近300m，自然坡度5～35°，地形起伏大，沖溝較發(fā)育，坡陡溝深，坡面一般覆土較厚。D3K426+310～D3K426+605段發(fā)育有一王家逆斷層，圍巖破碎，斷層破碎帶寬60m，影響帶寬100～200m。地下水以孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水為主，在節(jié)理裂隙帶或斷層破碎帶附近地下水量較大，可能會遇到股狀涌水。隧道地質(zhì)條件較為復雜，存在順層偏壓、巖溶、斷層等不良地質(zhì)，施工難度較大。

2? 事故應對措施

2.1 應對措施及發(fā)生經(jīng)過

根據(jù)超前地質(zhì)預報揭示，在掌子面前方約30m范圍內(nèi)，有集聚大量裂隙水，存在涌水風險，項目管理人員對于涌水風險進行了評估，采取了一系列應對措施，主要包括以下幾個方面：

①加強已施工段的圍巖量測，確保已施工段的安全穩(wěn)定，避免突水冒泥給已施工部分造成較大影響。

②停止掌子面掘進，緊跟仰拱二襯，盡可能使仰拱二襯跟進到最短距離。

③采用潛孔鉆進行超前30m鉆孔，進行探水和減壓工作?？紤]到隧道屬于順坡排水，靠水流可以自動排出，未考慮增加其他抽排措施。

④對現(xiàn)場作業(yè)人員進行安全教育，進行應急演練，疏通排水設(shè)施，檢查漏電保護器的涉電設(shè)備，確保出現(xiàn)突發(fā)情況，能夠及時撤離，撤離中做到及時斷電，防止電路短路，造成人員傷亡。

2010年1月8日上午8：00左右，掌子面在D3K426+477上臺階開挖時，左側(cè)拱腳部位出現(xiàn)突水，水質(zhì)渾濁，突水量由小變大，逐漸向拱部發(fā)展，最大時達300m3/h，突水中夾雜石塊、泥塊，突水現(xiàn)象一直持續(xù)?，F(xiàn)場觀察上臺階左側(cè)拱腳處已經(jīng)出現(xiàn)較大的空腔。按照應急演練要求，迅速將工人及時撤離到安全地帶，并對隧道收斂進行觀測。上午9：00左右發(fā)現(xiàn)上臺階左側(cè)拱部D3K426+468、D3K426+471、D3K426+472出現(xiàn)3條環(huán)向裂縫，裂縫中有渾濁水流出，裂縫表面的噴射混凝土出現(xiàn)局部掉塊;D3K426+467～D3K426+477段初期支護發(fā)生變形，經(jīng)測量初期支護結(jié)構(gòu)變形侵入凈空最大達到52cm。

2.2 原因分析

①從地質(zhì)原因來看，該段位于王家莊逆斷層區(qū)域內(nèi)，圍巖為斷層角礫，呈飽和狀夾泥。該段隧道埋深50m左右，隨著地表水的不斷下滲補給，在斷層內(nèi)形成大量的溶腔水聚集，在開挖過程中，上臺階左側(cè)圍巖為強風化砂巖，開挖呈砂礫狀，透水性較好;上臺階右側(cè)為泥質(zhì)砂巖夾頁巖，給突水冒泥創(chuàng)造了條件。

②D3K426+477上臺階施工時，左側(cè)拱腳部位出現(xiàn)突水，突水量由小變大，說明該區(qū)域附近有塌腔存在和持續(xù)水源補給，當水壓力達到一定程度后，水伴隨泥砂涌出。

③D3K426+467～D3K426+477初期支護發(fā)生變形，說明該段支護背后巖體已經(jīng)伴隨突水突泥發(fā)生整體擾動。

④從地表觀測分析發(fā)現(xiàn)，該段地表有接近5cm的沉陷，說明該處已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨時都有冒頂坍塌的危險。

3? 處理方案

結(jié)合現(xiàn)場情況，我們對方案進行優(yōu)化和比選，如果按照常規(guī)方法待水流變小后進行加固處理，有可能會造成塌方冒頂?shù)陌l(fā)生，且加固過程中，也很難保證施工人員的安全，經(jīng)過比選，我們確定了采用如下施工方案確保施工過程人員的安全和防止隧道塌方冒頂事故的發(fā)生：①立即停止掌子面施工。②加固穩(wěn)定后方支護結(jié)構(gòu)。③考慮到該隧道為順坡排水，水流量不足以都施工人員造成危害，我們采取加快二次襯砌跟進，對可能發(fā)生變形地段進行初期支護加固，防止事態(tài)的進一步惡化，同時也為作業(yè)人員提供較為安全的作業(yè)環(huán)境。④加密監(jiān)控量測頻率，以監(jiān)控量測數(shù)據(jù)和分析結(jié)論指導施工。⑤迅速將未封閉成環(huán)的仰拱進行封閉，以減少變形。⑥采取TSP等綜合手段對前方圍巖地質(zhì)進行超前預報，并據(jù)此制定相應的施工技術(shù)方案，之后恢復掌子面開挖掘進。⑦根據(jù)掌子面施工情況，結(jié)合圍巖量測結(jié)果，采取可靠措施對變形區(qū)段進行處理。

3.1 封閉掌子面

險情發(fā)生后立即啟動應急預案，在確保沉降數(shù)據(jù)收斂趨于穩(wěn)定，不會出現(xiàn)塌方的情況下組織搶險，搶險從外到內(nèi)逐步加強的方式進行掌子面封閉，采取措施如下：從洞外倒運石碴回填反壓上中下臺階初期支護，防止拱架因圍巖壓力過大進一步發(fā)生收斂變形，然后在上臺階左拱腳埋設(shè)2根Ф250鋼管引排水，減少涌水漫流對中下臺階圍巖的浸泡，最后在確保安全的情況下，采用C25噴射混凝土封閉掌子面，厚度30cm～100cm，穩(wěn)住掌子面不至于發(fā)生巖體垮塌。

3.2 對變形區(qū)增設(shè)剛性臨時支撐

為防止后續(xù)注漿加固工序施工過程中初期支護進一步變形失穩(wěn)而導致坍塌， 掌子面封閉完成后，在D3K426+466～D3K426+472段上臺階拱腳增設(shè)9榀卡口橫梁，采用9根Ф250鋼管，每根13.2m（見圖1）;在D3K426+458～D3K426+460段中臺階拱腳增設(shè)3榀卡口橫梁和斜撐，采用I20b工字鋼3根，每根22.2m（見圖2）。剛性橫撐與初期支護鋼拱架焊接牢固，形成一個整體共同受力。

3.3 掌子面和變形區(qū)段注漿堵水加固

在D3K426+477掌子面拱部150°范圍打設(shè)？準42超前小導管，環(huán)向間距0.2m，每根長6m，另外在掌子面初期支護輪廓線內(nèi)1m范圍往大里程方向環(huán)向增設(shè)6m長？準42超前注漿小導管，環(huán)向間距1m，計20根，對掌子面前方圍巖進行預注漿加固，形成一道止?jié){墻，防止正面突水冒泥。

由于初期支護外巖體已經(jīng)蠕動松散，對D3K426+467～D3K426+477段拱墻打設(shè)？準42徑向注漿小導管，注漿加固周邊巖體，小導管長6m/根，縱、環(huán)向間距1m×1m，梅花形布置。

對所有？準42注漿小導管采用水泥水玻璃雙漿液進行注漿，漿液配合比為水泥：水玻璃：水=1：0.67：1.22。注漿參數(shù)如表1所示。當觀察初期支護表面不滲不漏時停止注漿，鉆孔檢查注漿效果，鉆孔深度4m，鉆孔個數(shù)均布且不少于3個，當所有鉆孔內(nèi)無明顯滲水時作為不需要補充注漿的依據(jù)。為防止圍巖壓力水從仰拱或別的區(qū)段涌出，注漿完成后在拱部、邊墻增設(shè)泄水孔進行引排。

3.4 仰拱封閉

為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當注漿完成后，對未封閉的仰拱及時進行封閉。臨時仰拱每次開挖2榀，開挖后及時封閉成環(huán)，仰拱及仰拱回填施工緊跟其后，每次澆注長度控制在5m左右，直至仰拱緊跟下臺階掌子面。當仰拱封閉后，拆除剛性橫撐，恢復掌子面掘進。

3.5 掌子面恢復開挖掘進

為減少開挖后圍巖暴露時間，并有利于搶險作業(yè)，采用三臺階七步流水法開挖施工，上臺階循環(huán)進尺按0.6m控制，同時上臺階高度比原來減少0.5m，噴錨時增加1臺噴錨機，縮短上臺階施工循環(huán)作業(yè)時間。

為確保作業(yè)安全和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，將原設(shè)計環(huán)向間距為40cm的Φ42超前注漿小導管減小為20cm間距，將原設(shè)計的每榀I20b鋼拱架每側(cè)2根Φ22鎖腳錨桿調(diào)增為每榀I20b拱架每側(cè)4根Φ42鎖腳錨管，將原設(shè)計Φ22環(huán)向間距為100cm的縱向連接筋減小為50cm以綜合提高圍巖的自穩(wěn)能力和支護結(jié)構(gòu)的整體性。

3.6 拱架拆換施工

根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，初期支護結(jié)構(gòu)拱頂處下沉小于0.15mm/d（收斂小于0.2mm/d）時方可進行變形段拱架拆換作業(yè)。為確保安全，將需要換拱的段落前后的二次襯砌施工完后再進行換拱作業(yè)，工字鋼拆換必須采用人工配合風鎬逐榀進行，嚴禁爆破。以減少對初期支護結(jié)構(gòu)的擾動，拆換后迅速進行噴砼封閉。拆換后的工字鋼在連接腳板位置增設(shè)2根Φ42鎖腳錨管，錨管長4m，和工字鋼焊接成整體。

3.7 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是指導施工的依據(jù)，險情發(fā)生后在D3K426+470處布設(shè)觀測點進行觀測，其數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

通過對以上監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以判明，截止2月9日該斷面已趨于穩(wěn)定。

4? 結(jié)論

①對突發(fā)事故的處理能反映出一個施工單位的施工水平和應急處置能力，對此次突泥突水的成功處置得益于科學有效的應急預案。在不良地質(zhì)隧道施工中應根據(jù)地質(zhì)特點進行風險評估和風險源識別，并制定相應的應急預案，這樣才能在事故發(fā)生時快速反應，減少損失降低災害程度。

②本次突水突泥發(fā)生前并沒有明顯的征兆，一旦發(fā)生時其發(fā)展速度很快，所以在今后的施工過程中，一定要加強超前地質(zhì)預報工作，采用多種手段綜合預報，力求對前方圍巖有比較準確的了解和判斷，并且超前預報的范圍盡可能要大，根據(jù)超前預報的結(jié)果制定相應的施工方案，謹防可能發(fā)生的地質(zhì)災害。

③對于地質(zhì)變化較大的軟弱圍巖隧道施工，要求施工人員必須具備較高的應變協(xié)調(diào)能力，能根據(jù)地質(zhì)變化情況及時調(diào)整施工方案，靈活處理，提高針對性;任何施工方法不是萬能的，只有施工方案、方法及施工工藝與地質(zhì)圍巖情況相匹配了才能確保施工安全和質(zhì)量。

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