特長隧道涌水突泥原因分析及處理技術(shù)

譚定祥

云南交投集團(tuán)公路建設(shè)有限公司 云南 昆明 650000

從某種角度來講，針對某具體的特長隧道工程項(xiàng)目，分析涌水突泥的原因并提出相應(yīng)的處理技術(shù)，對特長隧道的施工能發(fā)揮較大的作用。本文在研究中所選取的云南大永高速青山隧道項(xiàng)目，其地理位置處于內(nèi)陸地區(qū)高原，緯度偏低，在北亞熱帶季風(fēng)性氣候的影響下，全年無明顯的酷暑或是寒冬，溫度相對溫和濕潤，年平均濕度能夠達(dá)到75%。通過對該項(xiàng)目基本情況、自然特征的綜合分析，從不同的角度上找出事故問題并分析涌水突泥的原因，結(jié)合具體情況提出處理災(zāi)害的技術(shù)，能夠?yàn)槿蘸筇亻L隧道的建設(shè)，提供有力依據(jù)。由此可以看出，本次研究具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程項(xiàng)目概述

1.1 工程簡介

本次研究選取的項(xiàng)目，為云南大永高速青山隧道。該隧道項(xiàng)目為G4216，起點(diǎn)為華坪，終點(diǎn)為麗江，作為大理段的高速公路連接線工程，該項(xiàng)目是從大理進(jìn)入到內(nèi)陸省份，最快速的通道。而且，該隧道項(xiàng)目不僅可促進(jìn)滇西中心城市的建設(shè)，對于加強(qiáng)該地區(qū)與西北各省經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化發(fā)展，都有意義。該隧道路線，連接的城市分別是云南大理、四川攀枝花。加強(qiáng)該條隧道線路的建設(shè)，對其集疏運(yùn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行完善，可充分促進(jìn)現(xiàn)代運(yùn)輸體系的建設(shè)。青山隧道左洞長3137.56m，右洞長3190m，屬于特長隧道，海拔高程2105-2371m，相對高差266m，地形較為陡峭。隧道進(jìn)出口，均處于交通不太便利的大西二級(jí)路旁溝內(nèi)。隧道進(jìn)口段巖體裸露，植被不發(fā)育，出口段多為灌木，植被較發(fā)育。

1.2 工程自然特征

對本工程項(xiàng)目的自然特征展開分析，具體如下：

第一，工程項(xiàng)目的地形與地貌。隧道穿越區(qū)底層以二疊系玄武巖系為主，屬構(gòu)造剝蝕低中山地貌，地形起伏較大。入口段斜坡一般坡度30-40°，坡度較緩，山形渾圓；出口段斜坡一般坡度51-54°，山體陡峭。在該隧道穿越區(qū)的底層，其主要的巖層為玄武巖，地形起伏較大。在隧道的入口路段，斜坡最低為30°，山形呈現(xiàn)出渾圓的趨勢。出口段斜坡一般坡度51-54°，山體陡峭。

第二，工程項(xiàng)目的地質(zhì)情況。隧道區(qū)域內(nèi)的地層較多，包括人工棄土層、玄武巖層。其中，人工棄土基本為灰色，略微松散和潮濕，以玄武巖的碎石為主，分布于淺表層2m左右。玄武巖層基本為黃或是灰褐色，全部風(fēng)化，以風(fēng)化碎塊為主，厚度最高為10m。

第三，水文與氣候。該隧道水系可分為兩端，前段、后端水系不同，分別屬于瀾滄江、金沙江水系。通過對該地氣候的分析，該隧道區(qū)域?qū)儆诟咴詺夂?。從西北方向到東南方向，其平均氣溫由低到高。全年氣溫最熱與最冷的月份分別是7月和1月，年平均降水量、水面蒸發(fā)量分別是1176mm和1600mm。通常情況下，山區(qū)的雨量要比壩區(qū)的雨量大，降雨特點(diǎn)呈現(xiàn)為不均勻。

第四，水文地質(zhì)情況。分析該隧道區(qū)域的水文地質(zhì)時(shí)，主要從地表水與地下水兩個(gè)角度展開。無論是隧道的入口還是出口，側(cè)溝底部均有少部分流水，且水源均與溝谷上游有密切關(guān)系。地下水與孔隙水和基巖裂隙水有關(guān)，孔隙水較多，水量的補(bǔ)給源頭多為大氣降水。裂隙水與玄武巖有關(guān)，因季節(jié)對于水量的影響較大，所以此類水量的補(bǔ)給源頭，多為大氣降水和地表水。

2 工程項(xiàng)目涌水突泥原因及處理技術(shù)研究

2.1 泥石流地質(zhì)災(zāi)害及處理技術(shù)

青山隧道左幅ZK5+697-685段，圍巖的級(jí)別屬于IV2級(jí)；支護(hù)的類型屬于SF4b。在掌子面開挖到ZK5+697地段時(shí)，掌子面拱頂部位發(fā)生了涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害。對該地段隧道的圍巖處調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其處于破碎帶，以玄武巖為主，特征表現(xiàn)為松散性、全風(fēng)化性并夾雜黏土。該地段的地下水比較豐富，掌子面多處出水，狀態(tài)呈股狀涌出。深入分析泥石流地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的原因有三點(diǎn)。第一是受高壓影響；第二是受水流影響；第三是受不良地質(zhì)影響。泥石流地質(zhì)災(zāi)害下，塌體、涌水順著導(dǎo)坑，充滿掌子面。根據(jù)對泥石流地質(zhì)災(zāi)害的分析，從如下處理技術(shù)角度提出處理意見：

第一，對掌子面進(jìn)行處理。首先，要清理渣體。根據(jù)塌體實(shí)際情況，開挖排水溝，及時(shí)將災(zāi)害區(qū)域設(shè)為搶險(xiǎn)工作區(qū)域。其次，以止水墻對掌子面加以封閉。在應(yīng)用止水墻時(shí)，以上導(dǎo)坑為主，同時(shí)必須注意排堵結(jié)合，采用潛孔鉆在拱頂順路線方向打孔排水，防止止水墻堵水后對掌子面形成較大的水壓力，造成突發(fā)性事故。在通暢排水基礎(chǔ)上采用水泥漿與雙液漿對前方掌子面進(jìn)行封堵。再次，重視對塌陷區(qū)域護(hù)拱的安裝。結(jié)合塌陷現(xiàn)場情況，打設(shè)?108管棚，長度至少為16m。利用跟管工藝，管棚間的間距為40cm。大管棚內(nèi)設(shè)置鋼筋籠，并進(jìn)行注漿，增加管棚鋼度。同時(shí)結(jié)合超前小導(dǎo)管并進(jìn)行注漿，將原有的松散土顆?；蛄严赌z結(jié)成一個(gè)整體，形成強(qiáng)度大、防水性能良好的固結(jié)體，使得圍巖松散破碎狀況得到大幅度改善。超前小導(dǎo)管打設(shè)范圍為拱架A、B單元，間距為20cm。每兩個(gè)拱架打設(shè)一環(huán)，打設(shè)長度6m。通過此種方式，實(shí)現(xiàn)對拱頂圍巖穩(wěn)定性的提高，控制塌方。最后，泵送管的預(yù)留。預(yù)留的位置是在止?jié){墻上頂部，應(yīng)用C20泵送砼充填在塌體的上方空腔中。

第二，對塌方區(qū)域的水流進(jìn)行處理。進(jìn)入下導(dǎo)坑中施工，于合理位置打設(shè)引水管，引水管用?108管，采用跟管工藝打進(jìn)掌子面20m～30m,將掌子面前方水源集中排水，減小前方水壓力對掌子面的影響。同時(shí)，查看塌方兩側(cè)是否完成最基本的支護(hù)，若支護(hù)完成后，繼續(xù)采用?108根管管棚，以打設(shè)引水管的方式，從多個(gè)角度上實(shí)現(xiàn)對塌方區(qū)域水流的排放，降低拱部區(qū)域的涌水量，降低掌子面垮塌的風(fēng)險(xiǎn)。需要注意的是，在打設(shè)引水管時(shí)，要嚴(yán)格按照塌方區(qū)域涌水量、涌水位置情況，具體問題具體分析。

第三，明確合理的開挖方法。在對上導(dǎo)坑進(jìn)行處理后，在掘進(jìn)條件許可的前提下，應(yīng)用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，調(diào)整預(yù)留變形量，具體調(diào)整的長度為50cm。通過此種方式，盡可能的避免塌方區(qū)域拱架出現(xiàn)侵線的現(xiàn)象。

第四，初期支護(hù)處理技術(shù)。首先，調(diào)整初期支護(hù)型號(hào)。用SF5a型的支護(hù)設(shè)計(jì)替代SF4b型，調(diào)整拱架間的距離，將其調(diào)整為50cm，同時(shí)用2cm的厚鋼板作為工字鋼連接板。其次，調(diào)整鎖角錨桿、系統(tǒng)錨桿。其中，鎖角錨桿改為?89管棚，長度為9m，設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)按照原設(shè)計(jì)根數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)錨桿改為?42注漿小導(dǎo)管，打設(shè)的環(huán)向、縱向間距，分別是100cm和60cm，梅花狀布設(shè)。最后，調(diào)整縱向連接筋。改為?25連接筋，間距以環(huán)向?yàn)橹?，距離為50cm。

第五，動(dòng)態(tài)化管理方案。通過對泥石流塌方情況的分析，因?qū)φ谱用鎳鷰r的具體情況并不是十分清晰，所以在挖掘處理時(shí)，可能會(huì)存在多種諸如大涌水、塌方等無法預(yù)見性的風(fēng)險(xiǎn)。所以，實(shí)際施工處理過程中，必須要有隨時(shí)調(diào)整方案的理念。

2.2 突發(fā)沉降、垮塌及處理技術(shù)

2017年，已經(jīng)處理完成的ZK5+697-687段出現(xiàn)突發(fā)沉降的現(xiàn)象。在現(xiàn)場，拱架垮塌的趨勢比較明顯，且偶有彈出砼塊的現(xiàn)象。在現(xiàn)場，立即要求施工人員撤出到安全地帶，對掌子面進(jìn)行封鎖。同時(shí)，組織專業(yè)測量人員，觀測地段的沉降情況。通過觀測，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域總體沉降幅度，達(dá)到80cm，涉及到拱架A單元和拱架B單元。經(jīng)過對該區(qū)域塌陷區(qū)域處理方法的多方商討，形成如下處理建議：

第一，對沉降區(qū)域回填的處理?？梢杂^測的方式，等待沉降完成。沉降穩(wěn)定的情況下，從洞外組織車輛拉渣土，并在拱架A單元、拱架B單元接頭的位置反復(fù)碾壓。同時(shí)，在拱架A單元拱腳位置，對渣體進(jìn)行回填，避免拱架出現(xiàn)整體垮塌的現(xiàn)象。

第二，采用臨時(shí)支護(hù)技術(shù)。在沉降區(qū)域無沉降時(shí)，可采用臨時(shí)支護(hù)的方式，加固沉降路段。具體的方法是選擇I25b工字鋼材料，將其組成傘型狀態(tài)，同時(shí)用上述型號(hào)的雙拼工字鋼，設(shè)置出臨時(shí)的仰拱。在臨時(shí)支護(hù)技術(shù)下?lián)Q拱時(shí)，需要保證施工人員和施工設(shè)備的安全。

第三，換拱處理技術(shù)。在沉降地段的初期支護(hù)中，可用I25b型的工字鋼替換之前的I22b型，間距為50cm。同時(shí)加強(qiáng)注漿小導(dǎo)管施工，將松散坍塌體進(jìn)行固結(jié)。

結(jié)語：現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中，掌握特長隧道涌水突泥的原因，并總結(jié)相應(yīng)的處理技術(shù)，對于特長隧道在國內(nèi)的發(fā)展具有重要意義。文章在掌握工程項(xiàng)目基礎(chǔ)情況的前提下，從泥石流地質(zhì)災(zāi)害及處理技術(shù)、突發(fā)沉降和垮塌及處理技術(shù)等方面，深入分析工程項(xiàng)目涌水突泥的原因，提出合理化的處理措施。文章的研究，能夠在一定程度上為日后出現(xiàn)類似問題的特長隧道建設(shè)，提供借鑒。不過，本文章所取得的經(jīng)驗(yàn)并不能夠照抄到其他特長隧道涌水突泥處理中，而是需要具體問題具體分析，制定有針對性的處理方案。