滇中引水工程白云巖砂化隧洞涌水突泥處理研究

劉 新 有，胡 開 富，張 文 濤，施 峻 峰，萬 宇，周 云 中

(1.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局 昆明分局，云南 昆明 650000； 2.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局 玉溪分局，云南 玉溪 653100)

0 引 言

白云巖砂化不僅使巖體強(qiáng)度降低，其溶蝕形成的空腔水體和泥沙聚集也使得周圍巖體壓力大增，對地下洞室穩(wěn)定及施工安全造成極大威脅，已成為隧洞工程建設(shè)中亟需解決的重要工程地質(zhì)問題[1-4]。針對白云巖砂化這一特殊的工程地質(zhì)問題，學(xué)者多針對工程實(shí)踐中遇到的具體問題開展探索，或結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)開展研究。胡相波[5]通過四川省涼山州金沙江支流美姑河坪頭水電站地下硐室開挖，系統(tǒng)地研究了白云巖砂化的特征、形成機(jī)理及對工程安全的影響，認(rèn)為白云巖巖溶砂化演化特征為白云巖砂—白云巖(粉)—粉質(zhì)黏土，并將白云巖砂化發(fā)育程度劃分為輕微→微弱→中等→強(qiáng)烈→全強(qiáng)5個(gè)等級。馮衛(wèi)等[6]研究表明白云巖整體均勻性溶蝕特點(diǎn)是造成白云巖巖溶砂化的重要原因，認(rèn)為其發(fā)育的主要因素涉及巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水及其運(yùn)動(dòng)特征等。田文啟等[7-8]研究了白云巖砂化對地下洞室和山坡穩(wěn)定性的重要影響，實(shí)地查明白云巖砂化特征是針對性采取治理措施的基礎(chǔ)。李建國等[9]以滇中引水工程為研究對象，探討了依據(jù)白云巖砂化程度進(jìn)行隧洞圍巖工程地質(zhì)分類方法。羅昊等[10-11]通過計(jì)算、數(shù)值模擬和工程實(shí)踐方法，研究了隧道白云巖砂化段帷幕注漿處理技術(shù)的4種關(guān)鍵影響因子，即注漿壓力、注漿材料、注漿厚度和注漿工藝。梁駑堂[12]研究表明貴陽地區(qū)泥質(zhì)白云巖受水浸泡后強(qiáng)度迅速降低，地基承載力明顯下降。吉卓禮等[13]利用數(shù)字散斑技術(shù)觀測泥質(zhì)白云巖的單軸壓縮過程，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋。郭建強(qiáng)等[14]采用無壓浸泡、干濕循環(huán)與露天放置等試驗(yàn)方法，研究了泥質(zhì)白云巖物理力學(xué)特性變化規(guī)律。王朋朋等[15]以貴州省5座隧道為研究對象，分析了泥質(zhì)白云巖砂化對隧道穩(wěn)定性的影響，并提出了圍巖加固方法。白玉等[16]從砂化白云巖溶腔發(fā)現(xiàn)、定位、識(shí)別、處治4個(gè)環(huán)節(jié)，探討了營爾嶺隧道穿越砂化白云巖地段小溶腔處治措施。

目前，關(guān)于白云巖砂化的研究多集中于特征、形成機(jī)理及圍巖加固處理方法和措施的研究，尚缺乏白云巖砂化隧洞發(fā)生涌水突泥后的系統(tǒng)處置措施研究。本文以滇中引水工程松林隧洞為研究對象，通過白云巖砂化洞段涌水突泥治理實(shí)例，探討滇中白云巖砂化特征、形成機(jī)理及涌水突泥處置方法和措施，為類似隧洞施工中白云巖砂化洞段涌水突泥的防治提供科學(xué)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

1 工程概況

1.1 隧洞概況

滇中引水工程松林隧洞位于昆明市西山區(qū)團(tuán)結(jié)街道蔡家社區(qū)風(fēng)擺山，隧洞長4.327 km，高程1 906 m左右，隧洞設(shè)計(jì)流量80 m3/s，底坡i=1/5 000，斷面為馬蹄形洞型，凈空斷面尺寸7.62 m×8.22 m(寬×高)，襯砌厚度0.5～0.6 m。塌方和涌水突泥起始段樁號(hào)SLT1+471，圍巖類別為Ⅲ類，開挖采用小藥量周邊光面爆破，每循環(huán)進(jìn)尺約3 m；Ф25系統(tǒng)砂漿錨桿，L=4.5 m@1.5×1.5，掛網(wǎng)φ6@0.15×0.15；0.1 m厚C20噴混凝土。

1.2 工程水文地質(zhì)條件

1.2.1前期勘察地質(zhì)條件

該段隧洞穿越風(fēng)擺山西坡，地面高程1 900～2 200 m，地形坡度20°～40°。最高點(diǎn)位于東側(cè)的風(fēng)擺山，山頂高程2 625 m，最低點(diǎn)位于北側(cè)的螳螂川河谷，谷底高程1 740 m，其間發(fā)育2條規(guī)模較大的沖溝，切割深度一般20.0～50.0 m，均為季節(jié)性流水沖溝。隧洞開挖至樁號(hào)SLT1+471處，埋深約266 m，隧洞上部為新民沖溝右支溝。穿越地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)薄-中厚層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀N70°～80°W，NE∠20°～30°，與洞軸向小角度相交，傾向洞外。該段未發(fā)現(xiàn)褶皺、斷層構(gòu)造發(fā)育，地下水埋深約20.0～80.0 m。

1.2.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提示地質(zhì)條件

該洞段采用TSP地震波法進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)成果取用樁號(hào)SLT1+458～SLT1+535。據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果推測：樁號(hào)SLT1+458～SLT1+475.5段圍巖中節(jié)理裂隙較發(fā)育，圍巖總體為較破碎完整性差，圍巖中基巖裂隙水較發(fā)育，可能有滲水或淋雨?duì)畛鏊?，圍巖以Ⅳ類為主；SLT1+475.5～SLT1+509段圍巖比前一段差，有變軟、變破碎的趨勢，圍巖中節(jié)理、裂隙發(fā)育，圍巖總體為較破碎，局部為完整性差，圍巖以Ⅴ類為主，局部為Ⅳ類，其中SLT1+479.0～SLT1+483.5段和SLT1+493.0～SLT1+502.0段圍巖較破碎，巖質(zhì)較軟，極不穩(wěn)定，拱頂易掉塊、坍塌；SLT1+509.0～SLT1+535.0段圍巖中節(jié)理、裂隙發(fā)育，圍巖較破碎-完整性差，圍巖中基巖裂隙水發(fā)育，圍巖以Ⅳ類為主，局部為Ⅴ類，其中隧洞里程SLT1+516.5～SLT1+529段可能有線狀或股狀出水，SLT1+515.0～SLT1+524段和SLT1+529～SLT1+535段圍巖較破碎，巖質(zhì)較軟，極不穩(wěn)定，拱頂易掉塊、坍塌，圍巖為Ⅴ類。

1.2.3開挖揭露地質(zhì)條件

隧洞SLT1+471(涌水突泥起始樁號(hào))前段，開挖揭露巖性為震旦系燈影組淺灰、灰白色互層狀白云巖，巖層產(chǎn)狀N51°E，NW∠6°，與洞軸向小角度相交，緩傾隧洞上游。該洞段巖體以中硬巖為主，節(jié)理、裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，偶見節(jié)理密集條帶，掌子面巖體為鑲嵌-碎裂結(jié)構(gòu)。該洞段位于地下水位以下，地下水埋深約77 m，頂拱偶見滴滲水現(xiàn)象，總涌水量約10 L/min，綜合判斷該洞段圍巖類別為局部不穩(wěn)定的Ⅲ類。

SLT1+471～SLT1+474(初始塌方段)地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)淺灰、灰黃色薄-互厚層狀白云巖，巖體以弱風(fēng)化為主，頂部及左邊墻分布有槽狀強(qiáng)風(fēng)化帶。該段白云巖微弱砂化，發(fā)育寬度1.0～5.0 cm砂化條帶，主要沿層面節(jié)理發(fā)育，巖溶砂化巖體結(jié)構(gòu)較緊密，巖體總體上較破碎，圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu)，強(qiáng)風(fēng)化巖體呈碎屑狀結(jié)構(gòu)，掌子面頂部左、右兩側(cè)分別揭露一股線狀流水，總涌水量約300 L/min，開挖后頂拱碎塊狀巖體受地下水影響發(fā)生持續(xù)性掉塊，最終形成掌子面及頂拱的塌方。

2 隧洞涌水突泥過程

2.1 第1次涌水突泥

2021年1月30日22：30，SLT1+471～SLT1+474段完成爆破作業(yè)進(jìn)行安全檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)頂拱出現(xiàn)掉塊、滲水，掉塊最大厚度約50 cm，滲水量逐漸變大。施工方于23：00緊急上報(bào)監(jiān)理方，會(huì)同設(shè)計(jì)方和業(yè)主方現(xiàn)場查勘后，決定自樁號(hào)SLT1+471后圍巖由Ⅲ類調(diào)整為Ⅳ類，工字鋼間距1.0 m，設(shè)置小導(dǎo)管超前支護(hù)，23：30開始按方案施工。

1月31日00：20完成頂拱鋼支撐1榀，第2榀正在架設(shè)，滲水量持續(xù)變大，頂拱掉塊更加頻繁，有較大的塌方風(fēng)險(xiǎn)。為保證作業(yè)人員安全，現(xiàn)場管理人員通知現(xiàn)場所有施工人員撤離。00：30，隨著涌水加劇，SLT1+471～ SLT1+474頂拱塌方，塌方量約600 m3，塌方體將掌子面全部堵塞，并往進(jìn)口方向延續(xù)20多米。經(jīng)出水量前后對比，掌子面涌水量約為55 m3/h。12：40左右，松林隧洞SLT1+471處塌方段出現(xiàn)再次塌方并開始涌水突泥，塌方體被沖出約200 m，浸漫松林隧洞高約2 m，塌方量約3 000～4 000 m3，經(jīng)對比量測涌水量約為150～200 m3/h。洞內(nèi)近掌子面造孔設(shè)備、抽水設(shè)備、開關(guān)柜全部被掩埋，鉆爆臺(tái)車被沖擊損壞。洞內(nèi)因排水設(shè)備被掩埋，積水淹沒400 m左右洞段，積水深度30～70 cm。

2月2日08：00時(shí)，投入約1 000 m3/h抽排水能力的水泵進(jìn)行搶排，2月2～15日，排水量約為420～480 m3/h。洞內(nèi)積水排除后，對涌出物質(zhì)分段攔擋、分段清淤，2月15日清淤至SLT1+450附近。對上游已支護(hù)Ⅲ2圍巖洞段(SLT1+437～SLT1+471)加強(qiáng)支護(hù)：增加鋼支撐I20a@1.0 m，利用鎖腳錨管進(jìn)行鎖腳，噴射混凝土封閉鋼支撐。

2.2 第2次涌水突泥

2月16日02：00～05：00，上臺(tái)階正在進(jìn)行清理、出渣作業(yè)，未擾動(dòng)掌子面。05：00左右，SLT1+471處塌方段涌水，突然從前期塌方體堵塞著的掌子面噴涌而出，塌方體被沖出約150 m，浸漫松林隧洞深度約1.5 m，塌方量約2 300 m3，經(jīng)對比量測，瞬時(shí)最大涌水量達(dá)600 m3/h，穩(wěn)定后涌水量約為150～180 m3/h。洞內(nèi)掩埋配電箱4個(gè)、電纜120 m、11 kW污水泵4臺(tái)，出渣車被沖擊損壞1輛。涌水突泥發(fā)生后，現(xiàn)場緊急疏散洞內(nèi)人員，無人員受傷，突泥后掌子面基本穩(wěn)定。

2.3 第3次涌水突泥

2月23日14：30左右，松林隧洞SLT1+471處塌方段從塌方體堵塞著的掌子面突發(fā)第3次涌水突泥。塌方體被沖出約100 m，塌方量約4 200 m3，涌水基本穩(wěn)定后涌水量約為150～200 m3/h。洞內(nèi)近掌子面造孔設(shè)備、抽水設(shè)備、開關(guān)柜全部被掩埋，鉆爆臺(tái)車被沖擊損壞。涌水突泥發(fā)生時(shí)，作業(yè)面附近10多名作業(yè)人員緊急疏散，避免了人員傷亡。2月24日10：30左右，掌子面已經(jīng)基本穩(wěn)定，抽排積水后參建四方現(xiàn)場查勘討論處置方案。

松林隧洞涌水突泥未造成人員傷亡，但造成的機(jī)械損壞及工程費(fèi)用增加的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300多萬元，延誤工期3個(gè)月左右。塌方及涌水突泥現(xiàn)場見圖1。

3 白云巖砂化隧洞涌水突泥的成因分析

3.1 白云巖砂化的形成

白云巖主要礦物成分為白云石、方解石和石英，偶見含少量隱晶質(zhì)膠磷礦、磁鐵礦。白云巖砂化實(shí)質(zhì)為白云巖中可溶的方解石溶蝕、流失后，不溶物石英砂顆粒富集，填充溶蝕通道形成的砂化現(xiàn)象。張良喜等[1]通過白云巖室內(nèi)溶蝕試驗(yàn)及微觀溶蝕機(jī)理研究表明：白云巖整體巖溶作用分為滲透—溶蝕分解—機(jī)械崩解等過程。方解石作為膠結(jié)物質(zhì)，結(jié)構(gòu)連接弱，首先被溶解；受方解石溶解影響，白云巖晶體間聯(lián)結(jié)力強(qiáng)度降低，在水流作用下發(fā)生機(jī)械崩解，形成白云巖砂，經(jīng)沖刷和風(fēng)化成巖粉。白云巖溶蝕速率受組成巖石顆粒粒徑大小與巖石內(nèi)部孔隙度的控制，顆粒粒徑越大，孔隙度越高，地下水滲透及運(yùn)移條件越好，越易于溶蝕，中-細(xì)晶白云巖>細(xì)-粉晶白云巖>粉-泥晶白云巖。松林隧洞涌水突泥段處于中-細(xì)晶白云巖地層中，白云巖溶蝕砂化強(qiáng)烈。

3.2 涌水突泥形成機(jī)理

2021年1月30日中午，隧洞施工至樁號(hào)SLT1+471時(shí)，揭露的圍巖巖體以中硬巖為主，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整性差，偶見節(jié)理密集帶，掌子面巖體鑲嵌-碎裂結(jié)構(gòu)，頂拱及掌子面偶見滴滲水現(xiàn)象，總涌水量約20 L/min。2021年1月30日下午，施工下一循環(huán)的爆破鉆孔時(shí)，未發(fā)現(xiàn)巖體異常及地下水異常，現(xiàn)場繼續(xù)按照Ⅲ2類進(jìn)行開挖。2021年1月30日晚，爆破開挖后，掌子面樁號(hào)約SLT1+474開挖揭露的地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)淺灰、灰黃色薄層狀白云巖，節(jié)理很發(fā)育，巖體破碎，特別是揭露的槽狀風(fēng)化帶，風(fēng)化較強(qiáng)，巖體結(jié)構(gòu)多以碎塊、碎屑狀的散體結(jié)構(gòu)為主，導(dǎo)致頂拱及掌子面圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，同時(shí)掌子面及頂拱出現(xiàn)大量滲水，以線狀流水為主，局部為滴滲水，總涌水量約600 L/min，導(dǎo)致原本破碎的圍巖出現(xiàn)持續(xù)性掉塊，最終形成頂拱及掌子面塌方涌水，造成隧洞及掌子面被埋。首次塌方后，原先較破碎的掌子面及頂拱產(chǎn)生變形及垮塌，特別是局部弱-中等砂化的白云巖碎屑顆粒被涌水帶走，導(dǎo)致主干斷裂帶暴露，在地下水的持續(xù)沖蝕下，斷層帶內(nèi)松散的糜棱巖、碎裂巖、碎塊巖發(fā)生軟化、垮塌，并隨水流沖出。隨后斷層帶內(nèi)松散物質(zhì)隨地下水沖出，斷層帶內(nèi)形成空腔，產(chǎn)生集中徑流通道，向掌子面塌方位置集中排泄，涌水量增加至1 900～3 000 m3/d，此時(shí)涌水風(fēng)險(xiǎn)等級為A級，最終造成隧洞大規(guī)模涌水突泥。在塌方過程中，塌方物質(zhì)堵塞排水通道，斷層帶內(nèi)地下水及塌方物質(zhì)持續(xù)增加造成空腔內(nèi)水頭增高，壓力增大，當(dāng)水頭壓力大于隧洞內(nèi)堆積物阻力時(shí)，隧洞內(nèi)堆積物質(zhì)被擠出，空腔內(nèi)積水和松散物質(zhì)傾瀉而出，形成二次及三次涌水突泥，此時(shí)涌水量增加至3 000～4 000 m3/d。

3.3 前期勘察設(shè)計(jì)與超前地質(zhì)預(yù)報(bào)不足

涌水突泥起始段SLT1+471～SLT1+474沒有布置前期地質(zhì)勘探鉆孔，地質(zhì)判斷主要依據(jù)為位于SLT1+200和SLT2+875的兩個(gè)地質(zhì)勘探鉆孔推斷。根據(jù)該洞段設(shè)計(jì)藍(lán)圖顯示，該段圍巖類別為Ⅲ類占40%，Ⅴ類占60%，沒有大變形風(fēng)險(xiǎn)提示，沒有斷層構(gòu)造帶圍巖穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)提示，也沒有涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)提示，總體為低風(fēng)險(xiǎn)洞段。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生涌水突泥的白云巖砂化洞段對應(yīng)地表有一處較為明顯的斷裂型沖溝，且有多處泉眼出露。該洞段設(shè)計(jì)藍(lán)圖與實(shí)際揭露的地質(zhì)情況不符且沒有風(fēng)險(xiǎn)提示的問題，主要是前期踏勘不詳細(xì)及勘探鉆孔間距過大所致。

施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用TSP、TGS、地質(zhì)雷達(dá)等物探方法，由于隧洞地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性，超前地質(zhì)預(yù)報(bào)無法準(zhǔn)確無誤地判定不良地質(zhì)段的樁號(hào)以及涌水量，特別是設(shè)計(jì)線外地質(zhì)情況并未在探測范圍之內(nèi)。在多次地質(zhì)預(yù)報(bào)判定前方圍巖情況和實(shí)際揭露不符以后，地質(zhì)預(yù)報(bào)成了應(yīng)付檢查的工具，未得到有效利用。涌水突泥發(fā)生后，對照檢查地質(zhì)預(yù)報(bào)在該部位的地質(zhì)情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)預(yù)報(bào)判定的Ⅴ類較差圍巖從樁號(hào)SLT1+479起，而實(shí)際在1+471頂部就已經(jīng)出現(xiàn)塌方，偏差達(dá)到8 m，地質(zhì)預(yù)報(bào)誤差較大。

4 白云巖砂化隧洞涌水突泥處置

4.1 處理方案

涌水突泥出現(xiàn)后，現(xiàn)場管理人員迅速組織人員設(shè)備撤離并安排專人進(jìn)行巡查，同時(shí)報(bào)告現(xiàn)場監(jiān)理，監(jiān)理單位迅速組織四方到現(xiàn)場研究處理方案。主要處理措施布置見圖2。

(1) 對隧洞涌水進(jìn)行抽排，待掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)后，及時(shí)對掌子面進(jìn)行超前探測，進(jìn)一步探明掌子面附近水文地質(zhì)及坍塌情況；同時(shí)組織對涌出物分段攔擋、分段清淤；掌子面傾及反壓體掛鋼筋網(wǎng)噴粗纖維混凝土封閉，并利用自進(jìn)式管棚對掌子面及前方頂拱10 m高度之內(nèi)渣體進(jìn)行固結(jié)灌漿，增加渣體強(qiáng)度，確保掌子面穩(wěn)定，防止涌水突泥再次發(fā)生。

(2) 鑒于涌水突泥方量較大，為確保已開挖支護(hù)洞段的隧洞安全，對已完成開挖支護(hù)的SLT1+437～SLT1+471 洞段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。① 增加I20 a鋼支撐，采用鎖腳錨管進(jìn)行鎖腳，鋼支撐隔榀增加底板橫撐。② 該 34 m洞段邊頂拱采用小導(dǎo)管進(jìn)行徑向灌漿加固圍巖。③ 根據(jù)現(xiàn)場情況，掌子面退回13 m，自樁號(hào)SLT1+458開始，頂拱180°范圍按大小角度交錯(cuò)布置自進(jìn)式超前大管棚及小導(dǎo)管，邊墻設(shè)置超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，局部砂化嚴(yán)重洞段增設(shè)隨機(jī)小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)。

(3) 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選取適當(dāng)位置在洞周設(shè)置超前排水孔，按大小角度交錯(cuò)、分層次布設(shè)，釋放巖體內(nèi)水壓力。

(4) 采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行空腔排查，如發(fā)現(xiàn)空腔，采用C20混凝土進(jìn)行回填。

(5) 自樁號(hào)SLT1+471開始，按照隧洞過斷層構(gòu)造帶圍巖穩(wěn)定及涌水突泥綜合防治措施A類洞段進(jìn)行開挖支護(hù)，截止樁號(hào)由現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。

(6) 施工過程中加強(qiáng)安全變形監(jiān)測，嚴(yán)格進(jìn)行安全管理工作，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告和處理，確保施工安全。

4.2 處理措施

根據(jù)處理方案，施工單位細(xì)化處理措施，迅速組織實(shí)施，具體處理措施如下：

(1) 投入約1 300 m3/h抽排水能力的水泵進(jìn)行搶排，待掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)后，立即組織對涌出物質(zhì)分段攔擋、分段清淤，確保安全。

(2) 及時(shí)對掌子面上下游進(jìn)行超前探測，進(jìn)一步探明掌子面附近水文地質(zhì)條件、空腔、水壓、水量等情況。

(3) 處理過程中依次對SLT1+445、SLT1+458、SLT1+465位置進(jìn)行石渣反壓及堆碼沙袋加固，掌子面及反壓體掛鋼筋網(wǎng)(φ6@0.15 m×0.15 m)+噴粗纖維混凝土(C20，厚30 cm)封閉，防止涌水突泥繼續(xù)發(fā)展。

(4) 利用自進(jìn)式管棚在SLT1+445打孔對反壓體以及頂拱塌方體進(jìn)行灌漿，灌漿分兩部分進(jìn)行。① 造孔對SLT1+445～SLT1+471頂拱10 m高度之內(nèi)渣體進(jìn)行灌漿(Φ76@1 m，L=30 m，灌漿壓力1～2 MPa)，目的是作為后期開挖的支撐體；② 造孔對SLT1+445～SLT1+471渣體進(jìn)行灌漿(Φ76@2 m×2 m，L=30 m，灌漿壓力0.5 MPa)，目的是膠結(jié)渣體，以保證清理過程中渣體穩(wěn)定。灌漿材料為水泥漿，如水泥漿無法凝結(jié)時(shí)，使用水泥-水玻璃雙液漿。

(5) 對上游Ⅲ2圍巖洞段(SLT1+437～SLT1+471)加強(qiáng)支護(hù)。① SLT1+437～SLT1+458增加鋼支撐I20a@1.0 m；SLT1+458～SLT1+471因臨近塌方頂拱存在塌方風(fēng)險(xiǎn)，故SLT1+458～SLT1+471鋼支撐設(shè)置為I20a@0.5 m，適當(dāng)擴(kuò)挖斷面以便于增強(qiáng)支護(hù)措施施工；所有鋼支撐利用鎖腳錨管(Φ42，L=4.5 m，每榀鋼支撐12根)進(jìn)行鎖腳，鋼支撐隔榀增加底板工字鋼(I20a)橫撐，鋼支撐后續(xù)澆筑進(jìn)二襯混凝土中。② 為使鋼支撐與支護(hù)面緊密相連，使鋼支撐受力良好，確保達(dá)到支護(hù)效果，SLT1+437～SLT1+465邊頂拱噴射混凝土(C20，厚度5 cm)進(jìn)行封閉。③ SLT1+437～SLT1+471邊頂拱利用小導(dǎo)管徑向固結(jié)灌漿(Φ42@1.5 m×1.5 m)，其中SLT1+437～SLT1+458灌漿管深4.5 m，SLT1+458～SLT1+471距離塌方段較近，風(fēng)險(xiǎn)較大，調(diào)整灌漿管深為6 m。

(6) 樁號(hào)SLT1+458～SLT1+471頂拱180°施做自進(jìn)式超前大管棚(Φ76@0.3 m×9 m，L=12 m)及超前小導(dǎo)管(Φ42@0.3 m×1.0 m，L=4.5 m)，兩側(cè)邊墻施做超前小導(dǎo)管(Φ42@0.3 m×2.0 m，L=4.5 m)，局部砂化嚴(yán)重段增設(shè)隨機(jī)小導(dǎo)管(Φ42，L=4.5 m)。

(7) 分別在SLT1+458、SLT1+465、SLT1+471處洞周利用自進(jìn)式管棚設(shè)置超前排水孔Φ76@3 m，孔深20～30 m，角度10°～30°，按大小角度交錯(cuò)、分層次布置，釋放巖體內(nèi)水壓力，局部水量較大適當(dāng)增加排水孔。

(8) 隧洞涌水突泥災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級為A級，斷層級別Ⅱ級，綜合防治措施類別為A1類，為確保施工安全，樁號(hào)SLT1+471開始進(jìn)行洞周及掌子面超前注漿(見圖3)，白云巖砂化斷層段斷面加強(qiáng)一次支護(hù)(見圖4)，現(xiàn)場施工見圖5。

(9) 該洞段采用物探法及鉆孔法進(jìn)行空腔排查，對空腔采用C20混凝土進(jìn)行回填，并預(yù)留DN200排水管。

(10) 短進(jìn)尺、分臺(tái)階預(yù)留核心土開挖，加強(qiáng)安全監(jiān)測，確保施工安全。

5 結(jié)論與建議

以滇中引水工程松林隧洞為例，對滇中白云巖砂化地層工程地質(zhì)特性和隧洞涌水突泥的成因與處理技術(shù)進(jìn)行探索，主要結(jié)論與建議如下。

(1) 滇中白云巖砂化的特征：白云巖砂化為白云巖中可溶的方解石溶蝕流失后，不溶物石英砂顆粒填充溶蝕通道形成的砂化現(xiàn)象。松林隧洞涌水突泥段處于中-細(xì)晶白云巖地層中，白云巖溶蝕砂化強(qiáng)烈。進(jìn)入白云巖砂化洞段前圍巖條件往往較好，導(dǎo)致涌水突泥具有較強(qiáng)的突發(fā)性。

(2) 白云巖砂化洞段涌水突泥形成機(jī)理：白云巖砂化段節(jié)理發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)松散，圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短，掌子面及頂拱發(fā)生垮塌，白云巖碎屑顆粒被涌水帶走，導(dǎo)致主干斷裂帶暴露，在地下水的持續(xù)沖蝕下，斷層帶內(nèi)松散的巖塊發(fā)生軟化和進(jìn)一步垮塌，隨后斷層帶內(nèi)松散物質(zhì)隨地下水沖出，斷層帶內(nèi)形成空腔，產(chǎn)生集中涌水通道。在塌方過程中，塌方物質(zhì)堵塞排水通道，斷層帶內(nèi)地下水及塌方物質(zhì)持續(xù)增加造成空腔內(nèi)水頭增高，水頭壓力增大，當(dāng)水頭壓力大于隧洞內(nèi)堆積物阻力時(shí)，空腔內(nèi)積水和松散物質(zhì)傾泄而出，形成反復(fù)涌水突泥。

(3) 白云巖砂化洞段涌水突泥處理措施：① 快速抽排隧洞內(nèi)積水，清理淤積體，對掌子面前段進(jìn)行反壓以及封閉掌子面，防止涌水突泥繼續(xù)發(fā)展；② 布置超前排水孔，降低空腔水頭壓力；③ 加固掌子面附近已挖洞段支護(hù)，避免發(fā)生再次塌方；④ 對渣體進(jìn)行灌漿形成支撐體，再結(jié)合超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前灌漿等超前支護(hù)措施，短進(jìn)尺、零爆破謹(jǐn)慎通過斷層帶，并加強(qiáng)施工安全監(jiān)測；⑤ 利用超前探孔進(jìn)一步探明前方地質(zhì)和地下水情況，找出空腔位置所在，采用混凝土回填確保圍巖穩(wěn)定。

(4) 值得注意的幾個(gè)問題：① 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是預(yù)防白云巖砂化洞段涌水突泥的基礎(chǔ)。鑒于白云巖砂化多呈條帶狀，往往藏身于圍巖條件較好的白云巖洞段，涌水突泥具有突發(fā)性，只有樹立以防為主的地質(zhì)災(zāi)害防治理念，克服僥幸心理，做到“凡挖必探”，才能有效預(yù)防。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可采取物探與鉆探相結(jié)合的方法。物探法包括長距離預(yù)報(bào)方法(TRT、HSP、TGS、TGP法等)和短距離預(yù)報(bào)方法(激發(fā)極化法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法等)兩種，長距離預(yù)報(bào)方法探測距離一般在100 m以上，短距離預(yù)報(bào)方法探測距離一般在30 m左右，各種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)從預(yù)報(bào)的現(xiàn)場施測和判識(shí)兩個(gè)環(huán)節(jié)切實(shí)提高長短距離物探探測精度水平。地質(zhì)鉆探是最原始也是最可靠的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。探孔一般向上外插6°～8°角布設(shè)，深度30 m左右，前后兩循環(huán)探孔搭接不小于5 m，確保掌子面前方有穩(wěn)定巖盤。在富水巖溶發(fā)育區(qū)域、物探與設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)提示區(qū)域探孔數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增加，一般應(yīng)覆蓋拱頂、拱腰或風(fēng)險(xiǎn)集中區(qū)域。② 初期塌方快速封閉和反壓處理是預(yù)防白云巖砂化洞段涌水突泥的關(guān)鍵。掌子面掉塊和塌方是即將發(fā)生涌水突泥的前兆，白云巖砂化洞段從開始掉塊和塌方到涌水突泥發(fā)生，有一段過渡時(shí)段(松林隧洞為10 h左右)。該時(shí)段若快速噴混凝土封閉掌子面，利用洞渣反壓回填增強(qiáng)掌子面穩(wěn)定性，可有效避免因局部壓力進(jìn)一步失衡導(dǎo)致的涌水突泥災(zāi)害。