東河2號隧道突泥處治施工技術

摘要 文章圍繞東河2號隧道突泥處治施工技術展開深入探討：概述了隧道突泥現(xiàn)象的成因及其對隧道施工安全和進度的影響；介紹了突泥處治施工技術的關鍵環(huán)節(jié)，包括采用掌子面反壓填筑施工形成大核心土，對塌腔進行徑向注漿填充加固，運用三臺階預留核心土法等施工工藝；總結了東河2號隧道突泥處治施工技術的實施效果和經驗，旨在為類似工程提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞 隧道突泥；掌子面反壓；注漿加固；三臺階開挖

中圖分類號 U455.49 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）18-0064-03

0 引言

高速公路隧道施工建設過程中經常會遭遇斷層破碎帶、松軟圍巖或富水構造等復雜的水文地質環(huán)境的影響，嚴重時會造成圍巖變形、侵蝕甚至坍塌、突水突泥等地質災害[1-3]，嚴重危害公路隧道施工建設的質量安全。處治上述問題常用的方法有帷幕注漿加固法、超前管棚及徑向小導管注漿法、水平旋噴樁注漿法等。該文通過對東河2號隧道K36+433處突泥原因的分析，細致地闡述了突泥災害的處治措施，期望給類似工程提供借鑒。

1 工程概況

東河2號隧道區(qū)域構造位于四川盆地西北部的龍門山推覆構造帶之大水閘推覆體南東，屬龍門山斷裂帶中段，地質構造作用強烈。

隧道位于綿竹市清平鄉(xiāng)滴水巖段，進口位于東河右岸山體，設計起點樁號K35+740，出口位于清水河左岸山體，設計終點樁號K37+130，隧道線形彎曲，進口軸線方向262"，出口方向210"，隧道全長1 390 m，最大埋深216 m，凈空9 m×5 m，縱坡2.95％，設計Ⅵ圍巖490 m，Ⅲ圍巖900 m，綿竹端洞門為倒削竹式，茂縣端為端墻式。

2 突泥基本情況

2020年4月1日上午8時許，東河2號隧道開挖至掌子面K36+440時，發(fā)現(xiàn)拱頂圍巖極為松散，且出現(xiàn)大量坍塌掉塊，塌方圍巖以粒徑較小的砂礫石為主，發(fā)現(xiàn)隧道掌子面拱頂及拱腰處坍塌較為嚴重，垮塌范圍寬約9 m，高4 m。根據(jù)設計圖紙，東河2號隧道K36+440處理深約100 m，地表為沖溝地貌，該段圍巖為白云巖，巖石呈裂隙塊狀結構，巖體破碎，呈塊狀及碎裂狀鑲嵌結構。

為保證東河2號隧道在松散體段施工安全及質量安全，將K36+440～K36+430段初期支護類型由原設計S4a變?yōu)镮20工字鋼，間距0.5 m，增設雙層小導管，采用三臺階短進尺開挖法施工，施工前采用洞外棄渣將掌子面回填嚴實，每循環(huán)進尺不得超過1.0 m，及時支護，及時封閉掌子面裸露圍巖，拱頂處空腔采用噴射混凝土進行填充。

2020年4月7日9時許，東河2號隧道上臺階開挖至K36+433掌子面時，拱頂出現(xiàn)突泥，以黃泥、小石子為主，并出現(xiàn)股狀水。

3 突泥處治方案

從東河2號隧道開挖過程中的漸變塌方及揭露地質情況初步判斷，該段為斷層破碎帶，構造裂隙水為靜壓水，沒有大的補給來源，初判不會有大的裂隙水涌出；從坍塌形態(tài)分析，垮塌部位可能是架空性空腔，不是溶洞。經研究決定采用施工工藝——反壓護拱（回填掌子面）→臨時支撐→塌腔處理→超前鉆孔地質→超前支護→隧道開挖→初期支護→仰拱施工→二次襯砌，進行處治。

3.1 掌子面反壓

3.1.1 洞內淤泥的初步清理

先清除洞內部分淤泥，清除淤泥時，同時疏通洞內排水溝，使水流暢通，集中水流。

3.1.2 掌子面反壓填筑施工

為防止涌水突泥再次發(fā)生將掌子面后淤泥推動，造成人員傷亡事故，采用洞外運輸硬質洞渣對掌子面進行反壓，形成大核心土，掌子面拱頂處反壓厚度大于或者等于3 m，反壓坡比為1∶1，反壓在掌子面拱頂下方3 m處設置一道反壓的平臺，平臺寬度2 m，用于施工人員通行及操作機械設備，平臺四周設置防護欄桿，欄桿高度不得低于1.5 m，欄桿采用Ф42鋼管作為立柱和縱向連接，反壓掌子面拱頂處空隙采用麻袋內裝洞渣回填，回填厚度大于或者等于3 m，確保掌子面全封閉。

3.1.3 反壓坡面施工

反壓完成后對坡面進行錨噴處理，掛鋼筋網片，鋼筋網片按S4a支護類型鋼筋網片設計圖紙施工，坡面噴厚度12 cm噴射混凝土。以上施工完成后在坡腳處施作泄水孔，確保反壓體內積水被排出，安插泄水管伸入反壓體內，管頭采用滲水土工布進行包裹。

3.2 臨時支護

采用I20b工字鋼作已施工段初支的臨時支撐，臨時支撐制作按隧道內S5b支護類型鋼架制作設計圖紙施工。臨時支撐基礎墊板采用厚度為2 cm，長60 cm×寬50 cm 的鋼板作為拱架基礎的墊板。

臨時支撐安裝間距1.5 m，緊貼已施工的初期支護上，臨時支撐在拱腰、拱腳增設Ф42鎖腳錨管，每處兩根，長度為3 m，錨管注漿。拱頂采用Ф22錨桿，錨桿長度3 m，錨桿施工按隧道洞內系統(tǒng)錨桿施工圖紙施作，臨時支撐縱向連接鋼筋按S5b支護類型設計圖紙施工。

3.3 塌腔處理

3.3.1 K36+435～K36+451段塌腔處理

K36+435～K36+451段拱頂塌腔采用徑向注漿（雙液漿）進行填充，漿液配比按隧道溶洞處治施工技術及配合比。注漿管道采用外徑42 mm，壁厚3.5 mm熱軋無縫鋼管，鋼管前端呈尖錐狀，尾部焊上Ф6加筋箍，管壁四周鉆6 mm壓漿孔，但尾部1 m不設壓降孔，管長4.5 m。第一次注漿厚度為拱頂上方1 m，并在初期支護及二次襯砌上預留PVC管，在二襯施工完成后剩余塌腔采用C10混凝土回填。

3.3.2 K36+435～K36+433拱頂空腔處理

K36+435～K36+433涌泥發(fā)生部位為隧洞頂拱，說明隧道頂拱已經形成較大空腔，在掌子面反壓護拱施工時在拱頂位置預留PVC管，前端注漿完成后再采用C20混凝土回填K36+435～K36+433拱頂空腔，第一次回填厚度為拱頂上方1 m，使洞身開挖前拱頂空腔形成一道硬殼，確保開挖中拱頂處不掉塊。在初期支護及二次襯砌上預留PVC管，二次襯砌施工完成后將剩余塌腔采用C10混凝土回填。

3.4 超前鉆孔地質探測

在掌子面左、右兩側打超前探孔，長度30 m，采用Ф110孔徑鉆機鉆孔取芯，探測前方地質情況，配合第三方檢測對掌子面進行雷達掃描結合兩種檢測方式判斷掌子面前方地質情況，鉆孔亦作為泄水孔使用。

3.5 超前支護

3.5.1 導向架的制作與安裝

在K36+436施作導向架，導向架采用I20b工字鋼，制作按S5b支護類型設計圖紙施工，并把兩榀導向架拼裝成鋼盒組成一個導向架，鋼盒連接采用25螺栓鉆孔連接和導向架頂部焊接，連接間距40 cm，連接兩榀導向架采用厚度為1 cm鋼板進行搭接。

導向架基礎直接預埋至混凝土中，基礎采用C20混凝土，長40 cm×高40 cm×寬30 cm，導向架拱腳、拱腰設置每側4根鎖腳鋼管，長度4.5 m，導向架其他部分按S5a初期支護系統(tǒng)錨桿設計圖紙施工。

3.5.2 超前Ф108自進式管棚施工

自進式管棚布設在拱頂90～120°范圍之內，間距20 cm，長度20 m，夾角10°。采用管棚機進行鉆孔，由于掌子面前方圍巖差，為了確保不發(fā)生卡鉆、塌孔采用自進式根管鉆，鉆孔采用隔孔鉆，每根超前管棚鉆孔及安裝完成后，在Ф108自進式鋼管內插入4根Ф22螺紋鋼筋籠加強超前支護受力，施工完成后對管棚注漿（單液漿）。

3.5.3 超前小導管施工

超前大管棚施工完成后，在大管棚之間增加環(huán)向Ф42超前小導管，長度4.5 m，超前小導管施工按S5a超前小導管設計圖紙施工。

3.6 隧道開挖

東河2號隧道施工嚴格按照管超前，嚴注漿，勤支護，弱爆破，勤測量的方針進行施工，采用三臺階預留核心土掏槽法，每循環(huán)進尺小于或等于0.5 m，預留變形量25 cm。

3.6.1 三臺階預留核心土法施工工藝

上部弧形導坑環(huán)向左側開挖，施作拱部初期支護，左側施工完成后進行上部弧形導坑環(huán)向右側開挖，施作拱部初期支護；中、下臺階左右錯開開挖，施作墻部初期支護；中心預留核心土開挖、隧道底部初期支護。每部開挖后要及時支護，隧道底部初期支護距掌子面30 m內時施作仰拱，盡早封閉成環(huán)。

3.6.2 三臺階八步開挖法的施工工藝流程

三臺階八步開挖法施工工藝流程如圖1所示：

3.6.3 上臺階施工

隧道掌子面超前支護完成后，進行掌子面的開挖，開挖高度為3.5 m，先進行掏槽開挖左側，預留核心土，核心土長度4.5 m，寬度5 m，進尺控制在0.5 m（1榀架），開挖完成后立即采用4 cm噴射混凝土封閉掌子面，避免開挖段圍巖裸露。

初噴完成后進行立架，結合工字鋼、Φ22藥卷錨桿、鋼筋網、超前小導管迅速進行初期支護，左側拱頂工字鋼臨時采用木方或者三角支撐，拱架鎖腳錨管采用Φ42鋼管，并注漿。拱架基礎墊板采用厚度為2 cm鋼板，長40 cm×寬40 cm，在左側支護完成后進行上臺階右側開挖，開挖方法同左側。

3.6.4 中臺階施工

中臺階開挖高度3 m，上臺階開挖至少提前5 m后，左右錯開2～3 m，在進行掏槽開挖左側，預留核心土，核心土長度4.5 m，先進行中臺階左側開挖，進尺控制在0.5 m（1榀架），開挖完成后立即采用4 cm噴射混凝土封閉掌子面，避免開挖段圍巖裸露。

初噴完成后進行立架，結合工字鋼、Φ22藥卷錨桿、鋼筋網、超前小導管迅速進行初期支護，拱架鎖腳錨管采用Φ42鋼管，并注漿。拱架基礎墊板采用厚度為2 cm鋼板，長40 cm×寬40 cm，在左側支護完成后進行上臺階右側開挖，開挖方法同左側。

3.6.5 下臺階施工

開挖高度2.16 m，中臺階開挖至少提前5 m后，進行下臺階開挖，左右錯開2～3 m，再進行掏槽開挖左側，預留核心土，核心土長度4.5 m，先進行下臺階左側開挖，進尺控制在0.5 m（1榀架），開挖完成后立即采用4 cm噴射混凝土封閉掌子面，避免開挖段圍巖裸露。下臺階支護同上。

3.7 初期支護

三臺階八步開挖法的初期支護濕噴混凝土、鎖腳錨管、鋼筋網、Φ22縱向連接筋、墊腳鋼板和鋼架等組成，各部分聯(lián)合受力。初期支護應在開挖后立即施作，以保護圍巖的自然承載力，其施工工藝流程如圖2所示。

初噴混凝土應在開挖后立即進行，以迅速穩(wěn)定開挖面并防止進一步的巖石松動或坍塌。在噴射前，使用高壓風自上而下吹凈巖面。埋設控制噴射混凝土厚度的標志釘，以便在噴射過程中監(jiān)控混凝土的厚度。工作面存在滴水或淋水現(xiàn)象，采用鉆孔埋管的方式做好引排水工作。對于大面積潮濕的巖面，采用黏結性強的混凝土，并通過添加外加劑、摻合劑等方式改善混凝土的性能。在特殊情況下，也可采用干噴形式快速封閉滲水巖面。

噴射作業(yè)應分段分片一次進行，從拱腳或墻腳自下而上進行噴射。在噴射過程中，要避免上部噴射的回彈料虛掩拱（墻）腳。噴射作業(yè)應首先找平凹洼部分，然后噴射凸出部分，使各部平順連接，形成一個完整的支護結構。噴頭與受噴面垂直，噴嘴口至受噴面的距離宜保持在1.0～2.0 m。在噴射過程中，噴頭沿水平方向以螺旋形畫圈移動，以提高噴射的均勻性和效率。

除了噴射混凝土外，鋼拱架和鋼筋網的施工也是關鍵步驟。鋼拱架立好后應及時施作錨桿。鋼筋網應按照規(guī)定的網格尺寸和搭接長度進行制作和連接，與錨桿、鋼架連接牢固，形成穩(wěn)定的支護體系。

3.8 仰拱與隧道二次襯砌施工

在下臺階開挖后，根據(jù)實際的進尺情況決定仰拱的開挖時機。仰拱與掌子面之間的距離不得大于30 m。開挖每循環(huán)進尺應控制在1 m，及時清除虛渣、雜物、泥漿和積水，立即初噴4 cm厚混凝土封閉巖面。安裝仰拱鋼架，復噴混凝土至設計厚度，及時閉合成環(huán)。

開挖采用全幅分段施工，上面鋪設仰拱棧橋，每循環(huán)開挖長度控制在1 m。仰拱每循環(huán)澆筑長度3 m，采用浮放模板支架成型?；炷翍侄稳鶟仓淮纬尚?，不留縱向施工縫。

隧道二次襯砌（二襯）與掌子面的安全布距不得大于40 m。預留塌腔注漿孔，以便在后續(xù)施工中對可能出現(xiàn)的塌腔進行注漿填充。施工完成后，對塌腔進行填充混凝土處理，進一步加固隧道結構。

4 結論

東河2號隧道突泥處治施工技術在處理突泥事故中展現(xiàn)出了顯著的成效。該技術結合了地質勘察、注漿加固、排水降壓以及襯砌加強等多種手段，有效地控制了突泥的進一步發(fā)展，確保了隧道的施工安全。該技術在實施過程中注重現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，實時監(jiān)測隧道內的變形、應力以及滲流情況，及時調整施工方案和參數(shù)。為同類型項目施工提供一定參考價值。

參考文獻

[1]肖鵬，劉春國，孫康.高速公路隧道突水突泥災害注漿治理研究[J].交通世界（工程技術），2019（9）：103-104.

[2]龍洪.巖溶隧道突泥機理及處治措施研究[D]西安：長安大學，2011.

[3]林國濤，宋瑞剛.巖溶隧道突泥機制與防治技術研究[J].隧道建設，2012（2）：169-174.