隧道施工涌突泥致災構造綜合預報與涌泥災害處治★

王朋朋 姚 靜 廖 新

(1.貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司，貴州 貴陽 550014; 2.貴州路橋集團有限責任公司，貴州 貴陽 550001)

隨著西南地區交通工程的大力修建，隧道建設遇到的塌方、突水突泥、瓦斯爆炸等不良地質災害較多，突水突泥事故造成人員傷亡及經濟損失極大。隧道開挖前需進行超前地質預報以此來查明巖溶的位置及規模特征，但是由于巖溶發育的復雜性、多變性、隱蔽性和突發性，物探設備存在的多解性，采用單一的預報手段已無法滿足施工安全的需要。

國內學者針對隧道災害風險控制開展了大量的研究。郭佳奇等將巖溶隧道分成不同類別，然后分別制定詳細的突水等巖溶災害預防策略及治理預案，從而實現針對性防治[1]。李術才等學者建立了突水風險定量評價方法和災害四色預警機制以及巖溶隧道突涌水風險模糊層次評價模型[2-5]，王亮等建立了基于不可靠度的巖溶隧道涌水突泥概率風險評價體系[6]。何發亮等提出采用以環境同位素技術等為主的手段結合化學動力學水文地質學理論的綜合預測預報技術[7]，均取得較好的效果。

本文通過建立隧道巖溶風險評價體系，確定綜合預報方法，成功預報了前方該隧道突泥災害，較大程度降低了經濟損失，避免了人員傷亡，同時根據預報結果進行了相應的處治設計，取得較好的經濟效益。

1 隧道工程概況與預報段災害風險內容及風險級別

隧道區下伏基巖為志留系下統龍馬溪群(S1ln)砂巖夾泥巖，奧陶系中上統五峰組—十字鋪組(O2+3)灰巖；奧陶系下統湄潭組(O1m)泥巖及泥巖夾灰巖；奧陶系下統桐梓—紅花園組(O1t+h)灰巖，地表可見巖溶洼地及溶蝕構造，深切溶槽侵入隧道界限，其中在ZK2+780，YK2+765鉆孔揭露巖溶溶洞。屬于強巖溶發育隧道。根據前期勘察資料，結合地表高密度電法測試結果，ZK3+003左42 m段、ZK3+003左17 m～YK2+995右92 m段基巖巖溶裂隙發育，局部可能存在小型溶洞；YK2+995右130至測線尾端淺層基巖巖溶裂隙發育，存在大范圍物探低阻區，物探成果見圖1。

根據地表水文觀察、巖性、地質地貌結合高密度電法成果，在臨近ZK2+915～ZK3+090范圍內周邊存在多個落水洞及巖溶洼地，地形相對較為平緩，具備良好的儲水及下滲條件，隧道穿越巖性為奧陶系下統桐梓—紅花園組(O1t+h)中厚層狀灰巖，高密度電法成果顯示該區段存在物探低阻區，故可認為該區段存在較大的涌突泥風險，認定為Ⅳ級預警風險。

2 涌突泥致災構造預報與開挖驗證

TSP預報是利用彈性波在向三維空間傳播的過程中，遇到聲阻抗界面，即地質巖性變化的界面、構造破碎帶、巖溶和巖溶發育帶等，會產生彈性波的反射現象達到預報目的的一種手段，其對于大型構造帶、巖溶及地下水發育具有較好的效果。

在隧道開挖至ZK2+835時，采用TSP203plus對ZK2+835～ZK2+980區段進行預報，預報結果顯示在ZK2+908～ZK2+980區段72 m范圍內，出現正負發射交錯出現，以負反射為主，在ZK2+945左右反復出現急劇變化段落，因此推測在ZK2+945～ZK2+965區段存在巖溶發育特征，巖體破碎程度較高，富水，存在涌突泥風險。

根據開挖跟蹤驗證，2016年11月9日，隧道開挖至ZK2+940時，掌子面圍巖特征出現急劇變化，右側及拱頂巖溶發育，表現為黃色硬塑及可塑粘土充填(見圖2)。

采用地質雷達對ZK2+940～ZK2+960區段進行了短距離預報，探測表明在ZK2+945～ZK2+952區段存在溶蝕裂隙密集帶，ZK2+952～ZK2+960區段存在填充型溶腔等。隧道開挖至ZK2+952，掌子面揭露為黃色可塑狀粘土，為進一步查明前方異常體的特征，進行了地質雷達補充探測，自左至右及自右至左各布置測線，相互驗證。預報成果處理后見圖3。

根據雷達綜合解譯成果，在ZK2+953～ZK2+973區段存在填充型溶腔及軟弱巖體，主要集中在隧道左側至中部，見圖4。

2016年11月18日22點28分，ZK2+953掌子面正在實施超前鉆探，拱頂及右側拱腰處有水涌出，現場立即停止鉆探并組織撤離。至23點18分全斷面涌水高度23 cm左右。19日5點20分左右涌水停止。8點10分涌泥長度約50 m，開挖臺車推移近10 m，開挖掌子面附近支撐鋼架變形，初支變形長度約15 m，部分風管、水管、逃生管道路、電線以及棧橋被埋，整個過程無人員傷亡。

3 涌泥災害處治設計與處治效果

對于涌突泥的處治，通常遵循“加固、封堵、排水”的原則，根據本次涌泥現狀、成因分析及預報成果，確定思路為首先清理涌泥至接近掌子面；回拉巖石洞碴反壓涌出的稀泥以便搭建施工平臺，同時進行施工監控量測，對臨近段初支進行加固，塌腔處治。

通過雷達探測結果分析，確認需處治段落為ZK2+953～ZK2+970，首先增設拱部Ⅰ20b工字鋼臨時支撐，間距60 cm，與原有初期支護型鋼拱架間隔布置，設置縱向連接鋼筋，環向間距100 cm。噴射12 cm厚C20混凝土形成護拱。護拱施工完成后，對已變形的初期支護采用φ42斜向注漿鋼花管進行注漿加固，鋼花管長4.5 m，縱向間距50 cm，環向間距80 cm，梅花形布置；注漿完成通過監控量測表明支護趨于穩定后，對變形的原S-Ⅴa上半斷面初期支護按S-Ⅴt1支護重新施工，下半斷面初期支護和二襯按S-Ⅴt施工。

待管棚充分注漿固結前方巖土體后，對巖溶坍塌涌泥段支護結構設置φ108×6 mm大管棚超前支護，采用環形開挖預留核心土法施工，并設置臨時仰拱，初期支護采用Ⅰ20b型鋼拱架(間距50 cm)，掛雙層鋼筋網，拱部采用φ42斜向注漿鋼花管(L=4.5 m，間距50×80 cm，外插角45°～50°)，邊墻的粘土填充部位采用3.5 m長φ42環向注漿鋼花管，仰拱粘土填充部位采用4.0 m長φ42環向注漿鋼花管，二次襯砌采用55 cm厚C35鋼筋混凝土。同時排水系統采用環向排水盲溝按5 m/道，橫向導水管按5 m/道進行加密。

4 結語

1)針對高風險段落采用長期、中期、短期及臨兆的預報方式可有效的判定隧道開挖面前方不良地質災害的位置及規模，通過風險預判可提前啟動安全預案，確保施工人員安全。2)通過開挖跟蹤，確定不良地質災害的臨兆特征，進一步實施短距離雷達探測，對上次探測結果進行修正、重疊，可進一步提高預報的精度。3)在條件具備的情況下應提前進行超前地質鉆探，該手段可直觀的探明鉆孔所經部位的不良地質災害發育情況，尤其對于巖溶的探測，效果較好。4)本次處治完成后對初支進行監控量測結果表明該區段變形總量較小，變形速率趨于穩定，說明處治設計效果較好。