某高速公路隧道涌泥處理分析

徐清政

摘 要：以廣西某高速公路隧道為例，分析了隧道涌泥過程及其處理方案，并提出了10條處理經(jīng)驗，為高速公路隧道涌泥處理提供了借鑒。

關鍵詞：高速公路;隧道施工;涌泥處理

中圖分類號：U457.2 文獻標識碼：A

1 工程簡介

廣西某高速公路隧道位于廣西凌云縣境內(nèi)，隧道穿越東西走向的山體。左線全長780 m;Ⅳ級圍巖200 m，Ⅴ級圍巖557 m，最大埋深約185 m;右線：全長785 m;Ⅳ級圍巖200 m，Ⅴ級圍巖560 m，最大埋深約192 m。隧道進出口及洞身山體植被發(fā)育。根據(jù)區(qū)域工程地質(zhì)資料，隧址區(qū)位于東側(cè)發(fā)育北東-南西走向的區(qū)域性斷層F1，隧道所在山體北面發(fā)育一條次級斷層F1-1，斷層特征如下：

F1（更新-西屯斷裂），屬壓扭性逆斷裂。隧址區(qū)附近傾向南東東，傾角約68°，為二疊系、三疊系地層的天然分界。隧道進口端距離斷層約240 m，出口端距離斷層約30 m。

F1-1：地質(zhì)資料顯示為次級斷層，與區(qū)域性斷裂F1搭接，該斷層傾向北西，傾角約60°。

兩條斷層自新生代以來未見有活動跡象。隧址區(qū)砂巖巖層產(chǎn)狀為275°∠21°，巖層走向與隧道走向一致，巖層傾角較小，對隧道拱頂穩(wěn)定性有影響。主要發(fā)育的節(jié)理有兩組：65°∠65°、200°∠64°。

2 隧道施工

施工原計劃從隧道出口端往進口端單向掘進，隧道采用新奧法設計施工。施工順序：超前地質(zhì)預報+監(jiān)控量測-上臺階開挖-上臺階拱墻支護-下臺階開挖-下臺階邊墻初期支護-仰拱開挖-仰拱施作-二次襯砌整體澆筑。

2.1 超前地質(zhì)預報

采用地質(zhì)雷達和地質(zhì)羅盤，可以探測掌子面前方30 m的距離，雷達預報探測效果圖，再進行軟件分析，得出報告，必要時采用超前鉆探。

2.2 隧道掘進及支護

（1）隧道的Ⅴ級圍巖段采用環(huán)形開挖預留核心土法，局部斷層破碎地段采用單側(cè)壁導坑（CD法）施工，以機械開挖為主、控制爆破為輔的方式進行開挖，每循環(huán)掘進0.5 m～0.8 m（1榀鋼拱架）。

（2）Ⅳ級圍巖段采用臺階法開挖（當上臺階掌子面穩(wěn)定性差時調(diào)整為預留核心土環(huán)形開挖），采用爆破掘進作業(yè)，每循環(huán)掘進2榀。

（3）超前支護：超前長管棚（Ⅴ級圍巖洞口）;超前小導管（Ⅴ級圍巖深埋段、破碎帶段;Ⅳ級圍巖淺埋段）;超前錨桿（洞內(nèi)Ⅳ級圍巖深埋段）。

（4）初期支護：中空注漿錨桿/藥卷錨桿+工字鋼或鋼格柵拱架+鋼筋網(wǎng)+C25噴射混凝土。

（5）二次襯砌：洞口段、V級圍巖及IV級圍巖軟弱段采用鋼筋砼，V級圍巖二次襯砌距離掌子面50 m～60 m，IV級圍巖60 m～100 m。下臺階開挖支護后及時施作仰拱，及時封閉成環(huán)。

3 隧道涌泥及方案制定

3.1 超前地質(zhì)預報

隧道右洞開挖至K117+528，對掌子面前方30 m進行了超前地質(zhì)預報。已開挖斷面揭露圍巖主要為中～強風化灰?guī)r及粉質(zhì)黏土;灰?guī)r，灰色，巖質(zhì)較硬，節(jié)理裂隙極發(fā)育，圍巖破碎，呈薄層碎塊狀結(jié)構，巖層與巖層之間結(jié)合差，極易掉塊、坍塌;掌子面巖溶發(fā)育，空腔由粉質(zhì)黏土及孤石填充;綜上所述，圍巖自穩(wěn)能力極差。

推測：前方30 m范圍內(nèi)圍巖為中-強風化灰?guī)r，巖體破碎;前方30 m范圍內(nèi)掌子面中部及左則圍巖發(fā)育巖溶，空腔由黃色泥質(zhì)填充物和孤石填充;圍巖自穩(wěn)能力差，發(fā)育裂隙水。

在隧道右洞K117+528～K117+498段，進行了超前地質(zhì)預報，根據(jù)地質(zhì)預報結(jié)果，建議如下：

（1）推測前方30 m范圍內(nèi)圍巖破碎，拱頂極易掉塊，建議開挖后及時支護，減少圍巖暴露時間，避免拱頂?shù)魤K，或是產(chǎn)生較大變形，做好超前支護，酌情采用注漿，穩(wěn)固圍巖，再進行后續(xù)施工。

（2）推測前方30 m范圍內(nèi)圍巖巖溶發(fā)育，巖溶空腔由黃色泥質(zhì)填充物及孤石填充，建議施工時應密切注意掌子面情況，及時清理泥質(zhì)填充物及孤石，對空腔注漿回填密實，確保施工安全。

（3）推測前方圍巖發(fā)育裂隙水，建議做好防排水措施，避免浸泡拱腳;前方圍巖易受沖刷、侵蝕，密切關注掌子面狀態(tài)，謹防突水突泥。

3.2 涌泥段隧道支護形式

D25中空注漿錨桿L=3.5 m，間距0.5x1.2 m（縱×環(huán)）+I20b工字鋼拱架，間距50 cm+φ8鋼筋網(wǎng)+26 cmC25噴射混凝土+50 cm厚鋼筋混凝土二襯。

3.3 隧道涌泥

右洞掌子面開挖至K117+525時，在掌子面拱頂靠外側(cè)突發(fā)性涌出大量軟泥，夾雜少量孤石，涌泥口半徑范圍在1.0 m～1.5 m范圍內(nèi)，總體涌泥量約2 000 m2。在使用挖掘機進行試探性的掏挖后，發(fā)現(xiàn)此處溶腔的體量很大;初步判斷，應立即對涌泥口進行封閉處理。

3.4 原因分析

（1）隧道地質(zhì)條件差，溶隙溶槽發(fā)育，溶腔填充物主要為土、入夾石、軟泥等。

（2）梅雨季節(jié)，前段時間，連續(xù)的暴雨，導致隧道上方覆蓋層在雨水的浸泡下，極為松散，大量地表水通過溶隙進入溶腔內(nèi)，在隧道開挖后，導致涌泥的發(fā)生。

3.5 方案制定及處理過程

分三臺階環(huán)形開挖預留核心土法以及臨時仰拱閉合成環(huán)方案：

（1）超前支護：涌泥口打設φ42*4 mm超前注漿小導管，小導管長4 m，并注水泥-水玻璃漿液進行加固。

（2）上臺階開挖、支護：超短進尺開挖上臺階，清掏涌泥口，每循環(huán)進尺長度約30 cm，同時，為防止開挖過大導致涌泥口爆出，在沒有開挖至設計輪廓時就采用工字鋼拱架進行支撐，預留排水管，并立即掛網(wǎng)、噴射混凝土進行封閉。

（3）施作臨時仰拱：為保證已支撐初支鋼拱架拱腳的穩(wěn)定，并防止往前開挖時拱腳下沉，上臺階拱腳處施做臨時仰拱，臨時仰拱采用I20b工字鋼拱架，并采用C30砼澆筑。

（4）繼續(xù)超短進尺開挖、支護并施做臨時仰拱直至涌泥口完全封閉。

（5）徑向注漿加固：在涌泥區(qū)段打設φ42*4 mm徑向注漿小導管，小導管長4 m，并注水泥-水玻璃漿液進行加固。

（6）中臺階開挖、支護，每循環(huán)進尺1榀，拱腳落在堅實的地基上，如若地基軟弱，及時施做臨時仰拱。

（7）斷面復測：采用斷面儀對已支護的初支進行斷面測量。

（8）拱架置換：對侵入初支界限的初支進行置換處理。

（9）下一循環(huán)超前地質(zhì)探測、開挖、支護。

過程中對掌子面及后方的初支進行監(jiān)控監(jiān)測，并及時分析初支的沉降和收斂情況，沉降速率過大時，立即停止施工并撤離現(xiàn)場。

4 隧道涌泥處理經(jīng)驗總結(jié)

通過對此次溶洞涌泥的處理，總結(jié)如下：

（1）巖溶地區(qū)施工前應編制專項施工方案，包括應急預案、地質(zhì)預報方案、監(jiān)控量測方案。施工過程中實際與設計不符時，應及時調(diào)整，同時結(jié)合應急預案，提前做好技術、物資、機械的儲備和應急演練。

（2）巖溶地區(qū)隧道施工前，應結(jié)合地勘資料，采取綜合超前地質(zhì)預報的手段，探清巖溶發(fā)育規(guī)模、溶洞分布、巖溶填充、地下水及其流向等情況，核實巖溶與隧道空間位置關系等。為達到以上目的，需要采取超前物探和超前鉆孔探測等多種超前地質(zhì)預報手段進行探測，為隧道施工提供依據(jù)，對隧道安全施工有影響的巖溶，還應制訂施工初支方案。

（3）宜采用分部開挖，當溶洞出現(xiàn)在隧道一側(cè)時，應先開挖該側(cè)，待初期支護完成后，再開挖另一側(cè)。

（4）嚴格控制開挖循環(huán)長度，炮眼鉆孔宜多打眼、打淺眼。

（5）掌子面應有不少于5個加深探測炮孔，加深探測炮孔深度宜比裝藥炮孔深度深3 m以上。

（6）當巖溶地區(qū)施工遇到雨季時，應充分考慮地表水對溶洞的影響，實時觀察洞內(nèi)溶洞的出水情況，必要時暫停掘進。

（7）當涌泥發(fā)生后，應及時撤離人員和設備，值班人員根據(jù)情況遠距離觀察涌泥的位置、規(guī)模、速度、水量等，為后續(xù)處理提供參考。

（8）一般在巖溶位置施工的初期支護，可能會存在拱腳位置基礎軟弱，需對拱腳位置的鎖腳進行加強、擴大拱腳措施加強對鋼筋的支撐，必要時采用臨時仰拱。

（9）加強加密監(jiān)控量測，及時反饋監(jiān)測結(jié)果，進行動態(tài)設計和動態(tài)施工，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整實際預留變形量，變形速率較大時，應暫停施工，分析原因并采用加固措施進行處理，直到變形速率得到有效控制。

（10）穿越巖溶軟弱填充區(qū)，初支承受的壓力較大時，應盡早閉合仰拱，及時施作二襯。

參考文獻：

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