大興鄉隧道沖水破碎帶地質突泥涌水處治措施

于振海

(中鐵十二局集團國際工程有限公司,天津 300000)

1 隧道地質情況

大興鄉隧道出口地質情況較差，以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主。洞門段以強風化二云石英片巖為主，巖體結構松散，自穩能力差，遇水易軟化、崩解。洞身段圍巖以強～中風化二云石英片巖為主，圍巖自穩能力一般，地下水較豐富，主要為孔隙水及基巖裂隙水，水量受大氣降水影響明顯，正常狀態下產生呈淋雨狀出水，暴雨期可能出現突水情況。

2 隧道原設計支護參數

事件發生段圍巖類別為Ⅴ級，襯砌類型為SF5b。原設計支護參數為拱部120°范圍內超前支護采用φ42×4 mm注漿小導管，初期支護采用I18工字鋼，間距80 cm，網噴25 cm厚C25混凝土，鎖腳采用2根長4.5 m、φ42 mm小導管注漿加固。

3 突泥涌水事件發生經過

2018年12月2日凌晨1時35分，大興鄉隧道出口右洞K45+200準備安裝上導拱架時(每循環安裝1榀拱架)，掌子面出現涌水。水量不大，帶有破碎石塊掉落，掌子面有異動，工人立即撤離觀察，隨后發生塌方。累計突泥量約1 500 m3，涌水量約13萬m3。

2018年12月2日凌晨1時35分，大興鄉隧道出口右洞K45+200準備安裝上導拱架時(每循環安裝1榀拱架)，掌子面出現涌水，帶有破碎石塊掉落，工人立即撤離觀察,隨后發生塌方。累計突泥量約1 500 m3，涌水量約13萬m3。

4 處治方案

4.1 左洞加固措施

上導掌子面掛網噴錨20 cm封閉，初期支護施做臨時仰拱，噴錨封閉成環，并在臨時仰拱與初期支護連接處施做鎖腳小導管。中導掌子面掛網噴錨20 cm封閉，邊墻初期支護向前跟進，施做臨時仰拱，噴錨封閉成環，并在臨時仰拱與初期支護連接處施做鎖腳小導管。下導緊跟，及時施做初支仰拱封閉成環，隨后立即施工仰拱及填充，直至下導掌子面。二襯隨著仰拱向前緊跟。待二襯施工達到最大限度后，進行洞內回填，為超前探孔填筑施做平臺。臨時仰拱均采用I18工字鋼，φ32 mm螺紋鋼筋縱向連接。鎖腳采用4根長4.5 m、φ42 mm小導管。

4.2 右洞治理措施

首先對拱頂的積水進行快速排放，最大程度釋放水壓力，為以后管棚、小導管注漿創造有利條件。通過在初期支護上打設排水孔，用φ42 mm小導管將積水盡快排出，直至涌水無明顯壓力，自然流出。然后在掌子面掛設鋼筋網片進行噴錨封閉，并將涌水歸集兩側用φ40 cm PVC管集中排放，防止水流進入塌體引起二次滑塌。

右洞塌方治理總體分兩段進行，兩段具體處治措施如下：

4.2.1 第一段具體處理措施

(1) 塌體封閉，施做臨時仰拱。將止漿墻位置的塌體進行大致刷坡，掛網噴錨20 cm封閉，為止漿墻施工提供作業空間。從止漿墻向洞口方向將塌體進行大致整平，施做臨時仰拱，噴錨封閉成環，并在臨時仰拱與初期支護連接處施做鎖腳小導管。

臨時仰拱采用I18工字鋼，縱向采用φ32 mm螺紋鋼筋連接。鎖腳采用4根長4.5 m、φ42 mm小導管。

圖1 右洞初期支護臨時加固圖

(2) 初期支護徑向小導管加固布置。徑向小導管布置范圍為已施工二襯端頭至止漿墻，里程范圍K45+238～K45+215，共23 m。徑向小導管按1.5 m×1.5 m梅花形布置。材料為φ42 mm無縫鋼管，壁厚4 mm，長4.5 m，管壁上按間距7.5 cm梅花型布置打眼，眼的直徑為8 mm。

徑向小導管注漿，自下而上進行，在有水部位采取注雙液漿，無水部位采取注單液漿。壓力為0.5～1 MPa。雙液漿的配合比視現場情況及時進行調整。

4.2.2 第二段具體處治措施

(1) 止漿墻位置的確定。K45+200掌子面突泥塌方后，初期支護向洞口方向逐排擠壓，造成K45+200～K45+215段初期支全部破壞，嚴重侵限，洞內被塌體全斷面封堵。通過監控量測可知K45+215為初期支護侵限分界里程，因此擬定止漿墻設置在K45+215處，從該里程開始向掌子面方向施做長管棚。

(2) 止漿墻施工。止漿墻的作用：一是在管棚注漿時，可阻止漿液從塌體滲透外流；二是以止漿墻擋住掌子面塌體，在止漿墻后為長管棚施工提供作業面。

由于塌體松散，含水量大，加之稀泥和小塊巖石偏多，為防止開挖時出現流塌，先對塌體進行掛網噴錨封閉，后進行小導管注漿加固。開挖時，采取人工風鎬開挖，并按50 cm高一層，由上至下分層開挖。每挖一層網噴一層，按1∶0.75放坡，以確保安全。止漿墻基礎開挖到位后，放樣立模澆注止漿墻混凝土。

(3) 管棚室施工。為了給管棚施工提供足夠的操作空間，有效控制管棚外插角角度，需要在洞內施做管棚室。對止漿墻上部向洞口6 m范圍內進行換拱，重新施做初期支護，開挖半徑較原設計開挖半徑加大70 cm。該6 m擴大支護空間段作為管棚工作室。

(4) 長管棚超前支護。因塌體松散成孔困難故采用偏心鉆具跟管鉆進施工。

管棚縱向長度30 m，鋼管環向間距40 cm,布置于隧道拱部120°，范圍內，仰角4～50。(考慮了路線縱坡及長管棚下垂撓度)。長管棚用規格為φ108 mm、壁厚6 mm熱軋無縫鋼管制成，管壁上按間距15cm梅花形布置打眼，眼直徑為12 mm。每根長管棚鋼管由若干節段長分別為4 m和6 m的短鋼管連接組成。2節鋼管連接使用1個內絲接頭。每個接頭長30 cm，每端各有10 cm的內絲。安裝鋼管時，每相鄰2根鋼管的接頭應錯開，保證同一截面內的鋼管接頭數量不大于50%。

為提高長管棚支護的抗彎剛度及強度，以抵抗巨大的塌體壓力，鉆入鋼管后在鋼管內穿入由4根φ22 mm焊接而成的小型鋼筋籠。管棚鋼管注漿從兩側拱腳開始向拱頂方向進行。在有水部位采用水泥漿+水玻璃雙液漿，無水部位采用C30水泥砂漿。注漿壓力為0.5～1 MPa。雙液漿的配合比視現場情況及時進行調整。

長管棚布置范圍、管棚鋼管大樣、管棚內鋼筋籠大樣、管棚有效注漿范圍如圖2所示。

圖2 長管棚施工布圖

(5) 超前小導管注漿補強。超前小導管具體參數如下：材料采用直徑φ42 mm、壁厚4 mm熱軋無縫鋼管，長4.5 m，管壁上按間距15 cm梅花型布置打眼，眼的直徑為8 mm。上仰角5～15°，逐榀施做，循環搭接長度1 m，環向間距40 cm。注漿采用水泥漿+水玻璃雙液漿，注漿量根據現場情況確定，以確保開挖安全為目的。

(6) 開挖與初期支護。先分別進行左側上、下臺階的開挖支護和中隔墻、臨時仰拱的施工。左側超前約5 m以上后，再進行右側上、下臺階的施工。中隔墻左右兩側開挖均采用臺階法進行，開挖后用22b工字鋼拱架噴30 cm厚C25混凝土進行支護。拱架縱向間距50 cm，設置環向間距80 cm的φ22 mm縱向連接鋼筋。上臺階底部設臨時仰拱以盡早封閉支護結構，提高支護結構的承載能力。臨時仰拱采用I18工字鋼噴25 cm厚混凝土。為控制仰拱施工時造成拱部及邊墻初支下沉，在仰拱開挖前，邊墻底部施做4根φ42 mm、壁厚4 mm、長4.5 m鎖腳小導管進行邊墻腳加固。

(7)二次襯砌。塌方處治第二段(K45+215～K45+185),二次襯砌混凝土和鋼筋支護類型由原設計的SF5b變更為SF5c,即二襯厚度由50 cm變更為60 cm，二襯鋼筋相應加密，初期支護參數詳見CRD法施工。

5 結束語

在隧道施工中若遇到沖水破碎帶等不良地質，一旦發生塌方問題處理起來相當困難，簡單的采用常規的處理措施，易釀成重大安全事故，本文以大興鄉隧道為實例，詳細闡述了事情發生的經過及相應的處理措施，為今后類似工程提供實例經驗，以期從根本上防止隧道穿越沖水破碎帶地質施工時塌方的發生，為此類隧道的設計及施工提供了工程類比的素材。