高速公路隧道施工期間突水突泥引發仰拱開裂整治技術研究

馬俊

摘 要：突水突泥是巖溶地區高速公路隧道施工期間最嚴重、最常見的工程災害，不但危及隧道施工安全，同時對修建完畢的隧道結構產生重大破壞。本文針對某在建隧道施工期間突水突泥發生后出現隧道仰拱起鼓開裂問題，通過現場實測調研分析，分析隧道仰拱起鼓開裂原因，提出相應的防治技術，對于類似工程條件下的災害防治具有一定的參考價值。

關鍵詞：公路隧道;突水突泥;仰拱開裂

0 前言

隧道水害引發的仰拱填充、軌道等起鼓或襯砌結構開裂是非常難以處理且危害較大的工程災害之一，其主要發生在巖溶發育、巖溶管道聯通性較好地區，也有部分發生在與地表聯通性較強的斷層破碎帶或塌方冒頂區域。近年來，隨著中國高鐵的飛速發展、高鐵隧道的增多，其引發的危害正逐步突顯，具有突發、后果嚴重、整治困難等特性。根據目前出現的隧道水害情況，其破壞形式可分為：①高壓水引發隧道結構破壞;②高壓水引發仰拱填充層上鼓，造成其上的軌道結構上鼓;③高壓水直接引發軌道板上鼓;④地下水重分布引發膨脹類巖土膨脹，造成結構破壞。對于水害分類，按地下水來源可分為巖溶區和非巖溶區水害兩種;按發生時間可分為開通行車后和開通行車前水害兩種。發生在開通行車后的水害所造成的社會影響極大且整治難度最大。

本文通過對在建在建高速隧道施工期間突水突泥發生后出現隧道仰拱起鼓開裂問題，通過現場實測調研分析，分析隧道仰拱起鼓開裂原因，提出相應的防治技術措施及建議。

1 工程概況

楊林隧道為雙向六車道分離式隧道，長度為2 950 m。隧道正洞凈寬14 m，凈高5 m，緊急停車帶凈寬16.75 m，凈高5 m，設計參數主要為C25噴射混凝土厚度29 cm，Φ8雙層鋼筋網15 cm×15 cm，I22b鋼拱架，間距60 cm，預留變形量15 cm，400 g/m2土工布及PVC防水板，全環防水，C35防水氣密性鋼筋混凝土襯砌厚70 cm。2017年11月26日突水發生后，設計院將K19+879～K19+921段落襯砌設計調整為SFts類型，與SF5w襯砌類型的主要設計區別為仰拱拱圈由C35防水氣密性鋼筋混凝土厚70 cm調整為100 cm厚，二襯鋼筋環向主筋縱向間距由20 cm調整為10 cm，增加全環2 m×2 m梅花型布置長6 m全環徑向注漿，注漿壓力0.5 MPa～2 MPa。

2 仰拱填充開裂情況

2017年11月26日晚，楊林隧道右幅出口掌子面施工至K19+903處，在隧道掌子面右側拱腳外側發生突水災害事故，10分鐘內突水約120 000 m3，后經專家組調查確定為地下暗河突水。

2018年8月1號到8月6號，宜良縣龍興村周邊連降暴雨，地表水滲入到暗河，河道水暴漲，造成地下暗河來水量劇增，K19+903突水口處突水在8月6日達到頂峰，突水量達到7 000 m3/h，突水水頭噴射13 m遠，該處隧道初支變形開裂，拱頂多處出現股狀出水。K19+950～K19+770段仰拱填充出現不同程度的開裂，且部分地段出現錯臺及隆起。開裂段仰拱施工段落及時間：

①施工里程：K19+960～K19+921;施工時間：2017.11.25?-2018.3.27;

②施工里程：K19+921～K19+879;施工時間：2018.6.1- 2018.6.18;

③施工里程：K19+879～K19+770;施工時間：2018.4.14 -2018.5.24。

3 仰拱開裂原因分析

根據現場地質調查，結合前期勘察資料、設計資料、施工情況及水量監測情況進行分析，造成本次仰拱填充起拱變形的原因如下：

隧道開挖暴露巖質大部分為灰質白云巖、白云質灰巖、紫紅色鈣質泥巖和輕微變質的淺綠色泥巖，較堅硬，但水浸泡稍軟，為較軟質巖，圍巖級別判斷為V1級，設計襯砌類型為SF5w，設計為C35防水鋼筋混凝土厚70 cm，二襯可以承受0.1 MPa的靜水壓力。區域內急降暴雨使大量降水通過附近地表幾個塌陷坑迅速滲入地下暗河，造成山體內地下暗河來水劇增，隧道周邊山體飽水，隧道內突水口涌水量成倍增加。該段為瓦斯隧道設防段，全環防水設計，橫向無排水管，且仰拱底部無泄水設計。隧道周邊圍巖破碎富水，短時內地下水位急劇上漲，水壓劇增，來水方向洞內右邊墻山體擠壓力較大，地下仰拱部位排水不暢，地下水位上漲導致仰拱被水抬起，開裂。

4 仰拱開裂處治方案

4.1 施工順序

第一步，先行施工止水帷幕;第二步，處治上游開裂段;第三步，按設計方案處治涌水;第四步，按設計方案處治涌水段及下游段仰拱問題。見圖1。

根據原施工情況，為確保安全，以仰拱開裂最末端的二襯延伸一板為開裂處治起止點，即開裂處治里程為K19+740～K19+879，自K19+740里程開始，向K19+879方向處治。本次仰拱開裂處置長度139 m，共計12板二襯，每板二襯范圍內分三節次開挖，每節次開挖長度2 m～6 m不等（視每板二襯長度而定），共開挖24節次，跳挖施工，以策安全。施工時，現場設置兩名專職安全員進行全程監督旁站，當隧道二襯出現危險性變形或仰拱出現突涌水征兆時，安全員組織施工人員快速的從小里程方向和K19+905車行通道處疏散、撤離。

根據二襯長度劃分施工段落，并以K19+740-K19+752段12 m長二襯中間段K19+743-K19+749共6 m為第一施工開挖節，且作為仰拱返工試驗段。施工程序如下：使用大型混凝土切割機切割施工分界線→破碎機鑿除原施工填充砼→清理混凝土塊→破除仰拱混凝土并人工切割仰拱內鋼筋→拆除變形鋼拱架→清理基底（抽水）→安設鋼拱架→噴射混凝土→鋪設防水板→綁扎仰拱鋼筋→支立仰拱模板→澆筑仰拱混凝土→支立仰拱填充模板→澆筑仰拱填充混凝土→跳至下一板二襯中心段施工。

4.2 防水板搭接施工

仰拱鋼架、噴混凝土初支完成后，鋪設防水板，防水板縱向與原二襯背后防水板焊接，搭接寬度25 cm，環向與上一版仰拱背后防水板搭接，搭接寬度25 cm。鑿除仰拱混凝土時，要保護預留的防水板接頭，防止破損。

4.3 仰拱混凝土與原二襯砼連接施工

新澆筑的仰拱混凝土，與原二襯砼設置高30 cm縱向連接后澆帶，支立模板20 cm，留灌注口10 cm，采用斜槽灌注C50微膨脹砼，采用小直徑振搗棒振搗密實。

4.4 仰拱注漿施工

為保證本次仰拱開裂處治的施工質量，首先在楊林隧道右幅K19+879～K19+921段對仰拱進行注漿加固，形成止漿墻。注漿設計如下：

注漿孔按漿液擴散半徑1.5 m布設（見圖2、圖3），注漿孔按梅花型布置，注漿孔徑50 mm，孔深6 m。孔口管采用Φ42 mm壁厚4 mm的熱軋無縫鋼管，鋼管長0.5 m?？卓诠軕裨O牢固，并有良好的止漿措施。注漿鉆孔原則上沿徑向設置，并適當考慮與巖層層面的關系。注漿量Q=π×R2×l×n（R為漿液擴散半徑，本隧道取值為1.5 m;l為鉆孔深度，本段落取6 m;n為圍巖填充率，本段落取值為5%），本注漿量為初擬，注漿填充率及注漿擴散半徑應進行現場注漿試驗確定，注漿完畢后應進行注漿效果檢查，原則上注漿完后圍巖滲透系數應小于10-7m/s。施工中，注漿量達到設計注漿量或注漿壓力達到設計終壓時，可結束注漿。

注漿采用水泥漿液，注漿參數如下：水泥漿液水灰比 0.5：1～0.8：1（重量比）;注漿壓力：0.5 MPa～2.0 MPa。

待仰拱初支完成混凝土終凝后，在初支面上按設計要求采用手持式風鉆打設注漿孔，打設順序自兩側向中間打設，打設完畢后，安設孔口管，注漿閥，并注漿。注漿孔跳鉆施工，避免施工干擾，同時保證圍巖注漿飽滿。注漿施工完畢后，可隨即開展仰拱施工。

4.5 仰拱處治過程中變形監測

在K19+879～K19+752二襯段每板布置3個觀測點，拱頂沉降觀測點及凈空位移觀測點，布點采用反射片，利用全站儀對準反射片十字中心，測讀隧道周邊某兩點相應位置的變化。仰拱根據裂縫走向，每5 m左右布置一組裂縫觀測點，布點采用鋼筋頭，頂部割十字叉。利用全站儀觀測每組裂縫監測點，測讀仰拱高程有無變化，利用游標卡尺量測兩鋼筋頭頂部距離，測讀裂縫寬度有無繼續發展。

5 結論

對突水突泥水害引起的隧道結構病害治理進行整治，首先要對結構裂損原因進行分析，綜合采取恰當的應急處理與永久處理措施。通過對隧道水害的情況進行分析，提出的防治措施可以對類似工程起到積極的指導作用。

參考文獻：

[1]何忠明，彭振武，陳樂求，等.運營隧道水害整治施工技術[J].勘察科學技術，2005（5）：41-43.

[2]肖廣智，薛斌.向莆鐵路隧道道床積水、軌道隆起病害整治技術[J].現代隧道技術，2015，52（3）：200-204.

[3]李顯偉.隧道水害與地質災害相互作用及綜合防治研究[D].成都：西南交通大學，2007.

[4]張彥龍，李清，田卿燕.巖溶區運營公路隧道水害分析及處治[J].廣東公路交通，2014（4）：55-58.