南平九峰隧道涌水突泥綜合整治處理

■趙曉峰

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350000）

1 引言

近年來，隨著我國城鎮化的快速發展，對道路和空間的需求逐漸加大，在閩北地區不乏城市中長山嶺隧道工程，中長隧道在開挖及掘進過程中往往會遇到復雜的地質情況，僅靠設計前期的地質勘探工作來了解現場地質是不夠全面的。 山嶺隧道復雜的地質條件包括斷層構造帶、 軟弱圍巖涌水地質等。當隧道施工穿越軟弱圍巖地質區域時，時常發生涌水突泥等施工地質災害，例如全長6557 m 的明月山特長隧道受不良地質構造影響嚴重， 連續數月涌水量在5 萬t 以上[1]。 隧道施工中涌水突泥的發生極大程度上威脅著施工安全， 對其進行有效的處理及預防對隧道施工安全及隧道防滲漏具有重要意義[2]。

2 南平九峰隧道工程概況

南平九峰隧道左洞長1411 m，右洞長1380 m，左洞起點樁號：B0+226，終點樁號：B1+640，右洞起點樁號：A0+230，終點樁號：A1+610。 隧道進口位于平面曲線范圍內，出口位于平面直線范圍內。 隧道縱坡坡率/坡長：左洞為2.95%/1411 m，右洞2.95%/1380 m，隧道最大埋深為200 m，隧道穿越的地層主要為南平九峰山泥盆系粉砂巖。 九峰隧道結構設計原理按新奧法設計施工，為復合襯砌結構；路面為復合路面結構；以注漿管棚導管、超前錨桿等為施工輔助支護措施。

南平九峰山位于南平延平區南面，是閩江起點第一山，山體巖性以粉砂巖為主，為堅硬巖，巖體較為完整， 局部節理裂隙密集發育。 九峰隧道為長隧道，按上下行設計為左右兩條獨立的隧道，隧道洞身中段以中風化粉砂巖為主，穿越多條節理裂隙密集、巖體破碎帶，隧道側壁穩定性差，拱頂無支護將產生小坍塌，地下水主要為基巖裂隙水，開挖時主要呈淋雨-點滴狀出水，水文地質條件較復雜(圖1)。

圖1 九峰隧道右線縱斷面

3 九峰隧道工涌水突泥成因分析

3.1 涌水突泥實際情況概述

九峰隧道于2018 年9 月1 日晚上20:35，B 線B0+883 上導開挖完成后出渣3 車， 現場施工人員發現有大量的泥水流出，且洞內發出異響。 現場管理人員立即叫停出渣作業， 迅速引導人員機械撤出洞外，隨后大量突泥涌出。晚上22:00 左右，洞口觀察水量變小，現場人員進洞查看，泥漿涌到距掌子面91 m 處，下臺階左側開挖處堆滿淤泥。 淤泥厚度0.6～2 m，夾雜石塊。 當晚23:00 左右突泥現象基本穩定，掌子面右側拱腰位置有較大出水，其中一處為較大股狀水，其余為裂隙水滲出(圖2)。

圖2 B0+883 掌子面突泥涌水

3.2 涌水突泥成因分析

2018 年9 月1 日晚23:00 左右涌水持續，突泥已穩定， 但B0+883 掌子面洞頂右側有一處常年冒水的泉眼和水塘，水塘水位下降明顯，泉眼處無冒水現象。 經勘察隧道沿線地表附近范圍存在沖溝，覆蓋層厚度為61 m，地表植被、地面未發現下沉和開裂現象。

九峰隧道事故突發地位于原設計處于FB1FB2 構造斷裂帶之間的破碎帶，開挖時易產生局部涌水及巖塊崩落，后根據地質探測結果及超前鉆孔驗證資料掌子面右側前方為受斷層破碎帶影響的V 級圍巖。 該斷層破碎帶與隧道大角度斜交，掌子面右側距離斷層破碎帶2～3 m，左側距離斷層破碎帶約18 m。推測掌子面突水涌泥是由于右側斷層破碎帶與掌子面前方約10 m 處與隧道軸線大角度相交的斷層破碎帶相互交叉切割，受爆破震動形成新的裂隙或既有裂隙擴大兩者相連通而發生。

此次突泥量大，涌水時間持續較長，原因在于開挖過程中破壞了長期積累的泥腔、掌子面和周邊圍巖呈鑲嵌塊狀結構，泥腔與附近破碎帶或基巖裂隙貫通，導致積泥、水在斷層破碎帶區域大量涌出，經估算日出水量約2000 m3，水流可能會成長期狀態。

4 九峰隧道涌水突泥處治措施

根據九峰隧道施工實際情況，綜合各參建單位的意見，分兩階段對該突泥涌水段進行處理。 第一階段的主要措施為：對掌子面立即設止漿墻進行反壓引排，防止突涌擴大，同時出水點保持繼續排水，不擾動周邊圍巖，并實時觀測掌子面及隧道洞頂沿線覆蓋層情況； 對B0+863～B0+883 段初期支護進行注漿補強加固。 第二階段的主要措施為：待涌水情況穩定之后，在確保安全的前提下，監控量測單位對掌子面前方進行TGP 隧道超前地質預報分析，根據其成果、設計資料、地表現場踏勘及洞內初期支護的量測沉降數據等相關資料為后續施工提供可靠支撐，采取小導管、長管棚等超前支護，確保安全通過該段落[3]。 兩階段采取的具體措施如下。

4.1 第一階段掌子面前處治措施

根據九峰隧道掌子面涌水突泥實際并結合地質、突涌成因分析，采取的處理方案如下：

（1）B0+883 掌子面右側采用編織袋裝填砂子反壓封堵， 在反壓沙袋中預埋土工布反包的Φ108鋼花管排水，并在反壓沙袋外側采用I14 工字鋼作臨時支撐，確保在涌排水期間掌子面圍巖穩定。

（2）B0+863～B0+883 段初期支護每個拱腳補打4 根鎖腳鋼管（Φ70 俯角45°）及增設上臺階拱底臨時仰拱；由B0+875 開始，自右側導坑上臺階初期支護的頂部自上而下采用4 m Φ42 壁厚3.5 mm 鋼花管徑向注漿，注漿采用水泥—水玻璃雙漿液，間距1 m×1 m 呈梅花形布置， 注漿壓力0.1～0.5 MPa，水灰比0.5∶1；確保后方初期支護安全。

（3）B0+883 掌子面右側導坑采用局部斷面超前預注漿加固，加固范圍至右側開挖線以外3 m，局部斷面預注漿采用30 cm 厚的C30 素混凝土作為止漿墻封閉掌子面，掌子面穩定后，掌子面采取掛網錨噴支護封閉25cm 厚的混凝土作為止漿墻，止漿墻完成后，右側埋設20 m 長鋼花管引排，開挖前在掌子面打設3 孔30 m 超前探水孔引排斷層壓力水。

4.2 第二階段掌子面掘進處治措施

掌子面穩定后，對掌子面前方B0+883～B0+925段（長度范圍42 m），通過TGP 隧道超前地質預報進行分析（圖3）：該段圍巖為粉砂巖，隧道圍巖受多組構造面切割，巖體破碎，對突水涌泥處采取局部多循環帷幕注漿止水措施。 縱波波速先衰減后增加，橫波波速逐漸衰減，由此推測該段構造帶B0+893～B0+925 范圍內具有富集地下水的條件， 地下水發育為富水地段， 發生突水涌泥的風險較高，因此商定在該范圍內按Ⅴa 級圍巖支護類型施工，小進尺開挖掘進， 盡可能減小爆破對圍巖的擾動，同時增設探水孔及時做好防排水措施，確保先探水排水后掘進[4]。

圖3 TGP 綜合地質預報成果

（1）B0+883～B0+893 段 落 拱 墻 左 側60°右 側90°范圍采用Φ89 鋼管作為超前預支護， 超前支護長度10 m，環向間距0.4 m，縱向間距6.0 m，搭接長度4.0 m，施作3～4 根鋼花管即開始注漿，注漿采用水泥-水玻璃雙漿液， 根據現場情況局部加強超前小導管； 在超前鋼管的保護下逐榀按預留核心土環形方式開挖掘進，采用“微爆破，低振動，短進尺”等控制措施，減少對圍巖的擾動，中下臺階左右側錯開開挖，嚴禁拱腳懸空、浸泡水。襯砌采用Ⅴa 型襯砌形式，I22b 工字鋼架每榀間距50 cm，拱腳設40 cm×40 cm 鋼墊板，C25 噴射砼厚度28 cm， 雙層鋼筋網片，系統錨桿采用長4 m Φ42 注漿小導管，環形間距1 m， 縱向間距3 m，Φ25 連接鋼筋間距50 cm，鎖腳錨桿為4 根L=5.0 m Φ50×5.0 mm 鎖腳鋼管。

（2）隧道施工至B0+893 視初期支護出水情況采用局部范圍徑向注漿堵水達到限量排放的目的，后續施工每10 m 鉆設超前探孔、每20 m 進行一次TGP 地質雷達近距離超前地質探測，根據前方地質探測預報及超前探孔資料， 判斷是否需要施作斷面帷幕注漿，并加強變形監測，直至通過斷層破碎帶[5]。

（3）對九峰隧道進口B 線的拱頂下沉監測數據分析，B0+700 至掌子面段初支及圍巖整體仍處于緩慢變形狀態，未完全穩定，有待繼續監測，前段初支及圍巖已處于基本穩定狀態，可按施工工序進行二襯澆筑。 隧道掘進應盡可能減小施工對巖體的擾動，并控制好每一次掘進尺度，加強初期支護，保護監控量測點確保量測數據的連續可靠性(表1)，二襯澆筑及下臺階開挖及時跟進，確保隧道掘進安全有序。

表1 B 線進口隧道拱頂下沉9 月14 日監測成果

4.3 處治效果

通過上述兩個階段的處治，在后續的隧道掘進過程中嚴格按處治方案組織實施，安全順利通過了隧道涌水突泥段施工，并在監控量測監測數據穩定的情況下，完成了二次襯砌澆筑，且未發現隧道二襯開裂、滲漏水現象（圖4）。

5 遇不良地質突涌預防策略措施

5.1 加強地質預報和監控量測

針對九峰山節理裂隙密集帶較為復雜，九峰隧道在穿越復雜地質層時，若出現大降水，涌水突泥現象可能還會發生，為避免后續施工造成較大地質災害，要采取以疏排地下水為主，防排結合，必要時采用帷幕注漿止水。具體如下：（1）采用TGP 地質預報系統貫穿隧道施工全過程，超前鉆探綜合探明前方地質情況，地質預報結果遇復雜地質情況如斷層碎裂帶，項目部需做出處理方案，參建相關單位參與方案討論，最終得出處理措施[6]。 （2）對掌子面量測點進行加密布設，每2～5 m 增至1 個斷面，每個斷面7 個測點，監測頻率由每天1 次增至每天3次，當日量測監控數據當天進行整理和分析并反饋現場技術人員指導后續施工，為調整支護參數提供可靠依據。 （3）超前管棚支護：掌子面導坑采用局部斷面注漿， 設置Φ89 超前管棚支護， 局部加強采用Φ108 鋼花管，超前支護長度采用10 m 間距；鎖腳錨桿采用Φ50 鋼花管并增長錨桿長度，保證后期施工安全。

5.2 設置逃生通道加強組織管理

（1）掌子面至二襯段須設立專用逃生通道，并配備救生圈、救生衣等安全物資，確保險情發生時，施工人員能迅速撤離。 （2）加強班組安全信息化管理，做好作業班組手機APP 安全信息采集，施工過程中發現有突泥涌水先兆時，班組必須停止施工并立即組織人員、機械迅速撤離。 （3）每季度須對隧道洞內的作業人員進行險情撤離應急演練，使作業人員熟悉隧道內的安全設施和應急響應，確保發生突泥涌水狀況時，第一時間啟動警報系統，各工作面作業人員能按應急預案迅速安全撤出。

6 結語

隧道施工過程中涌水突泥的狀況較為普遍，九峰隧道出現的涌水突泥，提醒相關工作人員在后續施工必須隨時做好面對緊急狀況的準備。 本文基于九峰隧道涌水突泥的實際情況，詳細描述了突涌災害發后的相關處理，快速清理洞內突涌物，進行編織袋填砂反壓封堵架設工字鋼作臨時支撐及時恢復正常施工，采用大管棚超前支護，后續加密TGP超前地質雷達探測預報、監控量測點，以及針對涌水突泥處預防策略思考，施工中遇復雜地質做好應急預案演練及整治處理措施，確保施工安全。