隧道富水軟巖破碎區域突涌體開挖施工技術研究

齊加晏

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

隧道修建過程中經常穿越一些地質條件復雜區域，圍巖變形嚴重、擠壓揉皺發育，完整性極差，巖體破碎，圍巖穩定性差[1-2]，發生突泥突水的風險極高，現有工程項目中突泥突水現象時有發生，給現場施工帶來了極大的困難和挑戰[3-6]。目前對突泥突水現象進行處理的措施中，主要對可能發生突涌現象的區域進行預防，預防方法大多采用對掌子面圍巖進行預加固的處理方式[7-10]，但是這種方法也不能很好地解決突涌問題。實際工程施工過程中由于地質條件的復雜性、地質預報的偏差及設計的局限性，突泥突水事件一旦發生，突涌體將充滿掌子面后方幾十米至幾百米不等[11-14]。目前對于突涌體并沒有較好的處理方法，現場技術人員通過科技創新與研究，對隧道富水軟巖破碎區域突涌體開挖施工采用先固結后開挖的思路，首先施作止漿墻并對突涌體進行注漿加固，待突涌體穩定后再進行開挖作業，形成單線鐵路隧道富水軟巖破碎帶突水突泥施工工法，有效地保證了施工安全，加快了施工進度。本文對該工法進行介紹。

1 工程概況

麗香鐵路為國鐵I級單線鐵路，時速140km，全長139.7km。位于云南省西北部，南起大麗鐵路麗江車站，向北跨越金沙江，經小中甸至香格里拉。全線新建隧道共20座，總長92.5km，隧線比高達68%。其中花椒坡隧道突涌段位于花椒坡2#斷層內，斷層長度135m，該斷層呈東西走向，斷層破碎帶寬40～80m。地表交于線路DK78+934附近處，交角為40°，斷層角礫系板巖、灰巖受擠壓破碎而成，多呈角礫狀或碎塊狀，巖質軟硬不均，呈褐黃色。沿斷層破碎帶有泉點分布。受斷層影響，板巖變形嚴重、擠壓揉皺發育，完整性極差，巖體破碎，圍巖穩定性差。隧道施工中DK78+933處發生突泥突水，突涌點位于花椒坡2#斷層內核心地段，突涌發生時單元連接板處拱架出現扭曲，鋼架接頭部位崩開錯位嚴重，鋼架內折變形明顯，大量水與泥砂混合物以約80～166L/s速度涌出，掌子面突泥突水導致后方約340m淤積，淤泥呈深灰色炭質板巖碎片狀,大多為斷層泥，經現場測量，淤泥約6000m3。麗香鐵路是滇藏鐵路的一部分，線路的建成將有效改善西南地區與西藏的聯絡交通，并進一步促進泛亞鐵路整合，進而成為推動國內制造業大發展的一個發動機，強有力支撐內循環經濟發展。

2 施工工藝原理及流程

清理洞內淤泥至二襯端頭，在前方斜坡面采用塊石碼砌密實，在二襯端頭初支拱墻和仰拱填充面植入鋼筋，鋼筋植入后立模進行止漿墻的澆筑，止漿墻可把處于不穩定狀態的突涌體封堵，保證后方施工的安全，同時在止漿墻上預留注漿孔和排水孔，通過注漿孔對后方突涌體進行加固及封堵，確保突涌體穩定的同時可改變后方滲水的流向，使后方滲水從預留的排水孔排出，待突涌體穩定后拆除止漿墻，進行突涌體的開挖。工藝流程見圖1。

圖1 隧道軟巖破碎帶突水突泥施工工藝流程圖

3 施工關鍵技術

3.1 清理二襯端頭淤泥

突涌體從突涌點突出后，沿著隧道開挖面突出，導致后方約340m淤積，淤泥呈深灰色炭質板巖碎片狀,大多為斷層泥，經現場測量，淤泥約6000m3。在進行突涌體施工前應先對已施作二襯區域進行清理，清理至二襯端頭前2m，在前方斜坡面采用塊石碼砌密實，對后方突涌體進行反壓，確保突涌體的穩定。

3.2 止漿墻施作

由圖2可知，在二襯端頭2m范圍內初支拱墻和仰拱填充面植入鋼筋，鋼筋長度80cm（植入50cm，露出30cm），間距按照30cm×30cm梅花形布置，植筋完成后開始立模，施作2m厚的C20混凝土止漿墻，止漿墻預埋兩排（不少于8個，上方3個，下方5個）泄水管，管徑不小于100mm。

圖2 止漿墻施工圖

3.3 注漿

止漿墻上按照1.0m×1.0m間距施作Φ108超前水平注漿管（共計32根），注漿管長度40m，前段30m設置溢漿孔，尾段10m不設置溢漿孔；注漿管溢漿孔直徑10mm，按照20cm×20cm間距梅花形布置，注漿管前端加工成錐形，便于導向及推進，防止大量淤泥進入管內。超前注漿按擴散半徑1.5m考慮，注漿采用純水泥漿，水灰比0.4～0.5，注漿壓力2MPa，注漿量按每根注漿管10.6m3控制（漿液擴散直徑1.5m，孔隙率20%，注漿長度前端30m）。注漿順序：采取先外后內、由上至下、間隔跳孔的施工方式進行。單孔注漿結束標準：單孔每注漿段在最大設計（根據現場注漿實驗效果確定）注漿壓力下進行注漿，注入率不大于20L/min；全段注漿結束標準：所有注漿孔均已符合單孔結束條件，無漏注現象；檢查孔突水量小于0.2L/（m·min）；檢查孔無塌孔、流水現象，孔內攝像檢查注漿漿液充填飽滿。現場注漿施工見圖3。

圖3 止漿墻注漿施工

3.4 止漿墻拆除

從拱頂往下將止漿墻上方部位拆除，止漿墻下部預留3m暫不拆除。在止漿墻靠二襯臨空側采用透水性良好、遇水不軟化的硬質石材拉渣反壓回填，反壓體與剩余止漿墻齊平，坡度為1∶5～1∶10，表面噴10cm厚C25混凝土封閉。剩余止漿墻前方淤泥體拋石擠淤，提供上臺階堅實穩定作業平臺。

3.5 突涌體開挖

如圖4所示，逐榀開挖DK78+904～DK78+918段淤泥體，逐段邊墻增設Ф42徑向注漿管注漿加固（隧道每延米12根），注漿管長度4.5m，間距1.0m×1.0m，呈梅花形布置，注漿水灰比0.5，注漿壓力0.5～1.0MPa。

圖4 突涌體開挖

3.6 大管棚施工

對DK78+918～DK78+933段淤泥體逐榀開挖時，拱墻設置I25b型鋼鋼架加強支護，間距0.6m/榀；拱墻采用外徑42mm的徑向注漿管注漿加固（隧道每延米12根）。如圖5所示，在DK78+918處打設一環外徑108mm的大管棚，長20m，針對突涌段落及現場勘查情況，于DK78+933處再打設一環外徑108mm的大管棚，長20m，環向間距0.4m，共23根。由于淤泥體難以成孔，大管棚采用跟管施工，大管棚位于初支鋼架外側，角度5～10°向上，注純水泥漿，注漿壓力0.5～1.0MPa，水灰比0.5∶1。施工至大管棚剩余5m處施作超前小導管。同時D1K78+933～D1K78+953段邊墻增設外徑42mm的徑向注漿管注漿加固（隧道每延米12根），注漿管長度4.5m，間距1.0m×1.0m，呈梅花形布置，水灰比0.5，注漿壓力0.5～1.0MPa。

圖5 管棚施工

4 施工注意事項

清理已施作二襯部位突涌體時，注意隨時監測后方突涌體的穩定情況，一旦發現有局部失穩情況立即采取應急措施，所有人員撤離。由于未施作二襯區域突涌體失穩危險性較大，清理至二襯端頭前2m時，防止突涌體下滑造成安全事故，因此必須先在前方斜坡面采用塊石碼砌密實，進行初步防護，進而進行止漿墻的施工，最后注漿穩固突涌體，施工中一定要嚴格按照施工步驟開展工作，如此即可確保突涌體開挖安全性。

5 施工效益分析

在西部山區隧道修建過程中，地質條件復雜多變，多條隧道出現突水突泥的情況，特別是突涌后突涌體的處理十分困難，一旦處理不當將會帶來巨大的經濟損失和人員傷亡，采用單線鐵路隧道富水軟巖破碎帶突水突泥施工技術后，與傳統邊開挖邊支護的方式相比，只需要將止漿墻做好，然后進行注漿固結，突涌體穩定后即可進行開挖，不用擔心突涌體失穩發生危險。施工時直接用挖機進行開挖，可大大提高施工進度，縮短了施工工期，在施工中直接節約工期30d，同時可節約施工成本，僅材料成本、人工、機械費用可節約100萬元。由于附近標段隧道也有同類突涌發生，采用該技術后都取得較好的處理效果，得到業主、監理及同行業一致好評，多次接待相關單位及人員參觀，擴大了社會影響力，樹立了良好的企業形象，為下一步申報“優質工程”打下基礎。

6 結束語

隧道修建過程中經常穿越一些地質條件復雜區域，特別是在富水軟巖區域發生突泥突水的風險極高，本文通過采用塊石碼砌密實、澆筑止漿墻、注漿固結等一系列措施，安全高效地完成突涌段施工，得出如下結論：

（1）針對突涌體的不穩定性，該工法施工中采用先固結穩定后開挖的思路進行施工，即通過修建止漿墻預防突涌體突出，同時在止漿墻上預留注漿孔對突涌體進行注漿固結，保證了突涌體的穩定，也確保了施工的安全。

（2）針對突涌體的處理采取先防后挖的處理方式，在止漿墻上留有注漿孔和泄水孔，采用上堵下排的施工方法，既能穩固突涌體，又能有效排出后方滲水，此方法能夠有效對突涌體進行清除，節約了施工成本，保障了施工進度。