黨 亮，葉隆長，趙 娜

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100022)

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和土地資源的稀缺，地下空間的開發(fā)逐漸受到了基礎(chǔ)建設(shè)者的重視。然而，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜，隧道建設(shè)所需的技術(shù)難度也較大，經(jīng)常發(fā)生突泥突水地質(zhì)災(zāi)害。在今后隧道突泥突水的研究中應(yīng)將重點放在施工生產(chǎn)管理能力和在隱患探測精度的提高上，充分認(rèn)識災(zāi)害發(fā)生的成因和機理，才能有效的預(yù)防災(zāi)害發(fā)生。

突泥突水災(zāi)害是由于應(yīng)力釋放引起軟弱破碎圍巖裂隙擴展導(dǎo)致地表水補給長期侵蝕或地下水突然進入造成，張梅、肖廣智[1]對張集鐵路舊堡隧道F3斷層帶突水突泥處治技術(shù)進行了研究，通過采用“泄水降壓、注漿加固、管棚支護、兩端夾擊”的治理原則和有效的施工方案，使隧道安全順利貫通。張會遠(yuǎn)、穆靜靜[2]研究了巖溶區(qū)大斷面隧道突泥突水的防治，提出隧道巖溶區(qū)巖溶管道、溶洞、斷層破碎帶等特殊地段施工控制技術(shù)。張民慶、孫國慶[3]提出了隧道工程突泥突水災(zāi)害處治技術(shù)，通過對8座規(guī)模較大的突泥突水隧道災(zāi)害案例分析，劃分出了突泥突水災(zāi)害類型，制定了災(zāi)害處治程序。莊旭峰、孫東[4]實例分析隧道建設(shè)對巖溶水的影響，以磨雄隧道和銀山隧道為例，借助大地電磁解譯和MIDAS-GTS程序計算，闡述巖溶地下水系統(tǒng)與隧道建設(shè)的不和諧關(guān)系。張民慶、汪綱領(lǐng)[5]提出了南廣鐵路白云隧道斷層突泥災(zāi)害治理技術(shù)。陳發(fā)達(dá)，周火鋒[6]對某軌道交通1號線雅蠻區(qū)間隧道巖溶突泥突水處治進行了對策分析。因此，該文針對西南山區(qū)高寒高海拔地區(qū)的大規(guī)模突泥突水災(zāi)害，提出了設(shè)計和施工兩階段的突水突泥災(zāi)害防治措施，通過深入分析與探討，尋找合理處治與預(yù)防方案。

1 工程背景

1.1 地質(zhì)、水文條件

某項目位于西南山區(qū)，工程地處高寒高海拔地區(qū)的鮮水河斷裂帶、龍門山斷裂帶和川滇南北斷裂帶交匯處附近，工程地質(zhì)復(fù)雜多變，水資源豐富，地表水補給迅速。

1.2 突泥突水致災(zāi)的機理分析

在西南高寒高海拔山區(qū)冬長夏短，地表水補給豐富，水資源過多時容易造成突泥突水災(zāi)害；由于地質(zhì)復(fù)雜多變，碳酸鹽(白云巖和變質(zhì)巖)巖區(qū)是常容易出現(xiàn)突泥突水的地方，特別是地表水補給迅速富水地區(qū)、圍巖裂縫較多或破碎地區(qū)、含承壓水層地區(qū)。

通過隧道實際施工，發(fā)現(xiàn)斷層及隱伏斷層和斷層影響破碎帶中地表水補給的溝槽地段，尤其是活斷層地段是發(fā)生災(zāi)害的關(guān)鍵部位。在地質(zhì)構(gòu)造及土力學(xué)作用、挖掘擾動和損傷、水巖相互作用等情況下，突泥突水是施工過程中地下水環(huán)境演化的主要結(jié)果。

某隧道突泥段埋深約300 m，可能存在水平方向地應(yīng)力的影響，且處于富水?dāng)鄬佑绊懫扑閹?，這幾大不利因素的疊合是促成突泥突水成因的地質(zhì)條件。

2 突泥突水的災(zāi)害防治措施研究

2.1 設(shè)計階段風(fēng)險的識別、評估與控制

在設(shè)計階段做好風(fēng)險評估、控制與避讓或?qū)ｍ椩O(shè)計，在地勘階段應(yīng)采用多種手段，盡可能查明地質(zhì)、水文狀況(降雨量、涌水量等)，劃分隧道的風(fēng)險等級，制定技術(shù)措施；對存在風(fēng)險的隧道進行超前預(yù)報、超前預(yù)支護以及超前鉆孔的專項設(shè)計，并納入工序管理。

2.2 施工階段的預(yù)報與工藝控制

施工過程中施工人員需對揭露的地質(zhì)狀況以及水量情況與設(shè)計作對比，即時提出變化情況做為動態(tài)設(shè)計；對于識別到的斷層巖溶空洞等異常情況及時進行專家論證和風(fēng)險評估，制定專項方案等；做好超前鉆孔的布設(shè)與施工，及時排除隧道內(nèi)的承壓水或滯水，做好炮孔的專項設(shè)計。

2.2.1 災(zāi)害超前勘探與預(yù)報

1)超前地質(zhì)鉆探的指導(dǎo)作用

突泥突水常發(fā)生于開挖和清淤兩個過程，超前地質(zhì)鉆探可以在開挖之前提前直觀的判斷前方圍巖的地質(zhì)情況，同時在富水地區(qū)，適當(dāng)?shù)牡刭|(zhì)鉆孔可以達(dá)到排水的作用，有利于承壓水和滯水層的泄壓和排出；一般超前地質(zhì)鉆孔水平深度可達(dá)到80～150 m，根據(jù)鉆機型號和圍巖情況，一般鉆進速率約12～15 m/h，沿掌子面平面方向布置三至五個鉆孔可基本探明掌子面前方圍巖狀況。

2)電磁波超前地質(zhì)預(yù)報

采用地質(zhì)雷達(dá)長短結(jié)合的方法，形成地質(zhì)素描圖進行預(yù)報，此種預(yù)報方法受儀器的先進性、預(yù)報人員的經(jīng)驗制約，往往只能在短距離預(yù)報較為準(zhǔn)確，一般預(yù)測距離約為20～40 m，但不能對隧道的超前排水施工起輔助作用。

因此，加強地質(zhì)超前預(yù)報和勘探工作，能及時發(fā)現(xiàn)隧道掘進前方不良地質(zhì)，如空洞、富水、斷層、破碎帶等，做好地質(zhì)預(yù)報工作也能及時發(fā)現(xiàn)險情，可提前增加施工措施和減少人員傷亡和降低資源損失。

2.2.2 突泥突水的災(zāi)害搶險程序

在發(fā)生突泥突水險情后，必須在確保安全的情況下將人員設(shè)備等撤離，并組織相關(guān)專家對隧道進行安全風(fēng)險評估，結(jié)合隧道特點制定切實安全可行的突泥突水處治方案。在緊急情況下?lián)岆U救災(zāi)非常重要，但清淤和救援的目的是在防止次生和二次災(zāi)害的基礎(chǔ)上安全救災(zāi)，必須對突泥淤積的安全性進行評估，并采取相應(yīng)措施救災(zāi)。

1)加固與排水先行

在突泥突水發(fā)生后，由于隧道潰口上方情況不明，加之受地下水影響較大，突泥體流速較快，還可能發(fā)生再次突泥，從正面直接處治潰口危險性較大，先對潰口裸露巖土體進行加固處理，同時增加泄水通道。

2)清擋結(jié)合、合理清淤

采取拉渣或土袋及噴砼回填土等方式進行封閉，回填縱向長度3 m左右，以保證潰口注漿的效果；同時回填處應(yīng)設(shè)置足夠數(shù)量的排水管，保證潰口及塌腔內(nèi)不積水，并預(yù)埋一定數(shù)量的注漿管，在右洞反向加固潰口的效果不理想時進行補充注漿。

突泥突水發(fā)生后，清淤工作困難而又危險，很可能在清淤過程中發(fā)生二次突泥事故，所以在清淤過程中應(yīng)采用小斷面，并設(shè)置觀測標(biāo)識，隨時做好撤離。待清淤達(dá)到處治部位時設(shè)置止?jié){墻，清淤至一定距離后做好安全評價后在適當(dāng)位置做好封擋，為后續(xù)處治做好準(zhǔn)備工作。

2.2.3 突水突泥過程及應(yīng)急處理

1) 水的處理

某隧道屬反坡施工，均采取分級排水措施。在突泥治理過程中根據(jù)地層條件，采取鉆孔排水降壓法。

在處治過程中采用超前鉆孔排水使?jié)⒖诩巴荒嗟炔环€(wěn)定體內(nèi)滯水排出，使得處治時注漿質(zhì)量更容易保證，同時也起到排除隧道開挖過程中承壓水的風(fēng)險。對反壓回填體打孔并埋設(shè)打孔波紋管，波紋管需做好防堵塞措施,做好積水坑及時抽排；在適當(dāng)位置向塌腔內(nèi)打泄水孔，保證塌腔內(nèi)不集水。一般泄水區(qū)域為縱向范圍潰口左右各10 m外，鉆孔直徑為10～15 cm。分左右洞施工時，在地質(zhì)條件復(fù)雜、難以在突泥潰口處鉆設(shè)泄水孔時可利用雙導(dǎo)坑優(yōu)勢從另外一洞橫向鉆孔泄水，設(shè)置為向洞頂不少于3%的坡度以利于排水，具體如圖1和圖2所示。

2) 突泥潰口加固

對于潰口掌子面適當(dāng)位置采取止?jié){墻封堵，并預(yù)留泄水孔和注漿孔。一般采用100 cm厚C30混凝土止?jié){墻，鋼筋網(wǎng)采用φ12@20 cm雙層；對掌子面注漿加固，漿液水灰比1∶1，如圖3所示。

3) 超前預(yù)支護

(1)可施做旋噴加固工作室、旋噴加固：在隧道縱向靠近掌子面潰口約8 m范圍內(nèi)擴挖工作室，在隧道拱部180°范圍內(nèi)向突泥體內(nèi)施工φ600超前水平旋噴樁，環(huán)向間距40 cm,旋噴樁咬合不小于20 cm。此種方案適應(yīng)于圍巖破碎且突泥段含水較大時。

(2)在隧道縱向靠近掌子面潰口約6 m范圍內(nèi)采用鋼架作為套拱，在隧道拱部180°范圍內(nèi)向突泥體內(nèi)施工φ108超前大管棚，環(huán)向間距30 cm，開挖時采用雙層超前小導(dǎo)管對突泥段進行超前支護。

4)處治措施

(1)正面處治

①在超前預(yù)支護完成后開挖反壓回填體及下臺階：采用中壁法(Center Diaphragm)開挖。在開挖突泥段時，埋設(shè)3根φ108鋼花管至塌腔作為泵管，對拱頂空洞泵送C20混凝土；對泵送混凝土以上空洞進行吹砂填充,泵孔孔徑為108 mm，開孔孔徑150 mm，采用φ25固定鋼筋與孔口管、工字鋼焊接,焊縫長度不小于5d?；靥铐鸥叨葹樾龂姌痘蚬芘镆陨? m。應(yīng)注意分次回填，避免一次加荷載較大破壞既有初期支護，并保持排氣管暢通，兼做排水管使用。埋設(shè)2根φ108鋼花管作為預(yù)留泵管。加密環(huán)向排水管間距至2m/道，環(huán)向排水管直接引入排水溝，保證塌腔不集水。

②結(jié)合現(xiàn)場施工情況和超前地質(zhì)預(yù)報調(diào)整支護參數(shù)，加厚二襯襯砌和配筋率。

(2)迂回加固處治

由于隧道為雙線同時施工，左洞超前右洞突泥地點約65 m，左右洞凈距25 m，可采用迂回反向加固處治突泥?？稍趪鷰r相對較好段落從左洞施做車行橫洞兼做施工橫通道，進入右洞，在右洞形成兩個新的工作面，其中往進口方向作為新的主洞正常施工掌子面，往出口方向掌子面施工反向加固處治突泥潰口，具體加固方案見圖4。

①采用反壓回填對突泥的涌出口進行封堵?；靥铙w頂寬3.0 m，坡面1∶1。為提高坡面的穩(wěn)定向，坡面采用袋裝土回填。

②施工橫洞進入右洞后，正向朝進口方向可開辟新工作面正常施工。反向朝出口突泥段施工右洞，處治突泥。反向上臺階施工至一定長度后施工大管棚工作室，向出口方向在拱部180°范圍施工36 m長φ108大管棚，在大管棚中間增加鋼筋籠以增加剛度，大管棚環(huán)向間距30 cm，對突泥頂部進行初步注漿加固。同時，大管棚間穿插設(shè)置超前小導(dǎo)管作為超前支護。

3 結(jié) 論

突泥突水的發(fā)生必然會造成財產(chǎn)的損失和工期的延誤，甚至還可能造成人員傷亡，因此在隧道施工中安全是首要責(zé)任，采取合理的超前預(yù)報和鉆孔措施，做好風(fēng)險評估是施工前的必備工作。通過二階段的突泥突水的防范措施研究得出如下結(jié)論：

a.在設(shè)計階段加強設(shè)計風(fēng)險的識別、評估與控制，在地勘階段應(yīng)采用多種手段，盡可能查明地質(zhì)、水文狀況(降雨量、涌水量等)，劃分隧道的風(fēng)險等級，制定技術(shù)措施；對存在風(fēng)險的隧道進行超前預(yù)報、超前預(yù)支護以及超前鉆孔的專項設(shè)計，并納入工序管理。

b.在施工階段加強施工階段的預(yù)報與工藝控制，在施工過程中施工人員需對揭露的地質(zhì)狀況以及水量情況與設(shè)計作對比，即時提出變化情況做出動態(tài)設(shè)計；對于識別到的斷層巖溶空洞等異常情況及時進行專家論證和風(fēng)險評估，制定專項方案等；做好超前鉆孔的布設(shè)與施工，及時排除隧道內(nèi)的承壓水或滯水，做好炮孔的專項設(shè)計。

c.雖然從兩個階段采取合理的方式進行預(yù)防能給隧道施工提供一定的預(yù)判和指導(dǎo)，但解決突泥突水的根本途徑還是要提高生產(chǎn)管理能力和確保技術(shù)措施的實施，確保各項工作落到實處，避免和減少突泥突水災(zāi)害的發(fā)生。