公路隧道涌水塌方的处治技术

陈艳秋

身份证号： 23022219800708****

摘要：隧道施工过程中遇到的涌水塌方问题对隧道的工期和工程质量构成了严峻的挑战，准确分析涌水塌方原因是制定有效防治措施的前提。文章以某隧道涌水塌方的实际工程为依托,分析了涌水塌方的成因，提出了处治坍塌和涌水的综合处治技术,取得了良好的处理效果,确保了后期工程的顺利进行,对类似工程有借鉴意义。

关键词：公路隧道; 涌水塌方; 成因机制

前言：随着交通建设的飞速发展,隧道的修建越来越多。但隧道施工很可能会经过地质比较复杂的地段,导致塌方事故、涌水事故频发,严重影响隧道施工及运营安全,影响到社会民众的生命财产安全。由此可见，如何搞好隧道施工中涌水、塌方的处治,是摆在施工单位面前的重要课题。某隧道工程地质条件及水文地质条件复杂,施工过程中发生较大的涌水与塌方事故,文章就以此案例为依托，根据多年的工作实践经验，结合发生灾害处的地质，运用先进的勘查和分析方法对突泥、涌水塌方的形成进行分析，并从稳定掌子面、超前锚杆、超前管棚及加密钢架以及导排地下水几方面给出了处治技术，成功解决了该隧道的涌水塌方问题,收到了好的效果,对未来公路隧道施工塌方处治工作有所指导和借鉴意义。

1.工程概况

某隧道为高速公路一座上下行分离隧道。左幅起讫里程桩号为ZK55+ 211～ ZK56 + 085，长874m，最大埋深约105m; 右幅起讫里程桩号为 YK55+215 ～YK56 + 111，长896m，最大埋深119m。隧道施工采用传统的钻爆法，分台阶实施，支护系统采用复合式衬砌，二次衬砌整体浇注。隧址区属山脊地貌，路线整体上沿西东向山脊展布，总体上北高南低。隧道进口处紧靠山间冲沟地带，地面标高一般 880～920m，相对高差约 40m，自然边坡坡向约0～30，坡度5～20°，隧道出口处紧靠山间冲沟地带，地面标高一般 840～880m，相对高差约 40m，自然边坡坡向约110～130，坡度 10～30°。揭露(出露) 地层为第四系全新统残坡积( Q4el + dl)粉质黏土、碎石、块石，奥陶统湄潭组(01m)泥岩、泥灰岩、灰岩。出露岩层属向斜构造，层面产状为 81～295°，∠6～12°，进口处主要发育两组节理面: J1，245°∠85°; J2，350°∠80°；出口处主要发育两组节理面: J1，60°∠85°;J2，85°∠73°;均为闭合节理面。进出洞口节理较发育。

隧址区地表水分布于季节性冲沟; 地下水主要为第四系松散空隙水、岩溶孔隙裂隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水，大气降水是隧址区的地下水的主要补给来源，隧道钻孔均揭示有地下水，水位埋深约1.1～45.7m。隧址不良地质现象主要为岩溶。根据钻孔 CSK37 所揭示，发育溶洞，全充填碎石，洞径 1. 1m。根据地质调绘，YK56+000右67m 发育溶洞，洞口 1.5×1.5，常年流水，水量随季节性变化，调查期间，流量为0.5L / s，为高石坎附近居民用水。ZK56 + 030右45m发育溶洞，洞口5m×2m，深度5～6m，干洞。

2．涌水塌方成因分析

2.1涌水塌方情况

某隧道采用台阶法施工，2013年12月18日凌晨2点某隧道左洞掌子面桩号ZK55+986突然发生涌泥现象，涌泥布满隧道内，长约30. 6m，平均高度约5.4m。左洞发生涌泥大约2h后，右洞掌子面桩号为YK56+029 发生涌泥、塌方现象，涌泥布满隧道内长约10.8m，平均高度约3.4m。2013年12月21日左洞发生第二次涌泥，长约10.2m，平均高度约3.6m。由于涌泥、涌水塌方的发生，掌子面处的部分钢拱架出现损毁现象，喷射混凝土剥落严重。因此对涌泥段后方围岩段进行了围岩变更，ZK55 + 998－ZK55 +991桩号范围内围岩级别由原设计S－Ⅲa 型变更为Vc级，I8型工字钢，间距为1m。

2.2成因机制分析

根据涌水塌方的发生频率、突涌物成分结合超前地质预报情况分析，认为涌水塌方段溶腔是构造破碎带溶蚀引起的，溶腔内充填强度较高的破碎岩块及泥浆，左右洞涌泥、坍塌部位同属于一个破碎带，水系连通，破碎带与隧道轴线交角约 75°。由于破隧道溶腔以及丰富的地下水的存在，都为突泥涌水提供了必要条件，当隧道开挖到破碎带溶腔处，由于开挖卸荷作用及地下水的汇聚产生了巨大的静水压力，地下水由静态逐渐转为动态，冲刷裂隙、空隙，表现为已开挖段的淋水、股状涌水。地下水不断向已开挖空间涌出，带走松散的泥碎石等，使得岩块之间的空隙逐渐扩大成大小不等的空腔。随着继续开挖，掌子面的支撑力不足以抵抗巨大的静水压力和突涌物的冲击力时，就会造成突泥涌水塌方事故的发生。

3.数值模拟分析

为了进一步分析涌水塌方的成因机制，解释溶腔对隧道开挖的影响作用，采用FLAC数值软件模拟溶腔存在的条件下，隧道开挖过程中围岩受力变形情况。

3.1模型建立

为了分析简便，假设溶腔位于隧道上方，溶腔中存在泥水混合物，隧道跨度取11m，高8m，屈服准则采用摩尔—库伦准则，进行网格划分。

3.2结果分析

由数值模拟结果可以看出，当隧道掌子面距溶腔10m 时，围岩开始发生竖向变形，围岩应力开始增长，掌子面开挖到溶腔下方时，围岩变形和应力持续增大，说明溶腔存在的条件下，隧道开挖时围岩受到影响较大，如果不及时采取措施或者采取措施不当，很容易发生涌水塌方灾害。加强超前地质预报工作，探明掌子面前方的地质情况，及时采取超前支护措施是预防涌水塌方的重要措施。

4.处治技术

4.1稳定掌子面

为保证掌子面围岩稳定，采用10cm厚喷混对掌子面进行封闭，另外在掌子面附近架设临时钢架支撑，临时钢架可采用角撑支撑在稳定的围岩上或已完工的拱架上。地表采用砂浆封闭，对可见的渗水裂隙采用填补灌浆的方式进行封闭，尽量减少地下水的下渗。此外，在超前支护工作完成前，切不可盲目进行清渣工作，等做好稳定措施后，确保突泥涌水段稳定安全的前期下进行下一步开挖工作。

4.2超前锚杆

采用Φ76自进式锚杆施作超前支护，锚杆环向间距20cm，倾角约10～15°，锚杆从已施工完成的加强段落开始施作，端部桩号YK56+ 035，锚杆长度保证前段入岩长度不小于2m，锚杆钻进过程中对溶腔内泥土体进行注浆加固。

4.3超前管棚及加密钢架

由于考虑到本次突泥涌水量较大，溶腔影响范围较长，建议在通过溶腔破碎带段采用超前大管棚预注浆加固，大管棚可采用Φ108，壁厚10mm 无缝钢管，长度可根据溶腔长度确定为35m，横向间距为100cm，节段之间采用丝扣连接。施工时管棚以外插角1～2°打入围岩，钻进时应注意不能堵塞注浆孔，管棚施工完毕后，对溶腔破碎带段进行注浆加固。为保证开挖过程的稳定，变更设计中还加强了初期支护的强度，钢架采用I18型，间距减小为1m。

4.4导排地下水

随着掌子面的开挖，根据钻孔揭露的地质情况在仰拱开挖完成后在仰拱底部预埋Φ10cm 排水管，从而保证破碎带的水系不被破坏，引排地下水的过程中注意泵送混凝土回填空腔，保证施工过程掌子面及初期支护的稳定。

5.结语

结合某隧道的涌水塌方情况及隧道地质条件分析，得到大型溶腔破碎带的存在是导致发生突泥涌水的主要原因，隧道施工前应提前做好超前地质预报，从而尽早防范突泥涌水的发生。结合已发生的某隧道突泥涌水情况，提出了稳定掌子面，超前锚杆，超前管棚注浆，及加强初期支护的处置措施，结果可为类似地质条件下的隧道施工提供借鉴意义。

参考文献

[1]高保童,王琪.隧道涌水塌方成因机制分析及处治技术[J].公路交通科技(应用技术版),2015,11(11):190-192.

[2]葛宏亮. 地下水诱发的隧道灾害的处治技术研究[D].中国地质大学（北京）,2011.