黃土隧道突水涌泥處理施工技術

陳志強，岳 華

(1.金華職業技術學院 建筑工程學院，浙江 金華 321000;2.中鐵十六局集團 第四工程有限公司，北京 100010)

近年來，由于國家加大中西部地區基礎建設投資，在西北地區黃土高原修建高速公路隧道，碰到的首要難題是黃土隧道突水涌泥問題。我國在隧道塌方處治方面已經積累了豐富的工程經驗，但在濕陷性黃土施工中遇到突水涌泥處理尚缺乏較有效的經驗積累。本文從甘泉黃土隧道突水涌泥處理的過程入手，介紹了黃土隧道突水涌泥的處理工藝，包括原因分析、處理方案及處理后的開挖、支護、二次襯砌施工和施工中的安全質量保證措施，并對黃土隧道的突水涌泥處治施工方法進行了探討和總結。

1 工程概況

甘泉隧道位于甘肅天水市麥積區甘泉鎮境內，是寶天高速公路唯一的一座黃土隧道。上行線全長1 775 m，下行線全長1 710 m，線路平面位置設在半徑為1 200 m及650 m的曲線上，洞內縱坡2.4%，采用三心圓曲墻復合式襯砌，最大開挖跨度12.860 m，高度10.482 m，最大開挖面積110.07 m3。隧道穿越 Q3黃土，厚度隨地形起伏變化，山體頂部至洞頂最厚達110 m，隧道洞身為強～弱風化泥巖，巖體呈土夾砂狀，局部砂層含地下水豐富。進出口圍巖以VI級為主，洞身圍巖以V級(濕陷性黃土)為主。

2 突水涌泥原因分析

該隧道在施工過程中小型突水涌泥時有發生，但是2007年2月1日晚23∶05洞內突暴泥水尤為嚴重，突水涌泥距離長達222.5 m，洞內的大量小型機具及材料被掩埋，襯砌臺車被沖至50 m以外。與突水涌泥段落相對應的地表塌陷長15 m，寬12 m，深15 m左右的陷坑。突水涌泥有以下兩個因素:

1)本段施工中出水量較大，日最大流量達520 m3，水對土體的作用，加劇了初期支護的變形收斂，在水的強化作用下導致突水涌泥現象發生。

2)圍巖的整體性差，土質不均勻，圍巖中局部含有砂層，使初期支護承壓過大，收斂變形嚴重，導致坍塌。

3 突水涌泥處理方案

3.1 洞內的施工

1)清理淤泥。待塌方體穩定后進行淤泥清理，避免擾動塌體，24 h不間斷觀測塌體涌泥狀態，做好應急預案。由上至下分層分段清理使之形成緩坡道后，采取澆筑全斷面混凝土臨時仰拱支撐，厚度40 cm，然后對涌泥前沿進行回填反壓，形成支撐體。

2)對洞內松散體的處理。首先對掌子面拱頂以下2 m范圍內采用大管棚進行注漿固結，管棚按照0.55 m×0.55 m梅花形布置，大管棚的長度及根數為:φ89 mm，L=15 m，12 根;φ89 mm，L=12.5 m，10根;φ50 mm，L=6.0 m，16根。采用水泥水玻璃雙液注漿，水泥與水玻璃漿液體積比為1∶1，水泥漿水灰比為 1.5∶1 ～0.6∶1。注漿固結見圖 1。

圖1 拱頂下2 m范圍加固(單位:m)

3)左側壁及上部導坑先開挖出工作面，大管棚超前注漿固結松散坍塌體，左側壁導坑的施工如圖2。導坑側壁先采用8根φ50 mm超前管棚進行固結，之后安裝I20工字鋼，掛網噴射混凝土。工字鋼間距為0.5～0.8 m，網片為 φ8 mm，網眼尺寸為 0.20 m×0.20 m，混凝土為 C20，厚30 cm。

圖2 左側壁導坑斷面示意

上部導坑(位置如圖3)開挖的側壁及拱部采用噴厚40 cm C20素混凝土進行支護，形成工作面后打入長15～20 m φ89 mm的超前管棚20根對塌方體進行固結。

圖3 上部導坑斷面示意

4)導坑開挖范圍內不能在注漿后開始擴挖導坑，邊擴挖邊采用大管棚超前注漿加固，待塌方體固結后逐段清理土體及掩埋物，然后再超前注漿固結前段的塌方體，再向前掘進。注漿固結見圖4。

圖4 下一步固結開挖(單位:m)

5)開挖。開挖前先打入2～4根φ89 mm的大管棚超前探水。采用雙側壁法施工，以人工開挖為主，預留大核心土，為加強核心土的自穩能力，對核心土進行小導管注漿固結，小導管采用4～6 m長，從側壁導坑斜向打入核心土，并對其外露部分掛網噴錨。每環進尺0.5 m，保證施工安全。在開挖中遇有出水集中地段設置φ42 mm×4 mm長4.5 m徑向小導管注水泥與水玻璃混合雙液漿進行止水，并設引排水管泄水。在開挖過程中左右側壁導坑縱向前后錯開3.0 m，每循環進尺5～10 m后挖除外部核心土，進行下循環施工作業。

6)超前支護。自塌體前沿位置開始每隔10～15 m在拱部沿開挖輪廓線施作一環大管棚，大管棚采用φ89 mm熱軋無縫鋼管制作，環向間距40 cm，上仰角3°～5°，搭接長度3 m，大管棚內增加3根 φ12 mm的螺紋加強鋼筋，呈三角形布置，通過管棚注1∶1水泥漿固結土體，管體用砂漿填滿;管棚間采用管徑φ42 mm×4 mm注漿小導管超前支護，小導管長3～4 m，環向間距20 cm，外插角30°～60°，注水泥與水玻璃混合雙液漿。為加強超前管棚的穩定性將第一環尾部與二次襯砌預留鋼筋焊接牢固。若開挖過程發現有涌水，在涌水部位增設超前管棚進行引水。

7)初期支護。初期支護先掛設 φ6 mm，20 cm×20 cm一層鋼筋網片，噴射10 cm厚的C20混凝土封閉圍巖，再采用間距為50 cm的I20a工字鋼支撐，局部出水大的地方將工字鋼間距調整為40 cm，兩榀工字鋼用環向間距50 cm的φ22 mm螺紋鋼筋進行連接，連接筋采用內側焊接。拱腳1 m范圍開挖寬度擴大25 cm，在拱墻結合部采用 L=3 m，φ42 mm×4 mm鎖腳注漿小導管，每榀工字鋼一個鋼拱腳處設置4根。采用厚60 cm C25模筑混凝土形成強支護。跳槽施作仰拱混凝土，支護形式同拱墻部。

8)二次襯砌。二次襯砌采用厚60 cm的C25模筑鋼筋混凝土，配筋采用φ25 mm雙層鋼筋網，縱向間距30 cm，環向間距20 cm，二次襯砌與掌子面距離盡量控制在25 m之內。

9)排水設施。每5 m設一道環向排水管，將環向排水管與洞內排水溝及縱向排水管連通。在出水密集部位對環向排水管加密，每1～2 m設置一道。

3.2 洞外地表處理

1)地表處理

采用人工配合挖掘機對地表陷穴進行分層回填，逐層夯實，臨近地表1 m處先鋪設一層防水土工布，再采用一層厚度30 cm的3∶7灰土封閉夯填。

2)地表綠化

地表刷坡完成后，待后期沉降穩定后對地表進行綠化防護。

3)地表沉降觀測

在地表刷坡完成后，沿縱斷面每級臺階設置沉降觀測斷面，以加強對地表的位移沉降觀測。

4 質量安全措施

4.1 質量保證措施

1)預留大核心土，順線路方向核心土長≥5 m，以保證圍巖的整體穩定性。

2)開挖時遵循“短進尺、強支護、早襯砌、勤量測”的原則，每一循環只掘進0.5 m，掘進完成后，立刻進行支護襯砌，縮短圍巖的暴露時間。

3)仰拱與掌子面的距離盡量縮短，滿足施工需要，及早形成封閉。

4)加強已完襯砌的量測工作，每天對拱頂作沉降觀測，及時做好記錄與分析。

4.2 安全保證措施

1)洞頂刷坡回填施工時設專人指揮機械。

2)派責任心強、有經驗的專職安全員檢查洞內安全。

3)做好圍巖量測工作，及時將量測信息進行處理、分析，用于安全管理。

4)準備足量的沙袋，若再次出現涌水、涌泥作為應急使用。

5 結語

甘泉隧道突水涌泥施工方案和開挖方法選擇得比較合理，施工能夠順利進行，從本次突水涌泥過程中可以總結出以下幾點僅供參考。

1)施工中要遵循先固結后開挖穩扎穩打逐步推進的處理原則。

2)處理過程中要遵循排水、堵水及防水三結合的原則。

3)軟弱圍巖及不良地質段落施工時盡可能地縮小各工序的步距，做到初期支護及時成環，二次襯砌緊跟掌子面。

4)在施工過程中采取的方法和技術應該隨地質條件的變化而改變，應根據地質情況對開挖方法和支護參數及時做出調整。

5)對一些關鍵工藝要嚴格把關，落實到位。如注漿固結工藝首先要多次試驗找到合適的配比參數，其次要調整好雙液壓漿機的流速閥，保證按照配比進行注漿，最后還要保證壓漿飽滿。

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