隧洞區(qū)域斷層帶洞內(nèi)泥石流處理技術(shù)

沈家文，王明聰，付永春

(云南建工水利水電建設(shè)有限公司，昆明 650041)

隧洞區(qū)域斷層帶洞內(nèi)泥石流處理技術(shù)

沈家文，王明聰，付永春

(云南建工水利水電建設(shè)有限公司，昆明 650041)

隧洞區(qū)域斷層帶發(fā)生泥石流是洞控過程中難以處理的技術(shù)難題。本文結(jié)合工程實(shí)例，系統(tǒng)介紹了不同泥石流的處理方法，對一些措施的可行性進(jìn)行了探討。

斷層;泥石流;洞控;超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

其工程隧洞支洞上游從樁號18+427開始進(jìn)入兔耳關(guān)斷層(F11)。根據(jù)勘察報(bào)告，此斷層出露寬度50m，斷層破碎松散，由泥類碎石及少量孤石組成，隧洞埋深200～220m，地下水位高于隧洞約80～100m，地下水豐富。施工過程中先后發(fā)生3次較大的地下泥石流。

1 第一次泥石流情況及處理措施

1.1 泥石流情況描述

2012年5月2日22 ∶30發(fā)生塌方，空腔高度達(dá)7m，5月4日掌子面發(fā)生滲水、涌砂、涌泥，涌出長度55m左右，平均厚度1.5m，方量約470m3。

1.2 處理措施

a.強(qiáng)支護(hù)鋼支撐間距0.5m，連接筋采用φ22，其余參數(shù)按照原Ⅴ類圍巖加強(qiáng)支護(hù)方案執(zhí)行。

b.采用砂袋封堵掌子面，防止頂部掏空，采用砂袋把涌出的砂進(jìn)行封堵及上層壓穩(wěn)。

c.預(yù)埋φ114排水管對滲水進(jìn)行集中引排。

d.掌子面采用φ127～φ89雙層大管棚超前支護(hù)，環(huán)向間距0.4m，L=20m，鉆孔過程中由于塌孔較嚴(yán)重，管內(nèi)灌注砂漿(水泥∶砂=1∶1.5)或純水泥漿進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿后繼續(xù)造孔至設(shè)計(jì)深度。局部滲水較大的地方，采用雙液灌漿。

2 第二次泥石流情況及處理措施

2.1 泥石流情況描述

2012年6月23日19 ∶10，在第一次塌方處理完畢后打開掌子面，突然發(fā)生泥石流。發(fā)生泥石流時(shí)，操作人員正在進(jìn)行鋼支撐支護(hù)，由于監(jiān)控措施到位，發(fā)現(xiàn)泥石流涌出時(shí)，施工人員已及時(shí)撤離工作面。20∶30，泥石流已流至支洞平段及支洞下游段，約5040m3。泥石流伴隨著大量水(560 m3/h)將支洞段淹沒，深度約1.7m，洞內(nèi)設(shè)備全部被掩埋，集水井內(nèi)水泵因泥石流淤積無法工作，洞內(nèi)積水迅速上升。泥石流成分為顆粒狀泥巖、頁巖、灰?guī)r和泥狀膠結(jié)體，10mm以下細(xì)顆粒含量78%。

2.2 處理措施

a.增加抽水設(shè)備及時(shí)降水。

b.降水至可操作時(shí)，做清理試驗(yàn)，若不流動則清除泥石至掌子面;若泥石流動，就采用砂袋封堵工作面，噴射30cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉。鉆孔插入L=10.0m、φ114灌漿花管(采用焊管制作，數(shù)量經(jīng)現(xiàn)場試驗(yàn)確定)，對封堵工作面全斷面灌注純水泥漿進(jìn)行固結(jié)灌漿，局部滲水較大的地方，采用雙液灌漿。灌漿結(jié)束后開挖5.00m，再次鉆孔埋設(shè)灌漿管進(jìn)行下次循環(huán)固結(jié)灌漿，直至清除泥石至掌子面。

c.對掌子面泥石流空腔進(jìn)行灌注砂漿(局部注純水泥漿)回填。頂部大角度布設(shè)φ114管棚。掌子面后采用Ⅴ類圍巖加強(qiáng)開挖支護(hù)(頂部超前管棚采用φ50，L=4.5m，間距20～30cm。鋼拱架間距0.5～1.2m，加強(qiáng)筋采用 φ22，間距40cm，8根 φ50、L=4.5m 管棚鎖腳，全斷面掛網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm，噴射C20混凝土進(jìn)行回填)。

3 第三次泥石流情況及處理措施

3.1 泥石流狀況描述

2012年8月10日，在清理泥石流距掌子面18m處，準(zhǔn)備封堵灌漿時(shí)再次發(fā)生地下泥石流，并伴隨著較大的坍塌聲。至12∶40，泥石流涌至斜井三岔口，由于泥沙涌入集水井，導(dǎo)致洞內(nèi)抽排水系統(tǒng)癱瘓。與此同時(shí)，地表面出現(xiàn)一個(gè)直徑25m、深度24m左右的塌陷坑。經(jīng)測量，其塌方位置在13號施工支洞發(fā)生泥石流的掌子面正上方，見圖1。

泥石流為破碎泥巖、白云巖、石灰?guī)r和泥狀膠結(jié)體類大量稀泥，10mm以下細(xì)顆粒含量79.1%，涌水量590m3/h。

圖1 塌陷坑與13號支洞洞軸平面

3.2 處理措施

3.2.1 超前固結(jié)灌漿和超前排水

在塌方渣體清除至掌子面12m左右時(shí)，先打3個(gè)25m左右的超前鉆孔查清掌子面前方的情況，對隧洞全斷面及頂部5m厚的渣體進(jìn)行超前固結(jié)灌漿，灌漿孔深度為25m。灌漿完成后打檢查孔檢查灌漿效果，如果渣體可固結(jié)，無須開挖剩余的12m塌方體。灌漿完成后，利用檢查孔等作為超前排水孔進(jìn)行超前排水減壓。

3.2.2 超前支護(hù)措施

a.頂拱180°范圍內(nèi)打 φ108、C=20～25m 超前大管棚，外傾角5～8°，環(huán)向間距25m，搭接長度7～10m。

b.全斷面(底板除外)打φ48、C=4.5m超前注漿小導(dǎo)管，外傾角25°，搭接長度2m，頂拱范圍內(nèi)間距20cm，側(cè)墻范圍內(nèi)間距30cm。

c.開挖方案。開挖按短進(jìn)尺進(jìn)行，每循環(huán)進(jìn)尺50cm，開挖后及時(shí)噴10cm厚C20混凝土封閉掌子面，并采用分臺階、預(yù)留核心土方法開挖。

d.系統(tǒng)支護(hù)措施。I20a鋼拱架間距50cm，每榀拱架打8跟φ48、L=4.5鎖腳鋼管，相鄰兩榀拱架采用φ22間距30～50cm鋼筋縱向連接，鋼拱架底腳用I25a槽鋼支撐，槽鋼設(shè)置在塊石墊上。掛φ6.5@15cm×15cm鋼筋網(wǎng)，噴20cm厚C20混凝土。底板用塊碎石換填后澆筑混凝土，塊碎石墊層厚40cm，C20混凝土墊層厚30cm。

e.永久襯砌。在完成塌方段處理后，立即進(jìn)行該段的永久襯砌，襯砌滯后開挖支護(hù)的長度不得超過15m。

4 現(xiàn)場實(shí)施情況

按設(shè)計(jì)要求處理第一、二次泥石流時(shí)，基本順利。第三次泥石流發(fā)生后，按設(shè)計(jì)要求處理時(shí)，首先固結(jié)灌漿存在問題。掌子面封堵后，按要求打了超前排水減壓孔。由于洞內(nèi)涌水量大(560m3/h)，注漿時(shí)，大量漿液從超前排水減壓孔溢出，渣體不能固結(jié)，雖然調(diào)整了漿液配合比(摻水玻璃、聚氨酯、聚丙烯)，依然不能固結(jié)。經(jīng)現(xiàn)場分析，泥石流不能固結(jié)的原因主要有兩方面：?洞內(nèi)涌水量大、流速快，使大量漿體材料在短時(shí)間內(nèi)被流水帶走;?泥石流的渣體發(fā)生了變化。第三次泥石流發(fā)生后，地表大量黏土夾雜在渣體間，含量達(dá)79.1%，由于黏土滲透性差，不吃漿，漿液難以滲入。

5 改進(jìn)措施

經(jīng)過反復(fù)討論，決定采用改線方案。改線方案有西線方案和東線方案兩種，最終采用東線方案，見圖2。

圖2 隧洞線路調(diào)整

由于原有線路灌漿不能固結(jié)，從地面進(jìn)行處理難度大(埋深210m)，且沒有成熟的技術(shù)。雖然改線延長隧洞22m，但由于改線后原狀土沒有被擾動，按V類圍巖支護(hù)的方案能順利通過;而且由于該段反復(fù)坍塌，原有斷層的應(yīng)力已基本釋放，改線后的洞控土壓力小，原有的隧洞可形成排水通道，對洞控有利。采用改線方案后，洞控得以順利進(jìn)行。

6 結(jié)語

a.對區(qū)域斷層地帶，必須進(jìn)行專項(xiàng)地質(zhì)勘察，以查明地質(zhì)情況，使設(shè)計(jì)的洞控方案更有針對性。

b.在洞控至區(qū)域斷層位置時(shí)，必須做超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。在洞控前，每控一段必須先打3個(gè)25m左右的超前鉆孔查清掌子面的情況，直至通過斷層帶。

c.對發(fā)生過泥石流的隧洞，從原有線路通過難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高，工期長，改線是較為經(jīng)濟(jì)的方案。

d.對區(qū)域斷層洞控，必須制定詳細(xì)的實(shí)施性方案，以保證洞控后臨空時(shí)間最小。

e.從清理洞內(nèi)泥石流的情況看，沒有支護(hù)時(shí)可采用機(jī)械清理，但離掌子面必須有一個(gè)安全距離，不得小于10倍洞高。該工程洞高5.4m，離掌子面70m位置封堵后改線。

Processing Technology of Tunnel Regional Fault Zone Cave Debris Flow

SHEN Jia-wen，WANG Ming-cong，F(xiàn)U Yong-chun
(Yunnan Construction Engineering Water Resources and Hydropower Construction Co.，Ltd.，Kunming650041，China)

Debris flow in tunnel regional fault zone is a technical problem which can not be easily solved in cave control process.Some engineering examples are combined in the paper for systematically describing treatment methods of different debris flows and discussing the feasibility of some measures.

fault;debris flow;cave control;ahead geological prediction

TV52

A

1005-4774(2013)12-0010-03