仙人洞隧道冒頂突泥治理

馮攀

摘 要：我國(guó)巖溶地質(zhì)、地貌集中分布于云、貴、川三省及兩廣、兩湖部分地區(qū)，隨著國(guó)民發(fā)展需要，西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，上述地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度進(jìn)一步加大，近期貴廣、渝利、蘭渝、成蘭、滬昆等鐵路工程陸續(xù)開(kāi)工建設(shè)，需要處理大量由于巖溶地質(zhì)引起的工程問(wèn)題，特別是巖溶隧道工程問(wèn)題。本文結(jié)合某線仙人洞隧道突泥治理特點(diǎn)，對(duì)大規(guī)模冒頂型突泥整治方法作了介紹，為以后隧道巖溶整治提供了施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：巖溶隧道；突泥；治理

1 工程概況

1.1 自然地理

某線仙人洞隧道進(jìn)口里程DK11+740，出口里程DK15+405，全長(zhǎng)3665m，為一曲線隧道。內(nèi)軌面高程602.50～667.48m，最大埋深240m，最小埋深70m。隧區(qū)位于四川盆地西南部，屬低中山構(gòu)造剝蝕溶蝕地貌，斜坡溝谷地形，山高谷深，地形起伏大，地面高程介于586～685m，相對(duì)高差約101m。區(qū)內(nèi)地形相對(duì)平緩處辟為旱地及水田，隧道進(jìn)、出口處村舍集中分布，植被發(fā)育，沿321國(guó)道展布，交通運(yùn)輸條件較好。

1.2 地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地震動(dòng)參數(shù)

根據(jù)地表調(diào)查及鉆探揭露，測(cè)區(qū)上覆第四系沖洪積層（Q4al+pl）卵石土、坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)粘土等；下伏基巖為二疊系茅口組（P1m）地層。各地層巖性分述如下：

（1）第四系全新統(tǒng)（Q4）

第四系全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土在仙人洞隧道大部地表均可見(jiàn)，據(jù)鉆孔資料，厚度從2～6m不等；第四系全新統(tǒng)卵石土分布于隧道出口處，經(jīng)鉆探揭露，厚度為10～25m。

（2）二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）

本隧道所見(jiàn)二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）巖性為青灰色、灰色灰?guī)r，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀構(gòu)造，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面見(jiàn)泥質(zhì)充填。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

隧區(qū)位于川南“山”字型構(gòu)造影響范圍，區(qū)內(nèi)主要構(gòu)造格局以古藺復(fù)式背斜為總體的呈近東西向展布、向南突出的孤行褶皺。北翼構(gòu)造較簡(jiǎn)單，中東段以呈北東向傾北的單斜構(gòu)造為主。其南翼由若干次級(jí)褶皺構(gòu)成的背斜、向斜和密集斷層為特征，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為緩慢的整體間隙性抬升，但近期無(wú)構(gòu)造活動(dòng)跡象，屬弱活動(dòng)斷裂構(gòu)造區(qū)。

仙人洞隧道位于柏楊林背斜南翼，該背斜軸向近東西，軸長(zhǎng)約23km，北翼迭次出露二疊系、三疊系、侏羅系，傾角15～50°；南翼主要由三疊系組成，傾角10～20°，兩翼不對(duì)稱，走向近東西，形如構(gòu)造鼻。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及物探判釋，區(qū)內(nèi)DK13+884～DK13+953發(fā)育一條斷裂構(gòu)造（黃草坪斷層）：南起中壩，向西北經(jīng)毛草田、黃草坪、鹽井溝，于落葉壩以東消失于二疊系地層。長(zhǎng)約7km，走向近南北，傾向東，斷于志留系與二疊系下統(tǒng)地層間，推測(cè)為一壓性斷層。

區(qū)內(nèi)巖層產(chǎn)狀為：N7°W/6°SE，N55°W/17°SW；主要發(fā)育三組節(jié)理：N45°E/78°NW、N48°W/78°SW、N67°E90°一般間距0.4～1.5m，多呈微張狀。

1.4 水文地質(zhì)特征

1.4.1 地表水

隧道進(jìn)、出口均處于斜坡地段，地勢(shì)相對(duì)較高，地表水及地下水能順斜坡及時(shí)排泄。據(jù)測(cè)區(qū)地表調(diào)查，隧道進(jìn)、出口段及山脊其它地段未發(fā)現(xiàn)地表水及泉水出露。降雨時(shí)可形成暫時(shí)性流水，水量受大氣降水影響較大。在DK14+680～DK14+815地段分布有大量的水田，據(jù)當(dāng)?shù)亓私猓摰囟未嬖诖罅康纳襟w侵水，水量大小四季不均，受大氣降雨影響較大。

1.4.2 地下水

地下水主要為第四系孔隙潛水及巖溶水。

第四系孔隙潛水主要賦存于第四系覆蓋層土中，進(jìn)口端第四系覆蓋層厚度較小，孔隙水量微弱。出口端卵石層較厚，地下孔隙水豐富，埋深10m左右，主要接受大氣降水補(bǔ)給。隧區(qū)斜坡處有零星水田分布，其水量受人為控制影響較大。

隧址區(qū)受構(gòu)造裂隙與巖溶作用影響，地表巖溶洼地、溶槽、溶隙常見(jiàn)。同時(shí)鉆探也見(jiàn)地下溶隙與溶洞，洞身地下水以巖溶水為主，賦存于巖體溶隙、溶洞中。

因隧道洞身鉆孔未見(jiàn)地下水，勘察期間取DK11+900左側(cè)200m處暗河水做水質(zhì)簡(jiǎn)分析，水質(zhì)化學(xué)類型為SO42--Ca2+型，對(duì)混凝土及混凝土結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級(jí)為H1型。

2 施工開(kāi)挖情況

2011年7月16日早上8點(diǎn)隧道開(kāi)挖至DKl2+132斷面時(shí)，爆破后整個(gè)掌子面均是黃泥，由于受到爆破擾動(dòng)，頂部開(kāi)始出現(xiàn)小面積塌落，出現(xiàn)高度約3m的坍穴，掌子面基本穩(wěn)定，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工四方經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)審決定對(duì)已經(jīng)揭開(kāi)溶洞段按V級(jí)加強(qiáng)進(jìn)行支護(hù)，對(duì)掌子面前方及周邊地質(zhì)情況進(jìn)行探測(cè)（超前地質(zhì)預(yù)報(bào)+水平鉆孔），待探明前方及周邊地質(zhì)情況后再研究處理措施。（見(jiàn)圖1）

至2011年7月29日，業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)單位接到施工方通知隧道發(fā)生了突泥。突泥發(fā)生的大致過(guò)程為：2011年7月28日，早上值班施工員在巡查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)DKl2+132處右側(cè)邊墻部支護(hù)開(kāi)裂約2cm，隨即組織12名工人，用？準(zhǔn)200mm鋼管設(shè)置繃子梁，設(shè)置過(guò)程中，DKl2+132～DKl2+147段拱部支護(hù)突然產(chǎn)生沿線路前進(jìn)方向縱向的裂縫，支護(hù)混凝土出現(xiàn)掉落現(xiàn)象，掌子面已施工至DKl2+150。為保證人員安全，現(xiàn)場(chǎng)指揮人員立即將人員撤出，部分機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)移至距掌子面約100m處，隧道洞口封閉嚴(yán)禁人員進(jìn)入，留下現(xiàn)場(chǎng)值班人員在洞身變形處設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，定時(shí)觀測(cè)變形情況。

2011年7月28日下午2點(diǎn)，DK12+132墻部支護(hù)變形10cm，2點(diǎn)30分左右初期支護(hù)垮塌，掌子面開(kāi)始突泥，突泥長(zhǎng)度約10余米。至2011年7月29日凌晨約2時(shí)，突泥長(zhǎng)度達(dá)118m，突泥量約5900方；洞內(nèi)DKl2+032～DKl2+150段全被軟塑狀黃泥夾灰?guī)r塊石填塞（圖2），DK12+032處洞頂?shù)乇砦恢贸霈F(xiàn)一大小約30m（長(zhǎng)）×20m（寬）×32m（深）的塌陷坑，該處洞頂至地面高度約87m（圖3）。

3 變更設(shè)計(jì)情況

3.1 地質(zhì)補(bǔ)勘情況

仙人洞隧道掌子面DK12+150發(fā)生突泥后，為探明巖溶發(fā)育情況，決定采取鉆探手段探測(cè)此大型充填溶槽的規(guī)模。在具體實(shí)施過(guò)程中，因隧道突泥已至DK12+032，采用水平鉆孔已不具備條件，遂決定在地表施工豎直鉆孔探測(cè)。在鉆孔之前，為初步定性探測(cè)此充填溶槽情況，在地表沿隧道中線從進(jìn)口到DK12+170段進(jìn)行了物探測(cè)試，成果見(jiàn)圖4；

圖中粗水平直線代表隧道。Ⅱ區(qū)域?yàn)楦鶕?jù)物探成果判示的較完整巖體，Ⅲ區(qū)域?yàn)楦鶕?jù)物探成果判示的較破碎巖體或巖溶弱發(fā)育巖體；Ⅳ區(qū)域?yàn)楦鶕?jù)物探成果判示的破碎、軟弱、巖溶中等發(fā)育或含水巖體。根據(jù)物探成果揭示在仙人洞隧道DK12+160附件存在巖溶較發(fā)育段落。

結(jié)合隧道施工揭示情況及地表陷坑分布、物探成果資料，在地表布置了深孔3個(gè)。在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中因2號(hào)，3號(hào)鉆孔成果因達(dá)到預(yù)期目的，故取消1號(hào)鉆孔。根據(jù)鉆探、地表調(diào)查、掌子面施工情況，繪制鉆探成果圖如圖5、圖6所示。

綜上資料分析仙人洞隧道DK12+132～DK12+150處發(fā)育一大型豎直向充填溶槽，充填物為軟塑～硬塑狀棕黃色粉質(zhì)黏土。

3.2 治理方案

（1）洞頂?shù)乇硭輩^(qū)為防止雨水下滲引起二次垮塌，已在坍陷區(qū)設(shè)置鋼棚架遮蓋系統(tǒng)，且由于塌陷深度達(dá)30m，坑壁圍巖破碎，從地表處理安全風(fēng)險(xiǎn)極大，故采取洞內(nèi)處理方式。

（2）清除洞內(nèi)突泥，按每天清除3～5m的速度進(jìn)行清理，清的過(guò)程中突泥體坡面不超過(guò)30°，加強(qiáng)洞內(nèi)和地面塌陷區(qū)的監(jiān)控量測(cè)，同時(shí)備足鋼架、沙袋等應(yīng)急物資，一旦土體發(fā)生變形等異常，及時(shí)采用應(yīng)急措施，撤離人員和機(jī)械設(shè)備。

（3）于DK12+110處進(jìn)行超前鉆孔探測(cè)，于隧道斷面中部及下部設(shè)置兩排共6個(gè)長(zhǎng)30m的水平？準(zhǔn)75鋼花管超前探孔，鋼花管外裹無(wú)紡布，探明前方有無(wú)水并進(jìn)行排水，確保繼續(xù)清方的安全。

（4）施作完超前探孔且排水固結(jié)后分上下臺(tái)階清方，將上臺(tái)階清方至DK12+125處施作拱部及上臺(tái)階邊墻大管棚，待施作下臺(tái)階至DK12+125時(shí)施作下臺(tái)階邊墻大管棚，上下臺(tái)階預(yù)留核心土，待上下臺(tái)階管棚施作完畢，進(jìn)行一次注漿。

（5）于DK12+117～DK125段設(shè)置管棚工作室，拱墻設(shè)置1榀/m的工18型鋼鋼架，二襯厚度45cm，襯砌配筋按相關(guān)設(shè)計(jì)圖施作，待管棚施作完畢后，施作二襯時(shí)將二襯與初期支護(hù)之間空隙采用襯砌同級(jí)混凝土回填密實(shí)。

（6）于DK12+125處拱部及右側(cè)邊墻施作一環(huán)長(zhǎng)35m的？準(zhǔn)121大管棚超前注漿支護(hù)，大管棚環(huán)向間距0.4m，每環(huán)43根。鋼管中放置鋼筋籠，鋼筋籠由4根？準(zhǔn)22鋼筋和固定環(huán)組成，注1：1水泥砂漿，注漿壓力擬采用0.5～1.0MPa。

（7）DK12+125～DK12+155段設(shè)置V級(jí)特殊加強(qiáng)襯砌，全環(huán)設(shè)置1榀/0.5m的工22a的型鋼鋼架和拱部？準(zhǔn)42小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)，小導(dǎo)管縱向間距2m，環(huán)向間距0.4m，每環(huán)28根，每根長(zhǎng)4m，小導(dǎo)管注漿注1：1水泥砂漿，注漿壓力擬采用0.5～1.0MPa；C25噴射混凝土厚29cm；二襯厚度80cm，襯砌鋼筋主筋采用？準(zhǔn)25@150；初期支護(hù)設(shè)置雙層？準(zhǔn)8鋼筋網(wǎng)，系統(tǒng)錨桿采用？準(zhǔn)22組合中空注漿錨桿，錨桿長(zhǎng)3.5m，間距1m×1m。

（8）由于隧底充填物深度及規(guī)模未明，二襯施作前隧底鉆孔探明后研究方案進(jìn)行處理。

3.3 治理方案實(shí)施情況

施工單位嚴(yán)格按照變更設(shè)計(jì)方案實(shí)施巖溶冒頂治理，順利通過(guò)此段冒頂區(qū)域。之后施工方隨即按治理方案組織底板鉆孔探查冒頂區(qū)域隧道底板地質(zhì)情況，鉆孔結(jié)果表明DK12+130～DK12+150冒頂段底板下部未見(jiàn)異常。

4 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）巖溶隧道必須做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，且預(yù)報(bào)手段宜采取多種方法相互應(yīng)證。

（2）隧道施工中遇巖溶應(yīng)立即暫停施工，探明巖溶發(fā)育情況后采取針對(duì)性措施通過(guò)，嚴(yán)禁盲目施工，大爆破，搶進(jìn)度。

（3）巖溶發(fā)育具有較大隱蔽性，現(xiàn)有探測(cè)手段要完全探明巖溶發(fā)育情況存在極大困難，隧道施工中遇巖溶應(yīng)與設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位加強(qiáng)溝通交流，準(zhǔn)確反映實(shí)際施工情況。

（4）加強(qiáng)巖溶隧道底板勘探，特別是巖溶發(fā)育段落。

（5）巖溶隧道施工應(yīng)切實(shí)做好并且落實(shí)好人員、設(shè)備突發(fā)事故緊急預(yù)案，確保施工安全。

參考文獻(xiàn)

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