山區隧道突泥處治施工技術

何克揚 藍東杰 廖巧玲

文章以某山區公路隧道施工為背景，針對隧道在開挖過程中出現的塌方、涌泥等現象，采用C6超前鉆探技術全面探測前方溶洞溶腔規模、大小、形狀以及圍巖情況，在初支變形段增設護拱，采用大管棚及小導管對溶腔段進行注漿加固處理，并施作止漿墻，后續對溶腔泵送C25混凝土進行加固，在規定時間內安全有效地處治了突泥病害，無安全事故發生，效果顯著，確保隧道順利實現貫通。

隧道工程;突泥;超前鉆探;處治技術;監控量測

U457+.2A210743

0 引言

隨著經濟需求的不斷增長，全國高速公路建設迅猛發展，隧道的修建技術越來越先進成熟，可穿越的地質條件也日趨復雜。某高速公路工程位于廣西河池山區，以喀斯特地貌為主，地質條件極其復雜，有高地應力、大變形、大滑坡、危巖、崩塌、巖溶、涌水等多種不良地質風險，隧道在通過斷層帶、溶洞溶腔段時，極易出現坍塌、突泥突水等現象。本文以某山區隧道出現突泥現象為背景，為確保隧道溶腔的整體穩定性，在初支變形段增設護拱，采用大管棚及小導管對溶腔段進行注漿加固處理，并施作止漿墻，后續對溶腔泵送C25混凝土進行加固，在規定時間內安全有效地處治了突泥病害，無安全事故發生，效果顯著。

1 隧道病害說明

某山區隧道為廣西某高速公路關鍵性工程，左洞起止樁號為ZK450+753～ZK453+686，設計長度為2 933 m，最大埋深約為359 m（ZK452+200處）。當隧道左線施工至掌子面ZK451+831（埋深233 m處）時，發生塌方、涌泥、拱架損壞等災害。第一次涌泥至ZK451+799段，長32 m，涌泥量為1 267 m3;第二次涌泥至ZK451+760段，長71 m，涌泥量為4 000 m3。

現場情況如下：

（1）2019-10-24開挖至ZK451+819段左側遇到溶洞，經四方勘查現場后，將該段襯砌支護類型由S4-B變更為S5-A。

（2）2019-10-30開挖至ZK451+824段，左側掌子面近邊墻部位揭露半填充性溶槽，沿隧道縱向延伸2 m，寬約3.5 m，左側邊墻涌水。

（3）2019-11-04開挖至ZK451+831段，出渣過程中掌子面頂部塌落石頭，將拱架、鋼筋網片、連接筋等壓壞，從掌子面往外數第二榀拱架也出現變形。

（4）2019-11-05掌子面繼續往外涌泥，ZK451+825～ZK451+831段拱架發生嚴重的變形和垮塌。

（5）2019-11-10又發生塌方、突泥，塌方體繼續外涌至ZK451+780段的位置。

（6）2019-11-19實施回填反壓，并組織了超前鉆孔等工作。

2 C6超前鉆探

根據隧道出現的突泥現象，項目引進C6鉆機，對該隧道進口左洞ZK451+817～ZK451+873段（長度為56 m）進行鉆孔探測，從隧道進、出口兩端全面探測前方溶洞溶腔規模、大小、形狀以及圍巖情況（見圖1）。

進口端探測結果為：圍巖以中風化大理巖為主，硬度與掌子面接近。較完整-較破碎，裂隙不發育或少量發育，但溶蝕空腔尺寸較大、分布范圍較廣，特別是隧道上方分布較為密集，且溶洞內部充填軟泥碎石，含一定地下水。整體穩定性較差。推斷圍巖等級為Ⅴ級。

出口端探測結果為：圍巖主要為中風化大理巖，局部夾較軟層，硬度與掌子面接近。較破碎-破碎，溶蝕裂隙或溶腔發育，裂隙及巖層內部結構面間泥質充填，裂隙最大開度約為0.8 m。掌子面左部至中部10～24 m（ZK451+860～ZK451+846）段疑似存在泥石充填型溶洞;局部疑似存在泥石充填型溶腔以及溶蝕密集發育區。局部地下水有一定發育。該段完整性較差，且結構面間泥質充填、結合較差，整體自穩性較差，巖土體易發生掉塊或坍塌。

3 突泥處治技術

根據C6超前鉆探結果（圖1），制定突泥處治方案（圖2），總體思路為先注漿穩固再進行側導洞開挖掘進并加強支護（見圖2），開挖施工分為七個步驟：

3.1 泵送混凝土

在掌子面施工前，預先封閉掌子面ZK451+831，利用現狀回填反壓平臺，鉆2～3個孔對溶腔泵送C25混凝土，泵送過程中應記錄泵送壓力等情況。

3.2 導洞開挖前進行徑向補強注漿

注漿施工前應進行工藝性試驗，確定注漿壓力、擴散半徑等注漿參數。注漿材料采用水泥水玻璃雙液漿，灰水比為1∶0.8，摻入水玻璃含量為水泥用量的3%～5%（水玻璃規格為35°Bé，模數為2.6）[1]，注漿壓力為0.6～1.0 MPa，終壓為6.0 MPa，要求擴散半徑≥0.75 m，開挖過程中應驗證漿液是否達到要求擴散半徑。注漿結束標準以注漿終壓和注漿量確定[2]。

3.3 第一階段施工

（1）采用側導洞清淤（反壓體）至ZK451+826段。

（2）護拱施工從ZK451+808段開始施作。護拱采用Ⅰ18b鋼架，間距為50 cm;導洞臨時支撐采用Ⅰ25b鋼架@50 cm、C25噴射混凝土25 cm。

（3）管棚施工。

管棚施工開始樁號為ZK451+820，導向管采用127 mm×4 mm鋼管（長2 m）。止漿墻向外輪廓擴挖30 cm。管棚采用108 mm×8 mm鋼花管，間距為50 cm，外插角為10°～15°。采用潛孔鉆鉆孔，鉆孔順序為先拱腳后拱頂，兩臺鉆機同時施鉆;為防止管棚注漿時出現串孔，鉆孔施工時按3孔間距進行，遇硬巖慢速鉆進。使用挖機配合人工頂管，施工時必須有專人負責指揮調度，禁止用力過猛、頂進速度過快。發現頂進阻力較大時，須旋轉頂入。頂進前將管節與聯結絲扣焊接牢固。每孔108 mm×6 mm鋼管一次性頂至設計長度。

（4）施工止漿墻。止漿墻厚2 m，并擴至輪廓線以外0.5 m作為管棚施作空間。構筑止漿墻應根據鉆孔布置，預埋60 mm孔口管，采用Ⅰ18工字鋼作為臨時斜撐對止漿墻進行支撐。

（5）對導洞掌子面前方15 m注漿加固。注漿導管為42 mm×4 mm小導管，導管長度為15 m（不含止漿墻長度），與下一環搭接5 m。注漿按“由外到里、從上到下、間隔跳孔”原則進行施工。要求擴散半徑≥0.75 cm，并根據現場注漿情況確定檢查孔位置，每循環數量≥10個。

（6）采用0.5 m進尺上下臺階法開挖支護導洞，上下臺階保證5 m距離。導洞開挖前須進行徑向補強注漿。

（7）導洞上臺階開挖支護至K451+836段，下臺階開挖支護至ZK451+831段。導洞開挖使用開挖臺車輔助施工，開挖時使用小型炮機鑿除巖石。

（8）施工止漿墻，導洞上臺階掌子面前方15 m注漿加固，導洞下臺階開挖至ZK451+836段。

（9）施工止漿墻，導洞下臺階掌子面前方15 m注漿加固。

（10）右側主洞采用上下臺階法0.5 m進尺清淤（反壓體），上下臺階保證10 m距離，同時及時設置護拱。

（11）右側主洞上臺階清淤支護至K451+816段停止，右側主洞下臺階清淤支護至ZK451+806段停止。后續進入第二階段施工。

3.4 第二階段施工

（1）采用0.5 m進尺上下臺階法開挖支護導洞，上下臺階保證5 m距離，導洞開挖前須進行徑向補強注漿。

（2）導洞上臺階開挖支護至ZK451+846段，下臺階開挖支護至ZK451+841段。

（3）施工止漿墻，導洞上臺階掌子面前方15 m注漿加固。

（4）導洞下臺階開挖支護至ZK451+846段。

（5）施工止漿墻，導洞下臺階掌子面前方15 m注漿加固。

（6）右側主洞采用上下臺階法0.5 m進尺清淤（反壓體），上下臺階保證10 m距離，同時及時設置護拱。

（7）右側主洞上臺階清淤支護至ZK451+826段停止，右側主洞下臺階清淤支護至ZK451+816段停止。

（8）仰拱跟進至ZK451+806段。

（9）進入第三階段主洞開挖支護施工步驟。

3.5 第三階段施工

（1）采用0.5 m進尺上下臺階法開挖支護導洞，上下臺階保證5 m距離。

（2）導洞上臺階開挖支護至ZK451+856段，下臺階開挖支護至ZK451+851段。

（3）施工止漿墻，導洞上臺階掌子面前方15 m注漿加固。

（4）導洞下臺階開挖支護至ZK451+856段。

（5）施工止漿墻，導洞下臺階掌子面前方15 m注漿加固。

（6）右側主洞采用上下臺階法0.5 m進尺開挖支護，上下臺階保證10 m距離。

（7）右側主洞上臺階開挖至ZK451+836段停止，右側主洞下臺階開挖至ZK451+826段停止。

（8）仰拱跟進至ZK451+816段。

（9）二襯跟進至ZK451+806段。

（10）重復第三階段主洞開挖支護施工步驟，超過溶洞≥10 m停止。

3.6 初支變形段處理

對于受到突泥已變形的ZK451+816～ZK451+826段，在開挖突泥體后應及時施作護拱。護拱采用Ⅰ18工字鋼，間距為50 cm，并打設長鎖腳穩定護拱，開挖后及時讓護拱落腳。二襯跟進至初支變形段后，可逐榀拆除，更換鋼架。拆除過程中，應加強監測，必要時設置臨時支撐。

3.7 排水設施

（1）深層泄水孔長度≥6 m，孔內插入200 mm軟式透水管，應采用鐵絲或鐵釘固定。

（2）集水井水流采用200 mmPVC管引入中央排水溝，200 mmPVC橫向排水管端部需采用無紡布包裹，設置集水井并在排水段落取消原設計組縱向、橫向排水管，在水量較大處，應加密設置集水井、環向排水盲管。

（3）環向排水盲管采用200 mm軟式透水管，軟式透水管需用無紡布包裹，并采用200 mm軟式透水管接入中央排水溝。

（4）泄水孔深度≥6 m，縱向間距5 m，在溶洞發育、滲水較嚴重段應增設集水井。集水井位置可結合現場實際進行適當調整。

（5）設置集水井處應打設深層泄水孔，泄水孔徑≥200 m，深度≥6 m，通過200 mm軟式透水管將圍巖滲水匯流至集水井，并通過200 mmPVC管與中心水溝相接。

4 監控量測

突泥處治為期半年，在處治過程中為確保施工安全，針對突泥處治段ZK451+811～ZK451+860設置了監控量測點以監測圍巖的變形，監測時間從2020-06-25至2021-01-09。監測主要控制點布置如圖3所示，加密點根據現場情況進行布設。

在監控量測過程中，掌子面ZK451+831于2020-09-10達到最大位移5.1 mm。次日，斷面因變形過大，左側拱腰鋼拱架已嚴重變形，初期支護左側混凝土開裂破損，監測測點被破壞。掌子面突泥，圍巖處于急劇變形狀態，有失穩的可能，為確保安全，項目暫停施工，加強支護并做好臨時加固。待處治完成之后，項目恢復監控量測，各段面沉降均趨于穩定且沉降量在規范允許范圍內，如后頁圖4～7所示。

根據監控量測結果，待圍巖趨于穩定并確保安全步距的情況下，可分段施作二襯。

5 結語

在隧道突泥處治過程中，項目通過引進C6鉆機，從隧道進、出口兩端全面探測前方溶洞溶腔規模、大小、形狀以及圍巖情況，制定切實可行的處治方案;施工處治嚴格按方案執行，處治過程正常、平穩推進;過程中通過加密監控量測點，嚴密監測圍巖的穩定性，以監控量測數據判定二襯施作時間，指導施工工序預防坍塌;后續并未發生突泥、突水現象，隧道左洞順利實現貫通。

[1]張朝斌.隧道二次襯砌裂縫處治技術的應用[J].西部交通科技，2020（2）：114-117，137.

[2]胡 勇，柳桂麗.張石高速二期蝴蝶谷右線隧道進口段不良地質治理[J].科技信息，2008（3）：93-94.