仙人洞隧道冒頂突泥治理

馮攀

摘 要：我國巖溶地質、地貌集中分布于云、貴、川三省及兩廣、兩湖部分地區(qū)，隨著國民發(fā)展需要，西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，上述地區(qū)基礎設施建設力度進一步加大，近期貴廣、渝利、蘭渝、成蘭、滬昆等鐵路工程陸續(xù)開工建設，需要處理大量由于巖溶地質引起的工程問題，特別是巖溶隧道工程問題。本文結合某線仙人洞隧道突泥治理特點，對大規(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驗。

關鍵詞：巖溶隧道；突泥；治理

1 工程概況

1.1 自然地理

某線仙人洞隧道進口里程DK11+740，出口里程DK15+405，全長3665m，為一曲線隧道。內軌面高程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，相對高差約101m。區(qū)內地形相對平緩處辟為旱地及水田，隧道進、出口處村舍集中分布，植被發(fā)育，沿321國道展布，交通運輸條件較好。

1.2 地層巖性、地質構造及地震動參數

根據地表調查及鉆探揭露，測區(qū)上覆第四系沖洪積層（Q4al+pl）卵石土、坡殘積層（Q4dl+el）粉質粘土等；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)粉質黏土在仙人洞隧道大部地表均可見，據鉆孔資料，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）

本隧道所見二疊系下統(tǒng)茅口組（P1m）巖性為青灰色、灰色灰?guī)r，隱晶質結構，中～厚層狀構造，局部節(jié)理裂隙較發(fā)育，裂面見泥質充填。

1.3 地質構造

隧區(qū)位于川南“山”字型構造影響范圍，區(qū)內主要構造格局以古藺復式背斜為總體的呈近東西向展布、向南突出的孤行褶皺。北翼構造較簡單，中東段以呈北東向傾北的單斜構造為主。其南翼由若干次級褶皺構成的背斜、向斜和密集斷層為特征，新構造運動主要表現(xiàn)為緩慢的整體間隙性抬升，但近期無構造活動跡象，屬弱活動斷裂構造區(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°，兩翼不對稱，走向近東西，形如構造鼻。根據區(qū)域地質資料及物探判釋，區(qū)內DK13+884～DK13+953發(fā)育一條斷裂構造（黃草坪斷層）：南起中壩，向西北經毛草田、黃草坪、鹽井溝，于落葉壩以東消失于二疊系地層。長約7km，走向近南北，傾向東，斷于志留系與二疊系下統(tǒng)地層間，推測為一壓性斷層。

區(qū)內巖層產狀為：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 水文地質特征

1.4.1 地表水

隧道進、出口均處于斜坡地段，地勢相對較高，地表水及地下水能順斜坡及時排泄。據測區(qū)地表調查，隧道進、出口段及山脊其它地段未發(fā)現(xiàn)地表水及泉水出露。降雨時可形成暫時性流水，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，據當地了解，該地段存在大量的山體侵水，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)受構造裂隙與巖溶作用影響，地表巖溶洼地、溶槽、溶隙常見。同時鉆探也見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地下水，勘察期間取DK11+900左側200m處暗河水做水質簡分析，水質化學類型為SO42--Ca2+型，對混凝土及混凝土結構具硫酸鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級為H1型。

2 施工開挖情況

2011年7月16日早上8點隧道開挖至DKl2+132斷面時，爆破后整個掌子面均是黃泥，由于受到爆破擾動，頂部開始出現(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、設計、監(jiān)理及施工四方經現(xiàn)場會審決定對已經揭開溶洞段按V級加強進行支護，對掌子面前方及周邊地質情況進行探測（超前地質預報+水平鉆孔），待探明前方及周邊地質情況后再研究處理措施。（見圖1）

至2011年7月29日，業(yè)主、監(jiān)理、設計單位接到施工方通知隧道發(fā)生了突泥。突泥發(fā)生的大致過程為：2011年7月28日，早上值班施工員在巡查過程中發(fā)現(xiàn)DKl2+132處右側邊墻部支護開裂約2cm，隨即組織12名工人，用？準200mm鋼管設置繃子梁，設置過程中，DKl2+132～DKl2+147段拱部支護突然產生沿線路前進方向縱向的裂縫，支護混凝土出現(xiàn)掉落現(xiàn)象，掌子面已施工至DKl2+150。為保證人員安全，現(xiàn)場指揮人員立即將人員撤出，部分機械設備轉移至距掌子面約100m處，隧道洞口封閉嚴禁人員進入，留下現(xiàn)場值班人員在洞身變形處設置變形觀測點，定時觀測變形情況。

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

3 變更設計情況

3.1 地質補勘情況

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此大型充填溶槽的規(guī)模。在具體實施過程中，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。在鉆孔之前，為初步定性探測此充填溶槽情況，在地表沿隧道中線從進口到DK12+170段進行了物探測試，成果見圖4；

圖中粗水平直線代表隧道。Ⅱ區(qū)域為根據物探成果判示的較完整巖體，Ⅲ區(qū)域為根據物探成果判示的較破碎巖體或巖溶弱發(fā)育巖體；Ⅳ區(qū)域為根據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。在實際實施過程中因2號，3號鉆孔成果因達到預期目的，故取消1號鉆孔。根據鉆探、地表調查、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～硬塑狀棕黃色粉質黏土。

3.2 治理方案

（1）洞頂地表塌陷區(qū)為防止雨水下滲引起二次垮塌，已在坍陷區(qū)設置鋼棚架遮蓋系統(tǒng)，且由于塌陷深度達30m，坑壁圍巖破碎，從地表處理安全風險極大，故采取洞內處理方式。

（2）清除洞內突泥，按每天清除3～5m的速度進行清理，清的過程中突泥體坡面不超過30°，加強洞內和地面塌陷區(qū)的監(jiān)控量測，同時備足鋼架、沙袋等應急物資，一旦土體發(fā)生變形等異常，及時采用應急措施，撤離人員和機械設備。

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

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

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

（6）于DK12+125處拱部及右側邊墻施作一環(huán)長35m的？準121大管棚超前注漿支護，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段設置V級特殊加強襯砌，全環(huán)設置1榀/0.5m的工22a的型鋼鋼架和拱部？準42小導管加強支護，小導管縱向間距2m，環(huán)向間距0.4m，每環(huán)28根，每根長4m，小導管注漿注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25@150；初期支護設置雙層？準8鋼筋網，系統(tǒng)錨桿采用？準22組合中空注漿錨桿，錨桿長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行處理。

3.3 治理方案實施情況

施工單位嚴格按照變更設計方案實施巖溶冒頂治理，順利通過此段冒頂區(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)域隧道底板地質情況，鉆孔結果表明DK12+130～DK12+150冒頂段底板下部未見異常。

4 經驗總結

（1）巖溶隧道必須做好超前地質預報工作，且預報手段宜采取多種方法相互應證。

（2）隧道施工中遇巖溶應立即暫停施工，探明巖溶發(fā)育情況后采取針對性措施通過，嚴禁盲目施工，大爆破，搶進度。

（3）巖溶發(fā)育具有較大隱蔽性，現(xiàn)有探測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與設計單位、監(jiān)理單位加強溝通交流，準確反映實際施工情況。

（4）加強巖溶隧道底板勘探，特別是巖溶發(fā)育段落。

（5）巖溶隧道施工應切實做好并且落實好人員、設備突發(fā)事故緊急預案，確保施工安全。

參考文獻

[1]席繼紅，閆小兵，周永勝.快速鉆探技術在巖溶隧道超前預報中的應用.工程地球物理學報，2008年01期.

[2]金新鋒.宜萬鐵路沿線巖溶發(fā)育規(guī)律及其對隧道工程的影響.中國地質科學院，2007.