獅子山隧道突泥涌水施工技術(shù)

魏亞林

摘要：本文以獅子山隧道突泥涌水為背景，介紹了獅子山隧道治理突泥涌水所采用的洞渣反壓回填、塌腔砼充填、超前大管棚、初期支護、超前預(yù)注漿等施工措施，為日后同類工程的施工提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗

關(guān)鍵詞：大管棚 套拱 突泥涌水 塌腔 充填

1、工程概況

獅子山隧道總長4036米，為上下分離四車道，其中左線長2036米，右線長1970米，最大埋深286.72米，屬溶蝕、剝蝕中山山嶺地貌單元，巖溶石芽地貌。該段總體地形為中間高，兩側(cè)低，呈馬鞍型，地表形態(tài)波狀起伏較大，施工難度大。

該隧道圍巖以Ⅳ級圍巖為主，主要為含碎石亞粘土及強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，表層為耕植土，含碎石亞粘土，土質(zhì)不均，碎石棱角狀，下覆巖層為強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，灰綠色、紫紅色，結(jié)構(gòu)構(gòu)造已大部分破壞，層理不甚清晰，節(jié)理發(fā)育，巖體為碎石鑲嵌結(jié)構(gòu)，根據(jù)工程物探資料推測，洞身K146+840～+900段穿過斷裂構(gòu)造，附近圍巖破碎，圍巖類別為Ⅴ級，隧道穿越斷裂構(gòu)造處地下水較豐富。

2、施工情況

獅子山隧道進口自進洞施工以來，掌子面經(jīng)常有小股狀地下水滲出，2005年4月27日，當施工至K146+856時，掌子面出水量突然急劇加大，最大出水量達到76立方米/小時，并伴有大量泥石流突出，隧道掌子面前方出現(xiàn)大面積坍塌，5月3日，水量趨勢出現(xiàn)減弱，至5月10日后，隧道出水量出現(xiàn)穩(wěn)定，但仍保持在20立方/小時。

3、隧道突泥涌水段施工處理措施

根據(jù)地質(zhì)雷達的探測情況，建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、施工單位共同研究確定了以下處理方案：

3.1、回填洞渣封閉塌腔

按照1：1的坡率回填洞渣至掌子面拱頂以封閉塌腔，洞渣回填以后噴射C25砼進行表面固化，噴射厚度不小于30cm。

封閉塌腔過程中預(yù)埋泄水管及注漿管，泄水管要深入塌腔里面，以免塌腔積水泥化圍巖，泄水管10至15根，采用Φ108×5打孔無縫鋼管，長12米，其中拱頂3根，兩側(cè)拱肩各4根，掌子面中心根據(jù)水量大小及位置布置4～8根；

3.2、塌腔砼填充加固

隧道出水量穩(wěn)定以后，對隧道塌腔內(nèi)壓住C25砼，砼壓注數(shù)量參照加固至拱頂以上3m計算，砼采用早強砼，待砼形成強度后，方可進行洞身開挖與支護。

3.3、掌子面后方初支套拱加固措施

為避免隧道塌方擴大，對掌子面后方10米范圍內(nèi)初支進行加固，沿初支內(nèi)側(cè)增加I25b工字鋼支撐，間距50cm一榀，工字鋼環(huán)向采用φ50小導(dǎo)管進行焊接連接，間距0.8m。套拱拱腰及拱底采用鎖腳錨桿錨固。

3.4、掌子面前方塌腔超前φ108mm管棚加固

掌子面設(shè)導(dǎo)向墻，拱部140°范圍打設(shè)φ108mm大管棚，長度20m，環(huán)向間距3根/m；并輔助φ50mm超前小導(dǎo)管施工，小導(dǎo)管長6m，縱向每5榀打一環(huán)，環(huán)向間距3根/m。管棚導(dǎo)管中增設(shè)鋼筋籠，以提高導(dǎo)管的抗彎能力，鋼筋籠由四根φ16主筋和固定環(huán)組成，管棚及小導(dǎo)管進行管內(nèi)充填注漿，大管棚外插角3～5°，小導(dǎo)管外插角10～15°。

3.5掌子面前方超前預(yù)注漿封堵方法

對掌子面前方進行地質(zhì)雷達掃描及紅外探水掃描發(fā)現(xiàn)，掌子面前方仍有發(fā)生大規(guī)模突泥涌水的可能，為避免再次發(fā)生突泥涌水現(xiàn)象，對掌子面前方采取預(yù)注漿加固措施，預(yù)注漿加固前先采取引排措施，然后進行注漿。超前預(yù)注漿加固范圍為隧道開挖輪廓線以外5m，注漿段長取20m。如開挖后存在薄弱部位，采用局部補充注漿或徑向小導(dǎo)管注漿。如果前一循環(huán)開挖過程中發(fā)生涌水，后一循環(huán)注漿開始前同樣施作止?jié){墻。

3.6掌子面前方初期支護加強措施

⑴對掌子面前方進行地質(zhì)雷達掃描以探明所形成的空洞分布情況并根據(jù)探測結(jié)果及時調(diào)整施工方案。

⑵隧道開挖預(yù)留變形量增加到15～20cm；

⑶施工方法：采用三臺階（預(yù)留核心土）+臨時仰拱法，初支噴層厚35cm，拱墻、仰拱設(shè)置φ8×φ8鋼筋網(wǎng)，I25b工字鋼（全環(huán)封閉），間距0.6m。拱墻每個節(jié)點設(shè)4根鎖腳錨管（φ42，t=3.5mm，長5m）。邊墻設(shè)置φ22砂漿錨桿（長3.5m，環(huán)縱向間距1m×1m）。臨時仰拱采用I20a型鋼，每兩榀拱架設(shè)一道，噴層厚度20cm，

⑷圍巖由Ⅴ級圍巖復(fù)合式襯砌變更為Ⅴ級加強復(fù)合式襯砌。

3.7、施工控制措施

⑴嚴格按照“短進尺，強支護、快封閉、勤量測”的施工標準指導(dǎo)施工。

⑵施工中應(yīng)加強超前地質(zhì)預(yù)報及紅外探水預(yù)報，加強監(jiān)控量測，根據(jù)量測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整施工方案。

⑶打設(shè)超前排水平孔，及時排出圍巖內(nèi)的積水。

⑷加強超前小導(dǎo)管注漿、管棚、鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等多種支護手段，構(gòu)成強支護體系。

3.8、隧道突泥涌水的防范措施

為避免隧道出現(xiàn)突泥涌水情況，必須加強隧道的超前地質(zhì)預(yù)報。

隧道施工前，對全隧道采用長距離的TSP200地震反射法地質(zhì)預(yù)報，宏觀掌握掌子面前方的地質(zhì)情況，采用紅外探水在富水帶30米左右處進行一次中長距離的探測，對圍巖的地質(zhì)情況及富水程度再次進行預(yù)測和驗證。如有異常對異常處采用鉆孔進行驗證，并指導(dǎo)施工，最后探明情況后施工采用施打5米的超前探孔進行每個開挖循環(huán)的跟蹤預(yù)報和探測。超前探孔的布置在二圈眼的位置，拱頂1個、兩邊各1個，根據(jù)情況再增加，保證上臺階有3個以上的探孔，并及時進行信息收集、處理、反饋，并根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時報相關(guān)單位，調(diào)整設(shè)計，改變施工方案及施工方法。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報所揭示地質(zhì)斷層及地下水的水量情況，結(jié)合以往施工經(jīng)驗和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，視地質(zhì)情況采取超前預(yù)注漿、超前小導(dǎo)管注漿等支護方式對破碎圍巖進行超前支護，施工工法采用臺階法施工環(huán)行開挖，預(yù)留核心土，并及時進行型鋼支撐+噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護體系的施工。

四、經(jīng)驗總結(jié)

為避免隧道出現(xiàn)突泥涌水情況，必須加強隧道的超前地質(zhì)預(yù)報。

可采用長距離的TSP200地震反射法地質(zhì)預(yù)報進行宏觀預(yù)測，再采用紅外探水對30米范圍內(nèi)的中長距的預(yù)測，必要時采用施打5米的超前探孔進行每個開挖循環(huán)的跟蹤預(yù)報和探測。要及時進行信息收集、處理、反饋，并根據(jù)預(yù)報結(jié)果，及時報相關(guān)單位，調(diào)整設(shè)計，改變施工方案及施工方法。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報所揭示地質(zhì)斷層及地下水的水量情況，采取超前預(yù)注漿+三臺階預(yù)留核心土+型鋼支撐+噴錨網(wǎng)聯(lián)合支護+臨時仰拱是預(yù)防隧道突泥涌水現(xiàn)象的有效措施。

隧道出現(xiàn)突泥涌水情況后，要及時對掌子面后方采用洞渣反壓回填、塌腔砼充填加固、已施工初期支護加強等措施防止險情進一步擴大，掌子面前方根據(jù)塌腔長度及地下水情況采取超前大管棚+小導(dǎo)管注漿+超前預(yù)注漿+型鋼支撐+噴錨網(wǎng)聯(lián)合體系+臨時仰拱的復(fù)合處理措施。

經(jīng)過近3個月的施工總結(jié)證明，塌方、突泥地段超前大管棚+小導(dǎo)管注漿+超前預(yù)注漿+型鋼支撐+噴錨網(wǎng)聯(lián)合體系+臨時仰拱的復(fù)合處理措施是處理突泥涌水的有效措施，為以后富水軟弱圍巖施工提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗。