富水卵石土隧道泥石流塌方處理技術(shù)

毛 峰，湛文濤

(1.湖北省交通投資集團(tuán)有限公司，武漢 430030； 2.湖北交投智能檢測股份有限公司，武漢 430030)

1 工程概況

云池隧道緊鄰長江，全長為1 810 m，隧址處于高階地區(qū)，低丘地貌，相對高差較大，斜坡溝槽相間，植被發(fā)育，隧道最大埋深97 m.隧道整體埋深較淺，其中進(jìn)出口處為新近堆積體，最小淺埋深度為0.5 m，進(jìn)洞條件異?？量?，隧區(qū)穿越地質(zhì)為Ⅴ級圍巖，全隧道有幾處極為破碎地段.隧道原地址為古河床地帶[1]，經(jīng)多年地殼遷移后形成山體，多半以卵石土堆積為主，巖體破碎且富水[2]，隧道設(shè)計出水量為1 500 m3/d，施工難度大，施工時塌方的風(fēng)險高[3].

2 泥石流塌方實(shí)例

富水條件下卵石土隧道施工時需先做好排水工作，由于圍巖出水量較大，每一循環(huán)超期小導(dǎo)管注漿后需在隧道拱頂處做超前排水，降低隧道拱頂和掌子面的水壓力[4].隧道遇到斷面內(nèi)一半為富水卵石土一半為紅砂巖的圍巖條件下時，紅砂巖位置不定，開挖時易遇到上部富水卵石土，開挖后外流超挖嚴(yán)重，下部為紅砂巖，開挖破碎困難，延誤初噴時間，使上部卵石土暴露時間過長，易引起局部塌方[5-6].

云池隧道臨近長江，為卵石土圍巖，地表可能存在蓄水池或水塘，地表水補(bǔ)給豐富，長時間降雨導(dǎo)致隧道涌水量突然增大，形成集中大出水點(diǎn)，造成隧道掌子面滑塌.塌方時涌水量大、流速快，易在掌子面前方形成空洞，空洞內(nèi)繼續(xù)匯集隧道內(nèi)的流水、細(xì)沙和泥土，處理過程中極易發(fā)生再次塌方現(xiàn)象，塌方處理困難[7-8].

2.1 云池隧道第一次大型塌方

云池隧道開挖后圍巖掌子面為紅砂巖，拱頂出現(xiàn)面積為1 m2的白色泥巖，泥巖厚度為0.3 m，開挖后立即對掌子面進(jìn)行掛網(wǎng)初噴，當(dāng)掌子面噴射混凝土施工至起拱線時，掌子面拱頂流水量突然增大，形成出水集中點(diǎn)，初噴混凝土脫落，掌子面拱頂處1 m厚的黃砂掉落，露出鵝卵石并伴有較大出水，鵝卵石夾雜泥沙隨流水迅速下滑，形成泥石流狀塌方，鵝卵石滑塌長約40 m.幾小時后掌子面處水壓變大，隧道發(fā)生二次垮塌，塌方呈泥石流狀，以小的卵石土和砂泥為主，隨流水迅速流出，滑塌時間短塌方量大，滑塌長度約100 m.

圖1 泥石流塌方

2.2 云池隧道第二次大型塌方

隧道第二次塌方時掌子面拱頂厚度2 m范圍內(nèi)為白色泥質(zhì)砂巖，厚度大于2 m為紅砂巖，拱頂出水較大，由于隧道施工處于雨季，隧道施工出水量受地表水補(bǔ)給豐富，出水量變化明顯，為保證安全，施工時拱頂沿長度方向每間隔0.8 m施工循環(huán)超前注漿小導(dǎo)管，流水沖刷拱腳時，增設(shè)臨時仰拱，采用機(jī)械配合人工開挖方案掘進(jìn).拱頂白色泥質(zhì)砂巖處最后開挖，采用人工開挖，開挖后立即進(jìn)行掛網(wǎng)初噴，預(yù)留排水孔.但開挖過后出渣時，拱頂白色泥巖突然掉落，露出鵝卵石并伴有較大的出水，鵝卵石夾雜泥沙隨流水迅速下滑，鵝卵石層形成滑塌，滑塌長度約80 m，鵝卵石已塌方到洞頂，拱頂左側(cè)集中出水，水量很大.塌方在穩(wěn)定1 d后，再次發(fā)生突泥突水塌方，此次突泥持續(xù)時間更長，方量更大，流速更快，涌水量更大，外流持續(xù)1 d，此次流出來的以泥砂為主，少有大塊卵石，卵石土外流長度約160 m，塌方單日出水量約為2 000 m3.

圖2 隧道塌方及突泥突水情況

3 隧道塌方處理技術(shù)

3.1 隧道出渣反填

隧道塌方后由于塌方體外流較遠(yuǎn)，無法處理掌子面，隧道無法施工，塌方時根據(jù)塌方量大小在仰拱或二襯前方處采用沙袋進(jìn)行反填，沙袋反填厚度1.5 m，沙袋高度為2 m，沙袋間安放排水管，排水管梅花形布置，間距80 cm，起控制塌方并排水的作用.待塌方穩(wěn)定后對塌方渣體沿隧道方向打管排水，將塌方體內(nèi)含水引出，穩(wěn)定1 d左右后進(jìn)行出渣，出渣至掌子面6～7 m時停止，將塌方體進(jìn)行封閉.主要原因是隧道塌方后雖已經(jīng)反壓自穩(wěn)，但掌子面前方已形成空洞易形成水量聚集地，一旦水量聚集壓力超過反壓力將再次發(fā)生突泥突水現(xiàn)象，6～7 m位置靠近掌子面，可以安全保證對塌方掌子面的反壓，防止二次塌方.

出渣到位后立即采用沙袋和噴射混凝土對塌方渣體進(jìn)行封閉，沙袋厚度為2 m，高度為1.5 m.塌方后處理時掌子面出水量比塌方時水量減少，故沙袋中間預(yù)留面積為1 m2，直徑為100 mm排水孔，呈梅花形布置.沙袋反壓后，在沙袋上打入長度為0.5～1 m的Φ22短鋼筋，鋪設(shè)Φ8鋼筋網(wǎng)，噴射C25混凝土封閉反壓沙袋，噴射混凝土厚度為20～25 cm，確保沙袋形成整體封堵.

3.2 塌方渣體固結(jié)

隧道塌方渣體反壓穩(wěn)定后，人工修理塌方渣體，距離掌子面1 m范圍內(nèi)的渣體嚴(yán)禁擾動，1 m以后的渣體人工修整坡度，順坡至沙袋反壓處，修整好后，在塌方渣體上打入Φ42無縫鋼管，鋼管長4 m，間距1.5 m，呈梅花形布置，鋼管打入角度需垂直塌方渣體面，鋼管采用鋼花管，鋼管后方0.5 m不打孔，避免注漿時漿液外溢.鋼管施工完畢后，對渣體進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨，形成止?jié){墻，使注漿達(dá)到固結(jié)效果.注漿時采用水泥-水玻璃雙液漿，加快漿液固結(jié)速度，將塌方渣體整體固結(jié).注漿固結(jié)后，在距掌子面2～3 m左右位置開挖出一處施工平臺，方便人員、機(jī)械在此處施工處理塌方掌子面.

3.3 隧道管棚施工

采用長管棚超前注漿支護(hù)處理塌方，隧道圍巖完全為卵石土，普通施工管棚時鉆孔無法成孔，鉆機(jī)鉆入后，孔后方被卵石土封堵，鉆頭無法取出，也無法成孔.經(jīng)研究后采用跟管施工工藝，當(dāng)采用Φ108跟管施工時，卵石土阻力較大，鉆進(jìn)Φ108無縫鋼管時，當(dāng)施工至第2節(jié)鋼管時會在第1節(jié)和第2節(jié)鋼管車絲連接處發(fā)生劈裂，無法滿足施工要求.采用Φ108地質(zhì)管仍無法承受在卵石土中鉆進(jìn)的扭力，施工3～5 m后在連接處發(fā)生劈裂或彎曲，管棚無法施工.

現(xiàn)場經(jīng)多次試驗調(diào)整后，采用Φ146跟管管棚施工方案，跟管材質(zhì)選用寶鋼R780專用地質(zhì)管.Φ146跟管施工時，先用鉆頭破孔，開孔后用擴(kuò)孔器擴(kuò)孔，然后用同心鉆通與擴(kuò)孔套鉆入卵石土，鉆入后接管時，鉆頭后方用管靴頂住鉆頭，地質(zhì)管與管靴采用絲扣連接，地質(zhì)管每根長1.5 m，地質(zhì)管之間連接用管接頭連接.Φ146管棚施工采用風(fēng)動40臺鉆，施工時方便角度、位置的調(diào)整.地質(zhì)管入場后對地質(zhì)管進(jìn)行打孔，打孔間距30 cm，按梅花形布置，有利于管棚注漿，每根Φ146管棚最后兩節(jié)管不打孔，起到止?jié){的作用.

3.4 管棚注漿

管棚施工后在Φ146 m管內(nèi)插入2根Φ42 m小導(dǎo)管，一根1 m長，另一根與管棚同長，注漿時在短管內(nèi)注漿，長管排氣，當(dāng)長管出漿后，證明管內(nèi)已注滿水泥漿，關(guān)閉長管的球閥，繼續(xù)注漿，繼續(xù)注漿的量為擴(kuò)散量，可以有效的計算管棚注漿擴(kuò)散范圍.管棚注漿設(shè)計壓力為1.5 MPa，但隧道內(nèi)卵石土之間涌水量很大，注漿1.5 MPa根本無法注入，在多次嘗試后，在富水卵石土內(nèi)用7 MPa的注漿壓力可以達(dá)到比較理想的注漿效果.

3.5 開挖固結(jié)掌子面

管棚施工完注漿固結(jié)后，隧道開挖采用預(yù)留核心土7臺階開挖方案，拱部開挖先開挖左側(cè)，初噴防護(hù)，再開挖右側(cè)，初噴防護(hù)，最后開挖拱頂，初噴防護(hù)后進(jìn)行初期支護(hù).開挖時遇到出水點(diǎn)時需預(yù)留排水孔，每次開挖高度不高于1.6 m.掌子上臺階面范圍內(nèi)采用Φ42的熱軋無縫鋼管對掌子面前方土體進(jìn)行固結(jié)，鋼花管長5 m，每循環(huán)鋼花管封閉掌子面施工時預(yù)留1 m搭接長度，可以有效的固結(jié)核心土及隧道掌子面圍巖，有效的防止掌子面突泥突水的發(fā)生.

3.6 隧道塌方處理流程

該段隧道塌方經(jīng)處理后，未再次塌方，隨后的施工中未發(fā)生塌方現(xiàn)象，日前隧道已順利貫通，投入運(yùn)營，整個過程中使用功能良好.根據(jù)本次隧道塌方的處理經(jīng)驗，結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及現(xiàn)場試驗，總結(jié)出隧道塌方處理流程，如圖3所示.

圖3 隧道塌方處理流程圖

4 結(jié)束語

本文通過對富水卵石土隧道泥石流塌方成功處理的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)，為同類地質(zhì)圍巖施工提供了一定的借鑒.

在隧道富水卵石土圍巖條件施工中，引進(jìn)局部徑向注漿、帷幕注漿、雙層超前小導(dǎo)管注漿技術(shù)，通過超前地質(zhì)預(yù)報、臨時仰拱支撐、機(jī)械配合人工開挖、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉等措施，確保在含水豐富的卵石土巖層下隧道施工質(zhì)量和安全.

在類似富水破碎隧道中施工可以通過輔助措施和控制開挖來減小隧道施工的風(fēng)險，從而降低安全風(fēng)險，提高施工進(jìn)度以及壓縮成本.

[1] 鐵路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)所.高速鐵路工程施工技術(shù)指南: 全2冊[M].北京: 中國鐵道出版社,2012.

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[3] 王成.隧道工程[M].北京: 人民交通出版社,2009.

[4] 劉利成.淺埋富水卵石土巖層隧道地表止水注漿施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2014(9): 1-3.

[5] 管志濤.富水卵石土隧道開挖施工技術(shù)[J].商品與質(zhì)量,2016(3): 12-14

[6] 劉東.繁華城區(qū)富水砂卵石地層大直徑泥水盾構(gòu)隧道施工關(guān)鍵技術(shù)[J].隧道建設(shè),2011,31(1): 76-81.

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