長大隧道塌腔處理及發(fā)達裂隙水的引排施工研究

謝藝偉

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000）

云南省昭通市翠屏隧道為云南省在建第二長隧，隧址區(qū)位于震區(qū)中心。受地震影響，用于輔助施工和通風(fēng)的翠屏隧道2#斜井地質(zhì)復(fù)雜、圍巖破碎、裂隙水發(fā)達，施工過程中發(fā)生掉塊、坍落形成塌腔；洞內(nèi)圍巖裂隙水出水量較大，呈淋雨狀或涌流狀，洞內(nèi)縱坡達9%，反坡排水困難，對施工造成了很大的影響。文章以此為例分析塌腔處理措施及發(fā)達裂隙水的引排方法。

1 工程概況

翠屏特長隧道2#斜井起點位于主線ZK51+200附近，全長1455m，凈空尺寸為8m×6.35m，縱坡達9%，屬構(gòu)造侵蝕剝蝕中、高山地貌，地勢為單斜斜坡，高差變化大。隧道穿過區(qū)域相對高差367m，最高點位于主線附近，高程約為1932m；最低點位于斜井出口附近，高程約為1565m。隧道區(qū)屬地質(zhì)構(gòu)造中等復(fù)雜程度地區(qū)，穿過活動斷層，斷層對隧道主要影響為導(dǎo)水作用，影響了局部地段的巖體完整性。

2 塌腔處理

2.1 塌腔形成原因

隧道塌腔的形成不僅是圍巖破碎造成的，更大的原因在于裂隙水的影響。掌子面的開挖會導(dǎo)致原本穩(wěn)定的圍巖應(yīng)力場與滲流場重分布，原本穩(wěn)定或較破碎的巖體在重新分布的應(yīng)力場和滲流場作用下自穩(wěn)能力逐漸降低，最終失穩(wěn)，發(fā)生坍落。下面對施工時遇到塌腔形成的不同原因進行具體分析。

（1）巖性界限及裂隙水導(dǎo)致塌腔：巖性分界面節(jié)理裂隙稍發(fā)育，圍巖裂隙水較發(fā)達。由于圍巖巖性較軟，遇水易軟化，且?guī)r體整體性差導(dǎo)致發(fā)生坍落，形成塌腔，坍落體為散裝砂巖碎石夾雜塊狀、層狀巖體。

（2）砂質(zhì)頁巖段由于發(fā)達裂隙水導(dǎo)致的塌腔：中風(fēng)化砂質(zhì)頁巖為軟巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，層間結(jié)合差。由于砂質(zhì)頁巖遇水軟化且整體性差，而圍巖裂隙水呈線流狀遍布整個掌子面，導(dǎo)致整個掌子面巖石軟化發(fā)生坍落形成塌腔，坍落體為顆粒狀碎石夾砂質(zhì)結(jié)構(gòu)物，坍落范圍廣（見圖1）。

（3）多種節(jié)理裂隙切割導(dǎo)致圍巖不穩(wěn)定形成的塌腔：受地震影響，掌子面圍巖出現(xiàn)橫向、縱向、斜向多種節(jié)理，且較密集。在不同節(jié)理影響下，掌子面局部出現(xiàn)由節(jié)理裂隙切割形成的不穩(wěn)定區(qū)域。開挖后，在巖體自重影響下該不穩(wěn)定區(qū)域發(fā)生小型坍落形成塌腔，坍落體為受切割影響的小型塊狀巖體（見圖2）。

圖1 砂質(zhì)頁巖遇水軟化大范圍坍落

圖2 受節(jié)理裂隙切割形成不穩(wěn)定區(qū)域

2.2 塌腔處理方案選擇及可行性分析

塌腔處理根據(jù)坍落程度和塌腔大小以及裂隙水出水情況采取不同的措施進行處理。

（1）塌腔情況：掌子面拱頂少量巖體發(fā)生掉塊，導(dǎo)致拱頂高度約為1～2m、環(huán)向?qū)挾?m、縱向長度2～3m的塌腔，圍巖裂隙水呈淋雨狀出水。

處理方案：①將掌子面圍巖裂隙水用排水管引排至固定點抽出。②采用濕噴機械手對塌腔進行初噴處理。③立架工字鋼緊貼掌子面，防止發(fā)生后續(xù)坍落事故。④采用濕噴機械手先對拱架進行噴射，保證其他部位的穩(wěn)定，再用噴射砼將塌腔補滿。

可行性分析：因為塌腔較小，所以采用速噴填補塌腔快速治理的方式，防止周圍巖體因暴露時間過長不穩(wěn)定發(fā)生持續(xù)坍落。該方法可快速處理塌腔，資源投入未見明顯增加且便捷有效，避免塌腔暴露在空氣中時間過長引起持續(xù)坍落。

（2）塌腔情況：圍巖裂隙水較大，掌子面整體發(fā)生坍落，導(dǎo)致高度約為6～8m、環(huán)向?qū)挾燃s為8～10m、縱向長度約為3～4m的塌腔，此時可探知拱腳周圍巖體完整性及對其硬度進行分析。

采訪是電視新聞記者的工作之一，通過合理使用采訪技巧，可以提高采訪效率，并減少采訪過程中存在的問題。因此，記者必須提高采訪技巧的使用水平，提高采訪質(zhì)量。

處理方案：①掌子面采用土石方反壓回填，回填后采用噴射混凝土封閉掌子面，分別于隧底左右留出排水孔，使圍巖裂隙水可順?biāo)淼琢鞒?。②根?jù)塌腔尺寸預(yù)埋泵送混凝土管道，采用C20混凝土泵送至拱圈形成高約1m的護拱并吹細砂形成緩沖層，吹砂高度3m。③待混凝土終凝后，采用φ42小導(dǎo)管作為鎖腳鋼管并注漿將護拱兩側(cè)和巖體連接，保證護拱強度。④后續(xù)塌腔段開挖縮短工字鋼間距，加強超前支護，控制進尺，及時支護。

可行性分析：由于掌子面坍落范圍較大，但可探知塌腔周圍及拱腳下部巖體情況，護拱兩側(cè)可落到圍巖較好、較完整的實地，再以鎖腳小導(dǎo)管加固護拱兩側(cè)，因此采用反壓回填泵送混凝土形成護拱并吹砂的方式處理，在護拱保護下進行后續(xù)開挖，護拱上部細砂保護層可起到良好的緩沖作用，防止拱頂?shù)袈涫瘔K對護拱及拱架造成過大沖擊。泵送混凝土相較于注漿可節(jié)省大量時間，所需機械、材料等資源都較常規(guī)，可迅速實現(xiàn)塌腔的處理，達到快速處理的效果，保證后續(xù)開挖的安全性。

（3）塌腔情況：圍巖裂隙水較大，掌子面整體發(fā)生坍落形成體積不明的塌腔，坍落體多為小塊狀夾泥砂巖。

處理方案：①掌子面采用土石方反壓回填。②采用噴射混凝土封閉掌子面，并于拱腳預(yù)埋排水管。③進行全斷面水泥-水玻璃雙液注漿（見圖3）。④后續(xù)塌腔段開挖縮短工字鋼間距，加強超前支護，控制進尺，及時支護。

圖3 反壓回填封閉掌子面徑向注漿

可行性分析：因為具體塌腔太小不可探知且掌子面為軟弱圍巖，因此采用反壓回填再注漿的方式對掌子面巖體進行固結(jié)，使之形成一個整體再進行后續(xù)開挖。若塌腔縱向長度過長，圍巖又較軟弱，則需采用中管棚注漿法來固結(jié)松散的巖體。此方法所需投入潛孔鉆施作中管棚，在小端面大縱坡隧道內(nèi)操作較困難，所需時間較長。若可知塌腔縱向長度較短，則可采用超前小導(dǎo)管注漿的方式進行注漿固結(jié)巖體。此方式處理消耗時間長，但在塌腔情況不可知且持續(xù)坍落的情況下，能讓安全性得到最大保障。

3 裂隙水的引排

3.1 圍巖裂隙水的出水方式

掌子面經(jīng)開挖影響和爆破松動對圍巖裂隙的影響，地下滲流場重新分布，導(dǎo)致圍巖裂隙水呈現(xiàn)出三種出水方式。

（1）掌子面呈潮濕或點滴狀滲水。由于巖體完整性較好，層間結(jié)合較好且節(jié)理單一，節(jié)理密度小，圍巖受爆破松動影響較小，可以保持較好的整體性，裂隙水只能較少的從掌子面滲出，大部分會順著層間結(jié)合差的部位流出或從隧底滲出。

（2）掌子面整體呈淋雨狀出水。由于整個掌子面處于砂質(zhì)頁巖段，巖體完整性較差，節(jié)理復(fù)雜多變且層間夾泥。受爆破松動影響較大，掌子面整體呈現(xiàn)較松散狀態(tài)，巖層與巖層之間銜接不夠密實，導(dǎo)致掌子面整體呈淋雨狀出水。

（3）掌子面局部呈涌流狀出水。掌子面巖體為灰?guī)r夾砂巖，灰?guī)r整體性好，圍巖硬度較硬；砂巖較軟，巖體破碎呈小塊狀和顆粒狀。在圍巖裂隙水壓力作用下，掌子面局部破碎段夾泥砂巖被沖出，導(dǎo)致裂隙水從破碎帶呈涌流狀涌出。

3.2 大縱坡小端面隧道的反坡排水措施

翠屏隧道2#斜井縱坡達9%，掌子面圍巖破碎、夾泥，在裂隙水的作用下形成泥漿匯聚到掌子面，給掌子面的開挖造成了極大的困難。前期在電壓不穩(wěn)定的情況下無法滿足大功率水泵作業(yè)且會造成資源浪費，成本投入過高，因此在前期采用制作水箱逐級排水的方式進行裂隙水的引排。掌子面可根據(jù)水量大小選擇使用水泵的功率和數(shù)量，并在洞內(nèi)每100m處設(shè)置一個寬度60cm、長度4m、高度2m的水箱，剛好不會影響洞內(nèi)施工所需空間。每個水箱口采用2臺11kW增壓泥漿泵外接內(nèi)徑200cm抽水管并安裝紅外測水感應(yīng)裝置，在水位達到一定高度可自動抽水，較為方便。隨著隧道進尺加深且解決了當(dāng)?shù)仉妷翰环€(wěn)、電容不足等外部因素的影響，后可采用185kW定制大功率、高揚程水泵代替多級排水的抽水方式，每1000m設(shè)置一個水箱，實現(xiàn)三級或兩級排水，減少因分級過多而造成排查、維修困難的問題。同時，根據(jù)分析前中后期的抽水影響因素、資源投入和成本問題后分別采用不同的抽水方式，將資源利用最大化，減少不必要的投入，控制成本。

4 塌腔和反坡排水的謹慎治理

小斷面、大縱坡隧道的塌腔和反坡排水的治理對隧道施工有著巨大影響，應(yīng)做好應(yīng)急預(yù)案，并根據(jù)實際情況進行方案比選，塌腔處理方案應(yīng)安全、合理、迅速，以防止塌腔持續(xù)擴散；反坡排水方案選擇應(yīng)結(jié)合實際情況，保證排水的及時性，并將對隧道施工的影響降到最低。同時，在隧道施工過程中還應(yīng)加強超前預(yù)報的探測，對前方探出的地質(zhì)及出水情況做好預(yù)防措施；對于已支護段落應(yīng)加強監(jiān)控量測，及時測量位移并做好位移量過大時的應(yīng)對措施，待位移量趨于穩(wěn)定后盡早進行二襯施工，保證二襯步距，確保隧道施工安全。