公路隧道涌水突泥事前預(yù)防與事后處治技術(shù)管理

李洪

摘要：在進(jìn)行山嶺公路建設(shè)過程中，為了讓公路不饒遠(yuǎn)路或滿足公路等級對應(yīng)的強(qiáng)制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在遇到山體障礙物時，需要通過設(shè)置隧道穿越山體的方式讓公路建設(shè)順利進(jìn)行。但由于山嶺公路隧道埋深大、地質(zhì)條件復(fù)雜、富水等不利條件導(dǎo)致隧道施工困難，且施工安全風(fēng)險較大。其中涌水突泥是公路隧道施工常見難題之一，不僅影響施工進(jìn)度，增大建設(shè)成本，同時還嚴(yán)重威脅隧道洞內(nèi)作業(yè)生命和財產(chǎn)安全。因此研究如何有效預(yù)防公路隧道涌水突泥災(zāi)害發(fā)生，以及發(fā)生后如何有效應(yīng)急和處治非常重要。對此，本文通過對公路隧道涌水突泥事前預(yù)防以及事后處治技術(shù)管理進(jìn)行相應(yīng)的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：公路隧道;涌水;突泥;事前預(yù)防;事后處治

在公路隧道所穿越的山體中，受到復(fù)雜的地質(zhì)條件、水文等諸多因素的影響，同時在圍巖軟弱、破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育及富集地下水的情況下會自然形成溶腔^[1]。這時在公路隧道施工過程中，會很容易發(fā)生涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害，這不僅會給公路隧道施工造成阻礙，延誤施工進(jìn)度，同時涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害還會給公路隧道的施工及后期運(yùn)營埋下安全隱患，很可能會對施工人員及財產(chǎn)造成嚴(yán)重?fù)p失。在涌水突泥事后處治過程中，還非常容易引發(fā)二次災(zāi)害，若防范不當(dāng)一樣具有較大安全隱患。因此在公路隧道施工過程中，有效地提前預(yù)防涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生具有非常重要的意義。在發(fā)生了涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害之后，事后的處治措施對于施工單位來說也非常重要^[2]。

一、公路隧道涌水突泥的原因

第一、在公路隧道的周圍通常會存在著大量的節(jié)理裂隙十分發(fā)育、破碎、軟弱的巖渣，該巖體無膠結(jié)自穩(wěn)性，并具有一定的儲水作用，在隧道開挖過程中，若巖體中儲水量比較大，就容易發(fā)生涌水突泥的現(xiàn)象。第二、一般來說公路隧道周圍的地下水通常是由于大氣降雨而慢慢的滲透到地下水層，而如果在降水量較大的環(huán)境中，同時旁邊的森林覆蓋面積也比較大時，那么這就會導(dǎo)致公路隧道處的淺表層存在著縫隙的現(xiàn)象，降下的雨水則會沿著縫隙慢慢的滲透到公路隧道的深層中，這時在實施公路隧道施工時，就很有可能會發(fā)展為涌水突泥的現(xiàn)象發(fā)生。第三、隧道涌水的實質(zhì)是地下水原有的輸水網(wǎng)絡(luò)或存儲條件受到外界因素的影響而失去平衡而導(dǎo)致失穩(wěn)的現(xiàn)象，其影響因素眾多且復(fù)雜，但隧道涌水主要是因為大量的壓力水存在，即一是富水，水量大;二是水有壓力，即水頭在隧道開挖面上方，這是形成涌水的兩個必要條件。

以四川省甘孜州境內(nèi)國道549線無名山隧道為例，K9+311-K9+347段隧道施工中反復(fù)發(fā)生涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害，主要原因有以下兩點(diǎn)：

（1）受圍巖斷層影響，該段隧道周邊巖體極破碎，節(jié)理裂隙密集發(fā)育，具有良好的富水及儲水性能，形成了水量大、水壓高的儲水帶，而且?guī)r體中夾雜大量的松散固體物質(zhì)，如節(jié)理裂隙中的充填物、斷層破碎帶中的斷層巖等。在隧道開挖過程中，因為堅硬的不透水層逐步減少，當(dāng)不透水層承壓能力小于水頭壓力時，不透水層被破壞，大量的水在壓力作用下短時間突出，就造成涌水;當(dāng)水中夾雜大量軟弱填充物時，就形成涌水突泥。

（2）該段隧道圍巖主要以灰黑色碳質(zhì)千枚板巖為主，局部夾少量砂質(zhì)板巖及砂巖，板巖為相對隔水層，砂巖為相對透水層，板巖與砂巖的巖性接觸面相當(dāng)于一個隔水幕，把巖體分成兩個無水力聯(lián)系的水文地質(zhì)單元，常使其一側(cè)無水，而另一側(cè)水量豐富、水位很高，隔水層承擔(dān)了全部水壓力。因此，一旦不透水層被打穿，大量高壓地下水，可攜帶大量破碎巖石涌入隧道，形成涌水突泥。

二、公路隧道涌水突泥的事前預(yù)防措施

1.超前地質(zhì)預(yù)報

在進(jìn)行公路隧道的施工建設(shè)過程中，可以利用超前地質(zhì)預(yù)報的方式來有效預(yù)防涌水突泥的現(xiàn)象發(fā)生，從而能夠有效保證公路隧道的施工安全^[3]。超前地質(zhì)預(yù)報可采用開挖面地質(zhì)素描、TSP203地震反射法、HSP水平聲波反射法、地質(zhì)雷達(dá)、紅外探水等，提前探明掌子面前方圍巖的破碎和富水程度，進(jìn)行預(yù)測和驗證，及時進(jìn)行信息收集、處理、反饋，以調(diào)整施工方案和施工方法，有效減少涌水突泥地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，有效避免給施工單位帶來的不必要損失。尤其是對于復(fù)雜的巖溶地質(zhì)結(jié)構(gòu)或者是需要穿越斷層破碎帶等相關(guān)地質(zhì)中時，超前地質(zhì)預(yù)報可以發(fā)揮及其重要作用。

開挖面地質(zhì)素描是超前地質(zhì)預(yù)報最簡單的一種，可有效驗證和提高其他預(yù)測方法的準(zhǔn)確性，但其經(jīng)常被忽視。地質(zhì)觀察可以直觀的描述掌子面巖層穩(wěn)定性，其中比較重要的是對掌子面水的觀察，大體上應(yīng)從四個方面加強(qiáng)觀測，即水源、水量、水分和水的位置。例如在作業(yè)過程中，如發(fā)現(xiàn)鉆孔中有出水量比較大或水在壓力下涌出，同時水中夾雜軟弱物質(zhì)，此時一定要注意，這是涌水突泥的前兆，必須采取措施探明前方圍巖富水、破碎以及裂隙情況;采取必要的加固、堵水措施后才能繼續(xù)施工。

2、超前探孔

通過超前地質(zhì)預(yù)報發(fā)現(xiàn)前方有靜態(tài)水腔或存在承壓水等情況時，可輔予超前水平鉆探進(jìn)一步驗證并探明富水情況，同時超前探孔兼具排水泄壓的作用。

超前探孔一般分為30米長管棚超前探孔及每循環(huán)作業(yè)過程中加深炮孔。30米長管棚探孔每次施做30米，搭接5米，加深炮孔每次施做5米，每循環(huán)施做。長管棚和鉆孔一般布置在拱頂和拱腰，均要有一定的外插角。探孔過程中要詳細(xì)記錄巖層軟硬程度、含水量變化，水有無壓力、有無夾帶軟弱填充物等。

3.排水系統(tǒng)的安裝

在公路隧道的施工中，為了有效預(yù)防涌水突泥以及周圍環(huán)境的影響，可以首先安裝好相應(yīng)的排水系統(tǒng)。這樣等到隧道中發(fā)生涌水突泥的現(xiàn)象時，可以及時的從排水系統(tǒng)中排出，從而有效減少涌水突泥造成的相關(guān)危害[4]。隧道防排水遵循“防、排、截、堵結(jié)合，因地制宜，綜合治理”的原則，達(dá)到“排水暢通、防水可靠、經(jīng)濟(jì)合理、不留后患”的目的。

三、公路隧道涌水突泥事后的處治技術(shù)管理

1、做好涌水突泥應(yīng)急預(yù)案、定期演練以及應(yīng)急響應(yīng)

涌水突泥的發(fā)生往往就在短短的幾分鐘內(nèi)，對隧道可能發(fā)生的坍塌、涌突水等事故應(yīng)提前編制應(yīng)急預(yù)案并定期演練。常設(shè)應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)，明確應(yīng)急職責(zé)，制定相應(yīng)的事故報告制度，識別緊急需求，定期進(jìn)行搶險、救援演練，確保事故發(fā)生時，能快速反應(yīng)，實施緊急救援，有效預(yù)防事故范圍的擴(kuò)大，最大限度地降低和減少事故帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

隧道施工中突然出現(xiàn)涌水突泥，應(yīng)立即撤離人員和機(jī)械設(shè)備，并報告應(yīng)急響應(yīng)機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)小組，領(lǐng)導(dǎo)小組到達(dá)現(xiàn)場后，根據(jù)詳細(xì)的地質(zhì)，水文情況，制定出處理方案，切勿驚慌失措，盲目冒險，一哄而上。出現(xiàn)涌水是清澈的顏色，疏通排水系統(tǒng)，采用排水方式處理涌水;若涌水渾濁夾帶碎巖填充物形成突泥，要立即修筑混凝土墻，進(jìn)行攔截，然后用潛水泵排出。

2.開挖后周邊注漿堵漏

適用于經(jīng)超前地質(zhì)預(yù)報掌子面前方無后續(xù)突水、突泥危險，但裂隙發(fā)育，開挖后洞壁呈大面積滲水、淋水的一般Ⅳ、Ⅴ級圍巖段。周邊注漿的注漿孔按梅花型布置，孔口設(shè)熱軋無縫鋼管作為孔口管，注漿孔與隧道軸線呈90°（拱頂若鉆孔困難，可調(diào)整為60°）。以堵水為主時采用水泥-水玻璃雙液漿，C：S=1：（0.4～0.6）（體積比）;以加固圍巖為主時采用純水泥漿。對于一個注漿段，注漿順序為先注無水孔，后注有水孔，一般從拱頂順序向下，如遇密漿或跑漿，則間隔一孔或幾孔注，形成周邊圍巖固結(jié)后形成截水圈。

當(dāng)隧底存在涌水且設(shè)計無初期支護(hù)時，可在仰拱施作后仰拱回填前進(jìn)行隧底注漿，利用仰拱作為隧底注漿的止?jié){墻，可起到較好的堵漏效果。

3.隧道變形處治思路及方案

公路隧道發(fā)生涌水突泥后往往伴隨初支變形的病害。該病害應(yīng)遵循“先柔后剛、先放后抗、控制變形、及時封閉”的原則，采取“主動適應(yīng)+強(qiáng)支撐”的綜合處治方式：

變形處治主要措施：初期支護(hù)設(shè)置長短錨桿、擴(kuò)大預(yù)留變形量、初期支護(hù)鋼架和二次襯砌加強(qiáng);必要時還應(yīng)考慮開挖后周邊注漿進(jìn)行圍巖固結(jié)和防水防滲。

變形段隧道開挖采用微臺階法或單側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，考慮到隧道變形大，持續(xù)時間長，噴層容易破壞，所以噴混凝土可分層分時間段施工，這樣既可保持支護(hù)的柔性，又可保持噴層的完整性。隧道施工期間應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測，及時預(yù)測變形擴(kuò)大的可能性及程度，以便動態(tài)調(diào)整隧道結(jié)構(gòu)支護(hù)參數(shù)。

4、邊施工、邊總結(jié)

同一公路隧道可能在不同段落均會出現(xiàn)涌水突泥不良地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，但發(fā)生原因、事前征兆以及破壞特性等會存在或多或少的相似點(diǎn)。施工單位在涌水突泥事前預(yù)防和事后處治中，必須認(rèn)真分析和總結(jié)，不斷優(yōu)化預(yù)防措施和事后處治措施，盡最大限度減低涌水突泥不良地質(zhì)對施工建設(shè)造成的危害。

結(jié)語

公路隧道施工很容易發(fā)生涌水突泥不良地質(zhì)災(zāi)害，不僅會給施工單位的施工工期以及投入成本帶來影響，還會對施工人員的生命安全帶來嚴(yán)重威脅。因此通過事前預(yù)防，使用合理的超前地質(zhì)預(yù)報方式，優(yōu)化或改變隧道開挖和支護(hù)方式，可有效降低涌水突泥發(fā)生。而涌水突泥事后處治，采取科學(xué)、合理的處治措施可有效防止危害和損失的擴(kuò)大，盡快達(dá)到隧道施工正常化。因此公路隧道的施工單位應(yīng)該加強(qiáng)對涌水突泥預(yù)防以及事后處治技術(shù)管理的重視程度，提高預(yù)防措施與處治技術(shù)的水平，從而有效保證隧道施工的順利進(jìn)行，減少安全事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1]張劍寧，黃鵬.山區(qū)公路隧道涌突水應(yīng)急與處置方案[J].交通世界，2020（16）：158-160.

[2]韓雪剛，付曉健，連曉星.公路隧道穿越富水?dāng)鄬訋Чぷ髅嫱挥克幹渭夹g(shù)[J].市政技術(shù)，2020，38（03）：165-167.

[3]李海波.龍瑯高速公路安平隧道初步設(shè)計階段風(fēng)險分析[J].公路與汽運(yùn)，2020（01）：139-142.

[4]薛江偉.雙側(cè)壁導(dǎo)坑在公路隧道涌水侵限段施工中的應(yīng)用[J].水利水電施工，2019（04）：70-73.