南平九峰隧道涌水突泥綜合整治處理

■趙曉峰

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350000）

1 引言

近年來，隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，對道路和空間的需求逐漸加大，在閩北地區(qū)不乏城市中長山嶺隧道工程，中長隧道在開挖及掘進過程中往往會遇到復(fù)雜的地質(zhì)情況，僅靠設(shè)計前期的地質(zhì)勘探工作來了解現(xiàn)場地質(zhì)是不夠全面的。 山嶺隧道復(fù)雜的地質(zhì)條件包括斷層構(gòu)造帶、 軟弱圍巖涌水地質(zhì)等。當(dāng)隧道施工穿越軟弱圍巖地質(zhì)區(qū)域時，時常發(fā)生涌水突泥等施工地質(zhì)災(zāi)害，例如全長6557 m 的明月山特長隧道受不良地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重， 連續(xù)數(shù)月涌水量在5 萬t 以上[1]。 隧道施工中涌水突泥的發(fā)生極大程度上威脅著施工安全， 對其進行有效的處理及預(yù)防對隧道施工安全及隧道防滲漏具有重要意義[2]。

2 南平九峰隧道工程概況

南平九峰隧道左洞長1411 m，右洞長1380 m，左洞起點樁號：B0+226，終點樁號：B1+640，右洞起點樁號：A0+230，終點樁號：A1+610。 隧道進口位于平面曲線范圍內(nèi)，出口位于平面直線范圍內(nèi)。 隧道縱坡坡率/坡長：左洞為2.95%/1411 m，右洞2.95%/1380 m，隧道最大埋深為200 m，隧道穿越的地層主要為南平九峰山泥盆系粉砂巖。 九峰隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計原理按新奧法設(shè)計施工，為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)；路面為復(fù)合路面結(jié)構(gòu)；以注漿管棚導(dǎo)管、超前錨桿等為施工輔助支護措施。

南平九峰山位于南平延平區(qū)南面，是閩江起點第一山，山體巖性以粉砂巖為主，為堅硬巖，巖體較為完整， 局部節(jié)理裂隙密集發(fā)育。 九峰隧道為長隧道，按上下行設(shè)計為左右兩條獨立的隧道，隧道洞身中段以中風(fēng)化粉砂巖為主，穿越多條節(jié)理裂隙密集、巖體破碎帶，隧道側(cè)壁穩(wěn)定性差，拱頂無支護將產(chǎn)生小坍塌，地下水主要為基巖裂隙水，開挖時主要呈淋雨-點滴狀出水，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜(圖1)。

圖1 九峰隧道右線縱斷面

3 九峰隧道工涌水突泥成因分析

3.1 涌水突泥實際情況概述

九峰隧道于2018 年9 月1 日晚上20:35，B 線B0+883 上導(dǎo)開挖完成后出渣3 車， 現(xiàn)場施工人員發(fā)現(xiàn)有大量的泥水流出，且洞內(nèi)發(fā)出異響。 現(xiàn)場管理人員立即叫停出渣作業(yè)， 迅速引導(dǎo)人員機械撤出洞外，隨后大量突泥涌出。晚上22:00 左右，洞口觀察水量變小，現(xiàn)場人員進洞查看，泥漿涌到距掌子面91 m 處，下臺階左側(cè)開挖處堆滿淤泥。 淤泥厚度0.6～2 m，夾雜石塊。 當(dāng)晚23:00 左右突泥現(xiàn)象基本穩(wěn)定，掌子面右側(cè)拱腰位置有較大出水，其中一處為較大股狀水，其余為裂隙水滲出(圖2)。

圖2 B0+883 掌子面突泥涌水

3.2 涌水突泥成因分析

2018 年9 月1 日晚23:00 左右涌水持續(xù)，突泥已穩(wěn)定， 但B0+883 掌子面洞頂右側(cè)有一處常年冒水的泉眼和水塘，水塘水位下降明顯，泉眼處無冒水現(xiàn)象。 經(jīng)勘察隧道沿線地表附近范圍存在沖溝，覆蓋層厚度為61 m，地表植被、地面未發(fā)現(xiàn)下沉和開裂現(xiàn)象。

九峰隧道事故突發(fā)地位于原設(shè)計處于FB1FB2 構(gòu)造斷裂帶之間的破碎帶，開挖時易產(chǎn)生局部涌水及巖塊崩落，后根據(jù)地質(zhì)探測結(jié)果及超前鉆孔驗證資料掌子面右側(cè)前方為受斷層破碎帶影響的V 級圍巖。 該斷層破碎帶與隧道大角度斜交，掌子面右側(cè)距離斷層破碎帶2～3 m，左側(cè)距離斷層破碎帶約18 m。推測掌子面突水涌泥是由于右側(cè)斷層破碎帶與掌子面前方約10 m 處與隧道軸線大角度相交的斷層破碎帶相互交叉切割，受爆破震動形成新的裂隙或既有裂隙擴大兩者相連通而發(fā)生。

此次突泥量大，涌水時間持續(xù)較長，原因在于開挖過程中破壞了長期積累的泥腔、掌子面和周邊圍巖呈鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu)，泥腔與附近破碎帶或基巖裂隙貫通，導(dǎo)致積泥、水在斷層破碎帶區(qū)域大量涌出，經(jīng)估算日出水量約2000 m3，水流可能會成長期狀態(tài)。

4 九峰隧道涌水突泥處治措施

根據(jù)九峰隧道施工實際情況，綜合各參建單位的意見，分兩階段對該突泥涌水段進行處理。 第一階段的主要措施為：對掌子面立即設(shè)止?jié){墻進行反壓引排，防止突涌擴大，同時出水點保持繼續(xù)排水，不擾動周邊圍巖，并實時觀測掌子面及隧道洞頂沿線覆蓋層情況； 對B0+863～B0+883 段初期支護進行注漿補強加固。 第二階段的主要措施為：待涌水情況穩(wěn)定之后，在確保安全的前提下，監(jiān)控量測單位對掌子面前方進行TGP 隧道超前地質(zhì)預(yù)報分析，根據(jù)其成果、設(shè)計資料、地表現(xiàn)場踏勘及洞內(nèi)初期支護的量測沉降數(shù)據(jù)等相關(guān)資料為后續(xù)施工提供可靠支撐，采取小導(dǎo)管、長管棚等超前支護，確保安全通過該段落[3]。 兩階段采取的具體措施如下。

4.1 第一階段掌子面前處治措施

根據(jù)九峰隧道掌子面涌水突泥實際并結(jié)合地質(zhì)、突涌成因分析，采取的處理方案如下：

（1）B0+883 掌子面右側(cè)采用編織袋裝填砂子反壓封堵， 在反壓沙袋中預(yù)埋土工布反包的Φ108鋼花管排水，并在反壓沙袋外側(cè)采用I14 工字鋼作臨時支撐，確保在涌排水期間掌子面圍巖穩(wěn)定。

（2）B0+863～B0+883 段初期支護每個拱腳補打4 根鎖腳鋼管（Φ70 俯角45°）及增設(shè)上臺階拱底臨時仰拱；由B0+875 開始，自右側(cè)導(dǎo)坑上臺階初期支護的頂部自上而下采用4 m Φ42 壁厚3.5 mm 鋼花管徑向注漿，注漿采用水泥—水玻璃雙漿液，間距1 m×1 m 呈梅花形布置， 注漿壓力0.1～0.5 MPa，水灰比0.5∶1；確保后方初期支護安全。

（3）B0+883 掌子面右側(cè)導(dǎo)坑采用局部斷面超前預(yù)注漿加固，加固范圍至右側(cè)開挖線以外3 m，局部斷面預(yù)注漿采用30 cm 厚的C30 素混凝土作為止?jié){墻封閉掌子面，掌子面穩(wěn)定后，掌子面采取掛網(wǎng)錨噴支護封閉25cm 厚的混凝土作為止?jié){墻，止?jié){墻完成后，右側(cè)埋設(shè)20 m 長鋼花管引排，開挖前在掌子面打設(shè)3 孔30 m 超前探水孔引排斷層壓力水。

4.2 第二階段掌子面掘進處治措施

掌子面穩(wěn)定后，對掌子面前方B0+883～B0+925段（長度范圍42 m），通過TGP 隧道超前地質(zhì)預(yù)報進行分析（圖3）：該段圍巖為粉砂巖，隧道圍巖受多組構(gòu)造面切割，巖體破碎，對突水涌泥處采取局部多循環(huán)帷幕注漿止水措施。 縱波波速先衰減后增加，橫波波速逐漸衰減，由此推測該段構(gòu)造帶B0+893～B0+925 范圍內(nèi)具有富集地下水的條件， 地下水發(fā)育為富水地段， 發(fā)生突水涌泥的風(fēng)險較高，因此商定在該范圍內(nèi)按Ⅴa 級圍巖支護類型施工，小進尺開挖掘進， 盡可能減小爆破對圍巖的擾動，同時增設(shè)探水孔及時做好防排水措施，確保先探水排水后掘進[4]。

圖3 TGP 綜合地質(zhì)預(yù)報成果

（1）B0+883～B0+893 段 落 拱 墻 左 側(cè)60°右 側(cè)90°范圍采用Φ89 鋼管作為超前預(yù)支護， 超前支護長度10 m，環(huán)向間距0.4 m，縱向間距6.0 m，搭接長度4.0 m，施作3～4 根鋼花管即開始注漿，注漿采用水泥-水玻璃雙漿液， 根據(jù)現(xiàn)場情況局部加強超前小導(dǎo)管； 在超前鋼管的保護下逐榀按預(yù)留核心土環(huán)形方式開挖掘進，采用“微爆破，低振動，短進尺”等控制措施，減少對圍巖的擾動，中下臺階左右側(cè)錯開開挖，嚴(yán)禁拱腳懸空、浸泡水。襯砌采用Ⅴa 型襯砌形式，I22b 工字鋼架每榀間距50 cm，拱腳設(shè)40 cm×40 cm 鋼墊板，C25 噴射砼厚度28 cm， 雙層鋼筋網(wǎng)片，系統(tǒng)錨桿采用長4 m Φ42 注漿小導(dǎo)管，環(huán)形間距1 m， 縱向間距3 m，Φ25 連接鋼筋間距50 cm，鎖腳錨桿為4 根L=5.0 m Φ50×5.0 mm 鎖腳鋼管。

（2）隧道施工至B0+893 視初期支護出水情況采用局部范圍徑向注漿堵水達到限量排放的目的，后續(xù)施工每10 m 鉆設(shè)超前探孔、每20 m 進行一次TGP 地質(zhì)雷達近距離超前地質(zhì)探測，根據(jù)前方地質(zhì)探測預(yù)報及超前探孔資料， 判斷是否需要施作斷面帷幕注漿，并加強變形監(jiān)測，直至通過斷層破碎帶[5]。

（3）對九峰隧道進口B 線的拱頂下沉監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，B0+700 至掌子面段初支及圍巖整體仍處于緩慢變形狀態(tài)，未完全穩(wěn)定，有待繼續(xù)監(jiān)測，前段初支及圍巖已處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，可按施工工序進行二襯澆筑。 隧道掘進應(yīng)盡可能減小施工對巖體的擾動，并控制好每一次掘進尺度，加強初期支護，保護監(jiān)控量測點確保量測數(shù)據(jù)的連續(xù)可靠性(表1)，二襯澆筑及下臺階開挖及時跟進，確保隧道掘進安全有序。

表1 B 線進口隧道拱頂下沉9 月14 日監(jiān)測成果

4.3 處治效果

通過上述兩個階段的處治，在后續(xù)的隧道掘進過程中嚴(yán)格按處治方案組織實施，安全順利通過了隧道涌水突泥段施工，并在監(jiān)控量測監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定的情況下，完成了二次襯砌澆筑，且未發(fā)現(xiàn)隧道二襯開裂、滲漏水現(xiàn)象（圖4）。

5 遇不良地質(zhì)突涌預(yù)防策略措施

5.1 加強地質(zhì)預(yù)報和監(jiān)控量測

針對九峰山節(jié)理裂隙密集帶較為復(fù)雜，九峰隧道在穿越復(fù)雜地質(zhì)層時，若出現(xiàn)大降水，涌水突泥現(xiàn)象可能還會發(fā)生，為避免后續(xù)施工造成較大地質(zhì)災(zāi)害，要采取以疏排地下水為主，防排結(jié)合，必要時采用帷幕注漿止水。具體如下：（1）采用TGP 地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)貫穿隧道施工全過程，超前鉆探綜合探明前方地質(zhì)情況，地質(zhì)預(yù)報結(jié)果遇復(fù)雜地質(zhì)情況如斷層碎裂帶，項目部需做出處理方案，參建相關(guān)單位參與方案討論，最終得出處理措施[6]。 （2）對掌子面量測點進行加密布設(shè)，每2～5 m 增至1 個斷面，每個斷面7 個測點，監(jiān)測頻率由每天1 次增至每天3次，當(dāng)日量測監(jiān)控數(shù)據(jù)當(dāng)天進行整理和分析并反饋現(xiàn)場技術(shù)人員指導(dǎo)后續(xù)施工，為調(diào)整支護參數(shù)提供可靠依據(jù)。 （3）超前管棚支護：掌子面導(dǎo)坑采用局部斷面注漿， 設(shè)置Φ89 超前管棚支護， 局部加強采用Φ108 鋼花管，超前支護長度采用10 m 間距；鎖腳錨桿采用Φ50 鋼花管并增長錨桿長度，保證后期施工安全。

5.2 設(shè)置逃生通道加強組織管理

（1）掌子面至二襯段須設(shè)立專用逃生通道，并配備救生圈、救生衣等安全物資，確保險情發(fā)生時，施工人員能迅速撤離。 （2）加強班組安全信息化管理，做好作業(yè)班組手機APP 安全信息采集，施工過程中發(fā)現(xiàn)有突泥涌水先兆時，班組必須停止施工并立即組織人員、機械迅速撤離。 （3）每季度須對隧道洞內(nèi)的作業(yè)人員進行險情撤離應(yīng)急演練，使作業(yè)人員熟悉隧道內(nèi)的安全設(shè)施和應(yīng)急響應(yīng)，確保發(fā)生突泥涌水狀況時，第一時間啟動警報系統(tǒng)，各工作面作業(yè)人員能按應(yīng)急預(yù)案迅速安全撤出。

6 結(jié)語

隧道施工過程中涌水突泥的狀況較為普遍，九峰隧道出現(xiàn)的涌水突泥，提醒相關(guān)工作人員在后續(xù)施工必須隨時做好面對緊急狀況的準(zhǔn)備。 本文基于九峰隧道涌水突泥的實際情況，詳細(xì)描述了突涌災(zāi)害發(fā)后的相關(guān)處理，快速清理洞內(nèi)突涌物，進行編織袋填砂反壓封堵架設(shè)工字鋼作臨時支撐及時恢復(fù)正常施工，采用大管棚超前支護，后續(xù)加密TGP超前地質(zhì)雷達探測預(yù)報、監(jiān)控量測點，以及針對涌水突泥處預(yù)防策略思考，施工中遇復(fù)雜地質(zhì)做好應(yīng)急預(yù)案演練及整治處理措施，確保施工安全。