松青崗隧道涌水塌方處理技術

翁火斌

（南平高速建設有限公司，福建 南平 353000）

0 引言

隧道涌水塌方事故在隧道施工中較為常見，輕則影響隧道施工進度，嚴重時將造成人員傷亡，帶來無法預估的經(jīng)濟損失。由于涌水塌方具有一定的不可預見性，所以在發(fā)生后一方面要立即展開應急處理，撤除影響段的人員及設備，另一方面則要立即針對實際情況，制定合理可行的施工處理方案。鑒于此，本文以松青崗隧道涌水塌方段為例，詳細分析了塌方產(chǎn)生的原因，并提出松青崗隧道涌水塌方的處置措施。

1 工程概況

本工程松青崗隧道左洞利用既有舊洞，右洞新建長855m，隧道按分離式布置。設計時速為60km/h，路面橫坡為單向坡，設計荷載為公路-Ⅰ級。其中隧道是本合同段的主體控制工程。掌子面開挖至YK2+614，目前開挖揭示的圍巖巖性與原設計相差較大，為強風化巖，巖體破碎，遇水易軟化，隧道滲水量大。

YK2+600—YK2+630段原設計為Ⅲ級圍巖，地質描述為：圍巖為微風化石英云母片巖，為片理面，膠結較好，屬較硬巖。裂隙不發(fā)育，巖體破碎，呈塊石狀鑲嵌結構，地下水較貧乏，開挖多為點滴狀，側壁基本穩(wěn)定。

2 隧道涌水塌方過程及原因分析

2.1 松青崗隧道涌水塌方發(fā)生的過程

松青崗隧道采用臺階法進行施工，2019 年9 月26日19 時，掌子面開挖掘進至YK2+614，掌子面圍巖為強風化巖，局部為土質圍巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，局部掉塊；滲水呈點滴狀。局部已呈砂土狀且有裂縫，掌子面局部處開始涌水。隨后19 點10 分，掌子面突然坍塌，發(fā)現(xiàn)拱頂左側2m 處出現(xiàn)涌水并突泥，形成較大塌腔。2019 年9 月27 日6 時，涌泥趨于穩(wěn)定，但拱頂出水量仍較大，現(xiàn)場出現(xiàn)突泥后，掌子面立即停止施工，人員立刻撤離。2019 年9 月28 日掌子面情況穩(wěn)定后，為防止塌腔的進一步擴大和影響掌子面穩(wěn)定，避免涌水進一步軟化掌子面土體、浸泡拱腳，項目部開挖臨時排水溝引流掌子面涌水，并在拱腳兩側用沙袋土填護。經(jīng)檢測，涌出泥石量約為620m3，涌水量約3 000m3/d。

2.2 松青崗隧道涌水塌方原因分析

（1）松青崗隧道超前地質預報采用地質雷達技術進行了探測。根據(jù)超前地質預報，YK2+614—YK2+630地段圍巖情況與原設計不符，本次探測范圍內(nèi)圍巖主要為強風化石英云母片巖，為較軟巖，裂隙很發(fā)育，巖體破碎，富水性好，地下水量豐富，該里程變更為Ⅴ級圍巖，按ZDK-1支護施工。

（2）從支護類型來看，原設計YK2+600—YK2+630地段為Ⅲ級圍巖，按Z3 復合支護，與現(xiàn)有YK2+614 掌子面地質情況不符，支護參數(shù)嚴重不足是導致該段坍塌的重要原因。

（3）從圍巖完整性來看，該段隧道巖體呈破碎狀，裂隙很發(fā)育，圍巖完整性差。加上該段地下水豐富，不僅使強風化石英云母巖軟化，圍巖強度降低，對圍巖的穩(wěn)定性也會產(chǎn)生不利影響。

（4）從地下水發(fā)育情況來看，原YK2+600—YK2+614 地段地下水較少，洞身開挖至地下水豐富區(qū)域時，當?shù)叵滤臻g被打開后，大量地下水的涌出會直接導致塌方事故的發(fā)生。

（5）從力學結構來看，隧道施工開挖打破了原圍巖的力學平衡狀態(tài)，圍巖中應力得到釋放，加速軟巖變形發(fā)生，甚至引起塌方。

經(jīng)初步判斷，松青崗隧道圍巖強度低是隧道塌方的根本原因。支護結構參數(shù)不足，是隧道塌方的重要原因，在周邊土體壓力及地下水浸泡下，加劇了圍巖變形失穩(wěn)，形成了此次的涌水塌方災害。

3 涌水塌方施工處理方案

松青崗隧道塌方后，項目部及時迅速處理，洞內(nèi)涌水基本穩(wěn)定后，經(jīng)過業(yè)主、設計、監(jiān)理、施工4方在塌方現(xiàn)場進行踏勘，通過隧道涌水塌方的原因分析，決定采用加強洞內(nèi)外監(jiān)測、水平小導管注漿、超前小導管注漿、引排地下水等措施，此次涌水塌方處理施工順序見圖1。

圖1 松青崗隧道涌水塌方治理施工流程

3.1 隧道監(jiān)控量測

隧道塌方后，組織人員加強洞內(nèi)外監(jiān)控量測，在YK2+605、YK2+614二處斷面布置監(jiān)測點，監(jiān)測二處斷面拱頂沉降、水平收斂，同時觀察地表處是否出現(xiàn)裂縫和沉降，保證每天進行2～3次監(jiān)控量測，監(jiān)測結果見圖2，若發(fā)現(xiàn)異常監(jiān)測數(shù)據(jù)及時反饋給業(yè)主、設計、監(jiān)理。

圖2 隧道監(jiān)控量測結果

由斷面監(jiān)測結果可知，YK2+605、YK2+614二處斷面的拱頂沉降、水平收斂變化趨勢基本相同。其表現(xiàn)趨勢為：在塌方處前期變化大，塌方處置結束后累計變形逐漸增加，但變形速率逐漸減小。同時離塌方距離遠的，變形速率與累計變形量更小，趨于穩(wěn)定的時間也越短。塌方處置約10～15d，2處監(jiān)測斷面的變形趨勢基本穩(wěn)定。

3.2 掌子面排水

根據(jù)超前地質預報資料，觀察掌子面出水速度出水量約2m3/min，需及時將水引排，降低水壓對隧道穩(wěn)定性的影響，避免掌子面出現(xiàn)垮塌，在頂腰施作2?108泄水孔，將水提前引排。

3.3 掌子面回填反壓、水平注漿封閉

隧洞右洞掌子面YK2+614 段涌水塌方后，首先需進行抽排水，根據(jù)涌水量配備足夠的抽排水設備，待掌子面塌方土體穩(wěn)定后，立即組織對掌子面進行核心土回填及反壓（見圖3）。掌子面反拍壓實后，對塌方體及回填土按1.2m×1.2m 梅花形布置，用L=5.0m?50 水平方向小導管注漿固結，搭接長度不小于2.0m，并在其表面噴一層15cm 厚的C20 混凝土使塌方體封閉形成止?jié){墻（見圖4），同時在拱腰二處及拱腳兩側設置排水孔。

圖3 掌子面回填反壓

圖4 掌子面注漿封閉

3.4 塌腔填充處理

該段隧道頂拱塌方形成約620m3空腔，需進行泵漿填充。在掌子面拱頂將泵送鋼管插入空腔，對空腔泵送C20 混凝土，泵送分三次進行：①第一次泵送壓力略小，在空腔內(nèi)塌體表面形成50～80cm 厚的塌體保護層；②第二次泵送在第一次完成一周后進行，在第一次泵送基礎上形成2.0m 厚的塌體保護層，累計形成總厚2.8m 的塌體保護層；③第二次泵送完成3d 后進行第三次泵送，在前兩次泵送的基礎上形成2.0m 厚的塌體保護層。三次泵送累計形成總厚4.8m 的塌體保護層。

3.5 超前支護

隧道塌方體注漿固結穩(wěn)定后沿渣堆頂部初支出露的輪廓線，以環(huán)向間距為50cm、外插角為10°,45°，長為5m 的?50mm 小導管交錯布置（見圖5），縱向搭接長度不小于1m，縱向間距為2.0m。小導管注射水泥漿，水灰比為0.5∶1，注漿壓力為0.5～1.0MPa。

圖5 超前支護剖面圖

3.6 塌方段開挖支護

該塌方段（YK2+614—YK2+630）要求采用上下臺階預留核心土法開挖，開挖過程要求短進尺，及時支護并盡早成環(huán)。塌方體進行第一次開挖，嚴格按照設計圖紙要求，初支采用ZDK-1 支護類型施工，初支厚度由原設計24cm 調(diào)整為28cm 噴混凝土，采用雙層鋼筋網(wǎng)掛網(wǎng)，工字鋼采用工20b 型鋼支撐，間距為0.5m，二襯厚度由原設計30cm調(diào)整為55cm防水混凝土。

同時，二次襯砌施工前應加強該塌方段初噴厚度、型鋼間距及系統(tǒng)錨桿抗拔力檢測，經(jīng)檢測合格后方可進行下一道工序。松青崗隧道塌方段經(jīng)相關檢測，均符合圖紙設計要求。

4 塌方治理效果

4.1 隧道涌水塌方治理效果

松青崗隧道右洞YK2+614 涌水塌方段，歷經(jīng)兩個多月的不懈努力，在安全、環(huán)保、經(jīng)濟的前提下，完成了掌子面涌水塌方災害處置，有效加固了拱頂塌方的松軟破碎巖層。

4.2 綜合處置技術總結

（1）應嚴格按照設計文件及施工組織設計方案要求施工，加強現(xiàn)場施工技術及安全交底，做好掌子面巖塊掉落傷人、塌方、涌水、突泥等工程事故的應急處置，提升安全意識。

（2）加強施工地質預報工作，做好監(jiān)控量測，施工時堅持采取“少擾動、短開挖、弱爆破、強支護、勤量測、早封閉”的開挖原則掘進；開挖后及時進行初期支護，噴射混凝土封閉巖面，對開挖后揭露的破碎部位進行增打錨桿、掛網(wǎng)等加強支護，施工時應注意防排水。

（3）遇到隧道涌水塌方，應及時迅速處理，組織相關人員現(xiàn)場勘察，根據(jù)實際情況制定切實可行的應急處理方案。

5 結語

綜上，隧道涌水塌方會嚴重影響正常施工，并威脅洞內(nèi)人員及機械設備安全，松青崗隧道右洞涌水塌方發(fā)生后，采取了一系列綜合處理措施，成功完成涌水塌方地段處置，為后續(xù)的隧道施工提供了寶貴的施工經(jīng)驗和可靠的技術保障，也為松青崗隧道節(jié)點工程順利貫通奠定了堅實基礎。