黄土隧道突水涌泥处理施工技术

陈志强，岳 华

(1.金华职业技术学院 建筑工程学院，浙江 金华 321000;2.中铁十六局集团 第四工程有限公司，北京 100010)

近年来，由于国家加大中西部地区基础建设投资，在西北地区黄土高原修建高速公路隧道，碰到的首要难题是黄土隧道突水涌泥问题。我国在隧道塌方处治方面已经积累了丰富的工程经验，但在湿陷性黄土施工中遇到突水涌泥处理尚缺乏较有效的经验积累。本文从甘泉黄土隧道突水涌泥处理的过程入手，介绍了黄土隧道突水涌泥的处理工艺，包括原因分析、处理方案及处理后的开挖、支护、二次衬砌施工和施工中的安全质量保证措施，并对黄土隧道的突水涌泥处治施工方法进行了探讨和总结。

1 工程概况

甘泉隧道位于甘肃天水市麦积区甘泉镇境内，是宝天高速公路唯一的一座黄土隧道。上行线全长1 775 m，下行线全长1 710 m，线路平面位置设在半径为1 200 m及650 m的曲线上，洞内纵坡2.4%，采用三心圆曲墙复合式衬砌，最大开挖跨度12.860 m，高度10.482 m，最大开挖面积110.07 m3。隧道穿越 Q3黄土，厚度随地形起伏变化，山体顶部至洞顶最厚达110 m，隧道洞身为强～弱风化泥岩，岩体呈土夹砂状，局部砂层含地下水丰富。进出口围岩以VI级为主，洞身围岩以V级(湿陷性黄土)为主。

2 突水涌泥原因分析

该隧道在施工过程中小型突水涌泥时有发生，但是2007年2月1日晚23∶05洞内突暴泥水尤为严重，突水涌泥距离长达222.5 m，洞内的大量小型机具及材料被掩埋，衬砌台车被冲至50 m以外。与突水涌泥段落相对应的地表塌陷长15 m，宽12 m，深15 m左右的陷坑。突水涌泥有以下两个因素:

1)本段施工中出水量较大，日最大流量达520 m3，水对土体的作用，加剧了初期支护的变形收敛，在水的强化作用下导致突水涌泥现象发生。

2)围岩的整体性差，土质不均匀，围岩中局部含有砂层，使初期支护承压过大，收敛变形严重，导致坍塌。

3 突水涌泥处理方案

3.1 洞内的施工

1)清理淤泥。待塌方体稳定后进行淤泥清理，避免扰动塌体，24 h不间断观测塌体涌泥状态，做好应急预案。由上至下分层分段清理使之形成缓坡道后，采取浇筑全断面混凝土临时仰拱支撑，厚度40 cm，然后对涌泥前沿进行回填反压，形成支撑体。

2)对洞内松散体的处理。首先对掌子面拱顶以下2 m范围内采用大管棚进行注浆固结，管棚按照0.55 m×0.55 m梅花形布置，大管棚的长度及根数为:φ89 mm，L=15 m，12 根;φ89 mm，L=12.5 m，10根;φ50 mm，L=6.0 m，16根。采用水泥水玻璃双液注浆，水泥与水玻璃浆液体积比为1∶1，水泥浆水灰比为 1.5∶1 ～0.6∶1。注浆固结见图 1。

图1 拱顶下2 m范围加固(单位:m)

3)左侧壁及上部导坑先开挖出工作面，大管棚超前注浆固结松散坍塌体，左侧壁导坑的施工如图2。导坑侧壁先采用8根φ50 mm超前管棚进行固结，之后安装I20工字钢，挂网喷射混凝土。工字钢间距为0.5～0.8 m，网片为 φ8 mm，网眼尺寸为 0.20 m×0.20 m，混凝土为 C20，厚30 cm。

图2 左侧壁导坑断面示意

上部导坑(位置如图3)开挖的侧壁及拱部采用喷厚40 cm C20素混凝土进行支护，形成工作面后打入长15～20 m φ89 mm的超前管棚20根对塌方体进行固结。

图3 上部导坑断面示意

4)导坑开挖范围内不能在注浆后开始扩挖导坑，边扩挖边采用大管棚超前注浆加固，待塌方体固结后逐段清理土体及掩埋物，然后再超前注浆固结前段的塌方体，再向前掘进。注浆固结见图4。

图4 下一步固结开挖(单位:m)

5)开挖。开挖前先打入2～4根φ89 mm的大管棚超前探水。采用双侧壁法施工，以人工开挖为主，预留大核心土，为加强核心土的自稳能力，对核心土进行小导管注浆固结，小导管采用4～6 m长，从侧壁导坑斜向打入核心土，并对其外露部分挂网喷锚。每环进尺0.5 m，保证施工安全。在开挖中遇有出水集中地段设置φ42 mm×4 mm长4.5 m径向小导管注水泥与水玻璃混合双液浆进行止水，并设引排水管泄水。在开挖过程中左右侧壁导坑纵向前后错开3.0 m，每循环进尺5～10 m后挖除外部核心土，进行下循环施工作业。

6)超前支护。自塌体前沿位置开始每隔10～15 m在拱部沿开挖轮廓线施作一环大管棚，大管棚采用φ89 mm热轧无缝钢管制作，环向间距40 cm，上仰角3°～5°，搭接长度3 m，大管棚内增加3根 φ12 mm的螺纹加强钢筋，呈三角形布置，通过管棚注1∶1水泥浆固结土体，管体用砂浆填满;管棚间采用管径φ42 mm×4 mm注浆小导管超前支护，小导管长3～4 m，环向间距20 cm，外插角30°～60°，注水泥与水玻璃混合双液浆。为加强超前管棚的稳定性将第一环尾部与二次衬砌预留钢筋焊接牢固。若开挖过程发现有涌水，在涌水部位增设超前管棚进行引水。

7)初期支护。初期支护先挂设 φ6 mm，20 cm×20 cm一层钢筋网片，喷射10 cm厚的C20混凝土封闭围岩，再采用间距为50 cm的I20a工字钢支撑，局部出水大的地方将工字钢间距调整为40 cm，两榀工字钢用环向间距50 cm的φ22 mm螺纹钢筋进行连接，连接筋采用内侧焊接。拱脚1 m范围开挖宽度扩大25 cm，在拱墙结合部采用 L=3 m，φ42 mm×4 mm锁脚注浆小导管，每榀工字钢一个钢拱脚处设置4根。采用厚60 cm C25模筑混凝土形成强支护。跳槽施作仰拱混凝土，支护形式同拱墙部。

8)二次衬砌。二次衬砌采用厚60 cm的C25模筑钢筋混凝土，配筋采用φ25 mm双层钢筋网，纵向间距30 cm，环向间距20 cm，二次衬砌与掌子面距离尽量控制在25 m之内。

9)排水设施。每5 m设一道环向排水管，将环向排水管与洞内排水沟及纵向排水管连通。在出水密集部位对环向排水管加密，每1～2 m设置一道。

3.2 洞外地表处理

1)地表处理

采用人工配合挖掘机对地表陷穴进行分层回填，逐层夯实，临近地表1 m处先铺设一层防水土工布，再采用一层厚度30 cm的3∶7灰土封闭夯填。

2)地表绿化

地表刷坡完成后，待后期沉降稳定后对地表进行绿化防护。

3)地表沉降观测

在地表刷坡完成后，沿纵断面每级台阶设置沉降观测断面，以加强对地表的位移沉降观测。

4 质量安全措施

4.1 质量保证措施

1)预留大核心土，顺线路方向核心土长≥5 m，以保证围岩的整体稳定性。

2)开挖时遵循“短进尺、强支护、早衬砌、勤量测”的原则，每一循环只掘进0.5 m，掘进完成后，立刻进行支护衬砌，缩短围岩的暴露时间。

3)仰拱与掌子面的距离尽量缩短，满足施工需要，及早形成封闭。

4)加强已完衬砌的量测工作，每天对拱顶作沉降观测，及时做好记录与分析。

4.2 安全保证措施

1)洞顶刷坡回填施工时设专人指挥机械。

2)派责任心强、有经验的专职安全员检查洞内安全。

3)做好围岩量测工作，及时将量测信息进行处理、分析，用于安全管理。

4)准备足量的沙袋，若再次出现涌水、涌泥作为应急使用。

5 结语

甘泉隧道突水涌泥施工方案和开挖方法选择得比较合理，施工能够顺利进行，从本次突水涌泥过程中可以总结出以下几点仅供参考。

1)施工中要遵循先固结后开挖稳扎稳打逐步推进的处理原则。

2)处理过程中要遵循排水、堵水及防水三结合的原则。

3)软弱围岩及不良地质段落施工时尽可能地缩小各工序的步距，做到初期支护及时成环，二次衬砌紧跟掌子面。

4)在施工过程中采取的方法和技术应该随地质条件的变化而改变，应根据地质情况对开挖方法和支护参数及时做出调整。

5)对一些关键工艺要严格把关，落实到位。如注浆固结工艺首先要多次试验找到合适的配比参数，其次要调整好双液压浆机的流速阀，保证按照配比进行注浆，最后还要保证压浆饱满。

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