雪峰山1号隧道3号斜井突泥涌水处治方案研究

田 鹏

中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030032

0 引言

近年来，随着我国经济建设的快速发展，我国铁路、公路建设的速度及规模都呈现出前所未有的景象[1-2]。在山区建设铁路、公路不可避免的会遇到隧道建设问题，由于山区地质、水文条件复杂，地质勘探资料无法全面的反映山体内部情况，在施工过程中经常遇到突泥涌水事故也不断增多, 造成重大的生命财产损失，隧道突水突泥问题现已成为国内外研究的热点[3-4]。如何正确合理的处治突泥涌水地质灾害不仅关系到施工技术人员的生命安全，也会对隧道施工的质量及进度产生重要影响。

1 突泥涌水形成条件分析

1.1 工程地质条件

雪峰山1号隧道位于湖南省隆回县和溆浦县境内。隧道进口至DK244+603.69位于R=9000m的曲线上，其它地段位于直线上；隧道内设人字坡，进口至DK249+500为9.2‰的上坡，DK249+500-DK254+914为4.6‰的下坡，隧道最大埋深780m。涌水、岩溶:根据设计提供隧道涌水量和富水程度资料分析:雪峰山1号隧道地下水富水性主要为孔隙潜水、裂隙水等。雪峰山1#隧道最大涌水量为112934.66m3/d，正常涌水量为84994.7m3/d。

雪峰山1号隧道3号斜井进洞为浅埋、偏压围岩，洞口10米范围采用CRD法施工，超前小导管预支护，环向间距30m，L=4.0m，I20b钢拱架加强，间距0.75m一榀布置。3斜5+10附近有断层切过洞身，采用CRD法，超前小导管预支护，L=4.0m ，环向间距0.35m，I18钢拱架加强，间距0.75m一榀布置。

1.2 水文地质条件

第四纪以来，由于本区地壳呈大面积间歇性上升，使雪峰山1号隧道3号斜井岩溶发育的速率小于地壳上升的速度。这就造成岩溶发育随深度的增加而减弱的大格局。在近地表地带，岩溶水交替循环剧烈，岩溶十分发育，岩溶洞隙规模大、数量多。而在地下深处，地下水交替运动十分缓慢，仅发育一些溶孔和小溶隙。故形成了岩溶发育的垂直分带特征，自地表至地下可分垂向洞隙带（包气带）、水平管道带（包括季节变动带与饱水带）、深部孔隙带（深部循环带）。隧道刚好处于二叠系长兴组（P2c）与茅口组、栖霞组（P1m+P1q）两层水平岩溶管道之间，地下水具有一定的承压特性，主要接受大气降雨补给，且水量相对稳定，或以静储量形式在其间缓慢流向排泄区，受排泄区的影响不大。

从物探跨孔YK1-YK2、ZK1-ZK2、ZK1-ZK3、ZK2-ZK3、ZK3-ZK5、ZK13-ZK15、ZK21-ZK20、ZK18-ZK20 和单孔ZK9 、ZK10 、ZK11 、ZK23测试成果看，被测试各跨孔表层不同深度岩体裂隙较发育。尤其是ZK13-ZK15两跨孔在11.50～15.00m段岩体较破碎；单孔中ZK11在7.50～11.50m段岩体裂隙发育、为较破碎岩体，ZK23在4.00～5.50m段岩体破碎，裂隙较发育。

2 突泥涌水成因分析

从宏观上来看，雪峰山1号隧道3号斜井ZK38+770～ZK38+820段处于向斜弧形展布的转折段凸出部位近核部的构造溶蚀地貌。从构造和岩溶水文地质来看，此部位为典型的强富水汇集带。

第四纪以来，由于本区地壳呈大面积间歇性上升，使得岩溶发育的速率小于地壳上升的速度。这就造成岩溶发育随深度的增加而减弱的大格局。在近地表地带，岩溶水交替循环剧烈，岩溶十分发育，岩溶洞隙规模大、数量多。而在地下深处，地下水交替运动十分缓慢，仅发育一些溶孔和小溶隙。故形成了岩溶发育的垂直分带特征，自地表至地下可分垂向洞隙带（包气带）、水平管道带（包括季节变动带与饱水带）、深部孔隙带（深部循环带）。隧道刚好处于二叠系长兴组（P2c）与茅口组、栖霞组（P1m+ P1q）两层水平岩溶管道之间，地下水具有一定的承压特性，主要接受大气降雨补给，且水量相对稳定，或以静储量形式在其间缓慢流向排泄区，受排泄区的影响不大。

雪峰山1号隧道3号斜井突泥涌水段（ZK38+770～ZK38+820）地表岩溶形态除了普遍发育有溶沟、溶槽、石牙等外，还有少量的峰丛、洼地及溶蚀沟谷等，地下岩溶形态则有地下河、溶洞等，同时在隧道线两侧2km范围内的平均面岩溶率高达K=5.8，且在此范围内又集中发育于向斜的核部。雪峰山1号隧道3号斜井埋深266m～296m，出露地层为二迭系茅口组含燧石结合微晶灰岩，裂隙发育，岩体多呈块（碎状）镶嵌结构，为岩溶强富水性岩组。

综上所述，结合宏观与微观、动态与静态分析来看，ZK38+770～ZK38+820具备发生突泥涌水地质灾害的条件。尽管区域地表岩溶发育，且具有呈层性、向深性、不均匀性和垂向分带性特征，以及初勘、详勘资料表明，距离隧道上部25m有岩溶垂直发育带和距离隧道上部约100m附近存在地下暗河，但施工过程中开挖遇到和钻孔查证的溶腔是一宽7.18m，高35cm～15cm 的扁形溶缝,从左洞顶板以45°～50°倾角经ZK38+798右壁底部贯穿右洞，延伸至YK38+778（两洞里程相差约8.65m），溶缝宽仅15cm。且在溶腔两侧采间距1.5m×1.5m，长5mφ42mm的注浆热轧无缝钢管梅花形注浆处治。可排除此突泥涌水来源于隧洞上部的可能性，主要原因是:第二次（最大）突泥涌水是从路基底部冲毁路面砼，以及仰拱（钢筋砼）。

若来源于隧道上方，即使注浆处治效果不理想，也应该发生在洞顶或洞壁造成破坏；从长观资料和本次外野期间观测表明，发生突泥涌水具有间歇性、突发性。若来源于上部，虽向斜岩溶发育，但地表没有大型的伏流入口，地下水只能靠自身岩溶槽谷、洼地、落水洞等接受大气降雨补给，在枯季不可能短时间强径流汇集如此大规模的间歇性突泥涌水，另外，经过前两次大规模突泥涌水后，突泥涌水通道已经被疏通，第三次突泥涌水也就不可能再呈间歇性发生；从钻孔ZK18发生涌水后（钻孔钻至5m时）观测到ZDS3出水点断流，ZK20孔自流量明显较少，并逐渐不能自流，同时在进口三角堰测量的排泄量并未发生较大的变化（30m3/d）。

而ZK13、ZK12-1、ZK18、ZK20孔涌水时，水平孔中（自流的）的自流量并未发生变化。说明水平孔自流水为岩溶裂隙水，而竖孔中水具为承压水，并携带有一定的泥砂。从突泥涌水携带出大量的粘土、砂、卵石及碎块石和三次地下水动态分析，说明地下水来源于地下暗河管道系统，而且来得远，落差大，具间歇性的强大承压水动力大特性。并与隧道路面下的纵裂隙、溶洞贯通，形成网络状强径流带，储备一定数量的地下水，超过一定限度时，自下而上汇集强径流涌入隧洞，形成间歇性大容量突泥涌水。

3 处治方法

雪峰山1号隧道3号斜井突泥涌水段采用:“以堵为主，堵排结合，注重环境保护，避免次生灾害”的原则进行处治设计。

根据地勘报告和隧道建设情况，雪峰山1号隧道3号斜井突泥涌水主要为隧道下部溶洞（洞顶主要为干溶洞），结合岩溶隧道处治成功经验，突泥涌水段可采用注浆堵水结合承压隧道结构的处治措施，为了保证结构的安全，隧道处治段向岩溶区两端各延长了15m，具体的处治范围左洞为ZK38+755～ZK38+835，总长 80m。右洞为 YK38+760～800，总长40m。

处治段位于两车道隧道段，二次衬砌及仰拱均已施作完毕，但仰拱被涌水破坏，拱墙二次衬砌目前基本完好。该段将采用抗水压衬砌通过，主要处治措施为:拆除既有隧道二次衬砌、减小仰拱半径、增加支护结构刚度、注浆提高围岩的抗渗透能力。

具体措施为:

1）清理隧道底板围岩，将岩溶填充物采用C15混凝土进行换填，将贯通的溶缝采用C35混凝土进行封堵；

2）减小仰拱半径，增加隧道支护衬砌特别是仰拱部的承载能力；

3）对隧道围岩进行注浆加固止水，充分发挥围岩的自承能力；

4）加强隧道支护衬砌，采用初期支护和双层衬砌结构；

5）加强隧道衬砌排水能力；

6）加强处治隧道段水压及支护衬砌结构长期稳定监测。

处治措施施工后，对隧道及支护结构进行监测，监测的结构表明隧道及支护结构的变形均在规范允许的范围内，从而保证了隧道的质量安全。

4 结论

结合隧道的工程地质条件及水文条件，对隧道突泥涌水灾害进行成因分析。

在此基础上，根据隧道自身特点及地质条件，提出有针对性的隧道突泥涌水处治措施，结合施工后的监测结果，隧道的内部变形及支护结构的变形均在规范允许的范围内，从而保证了隧道的安全，为隧道的正常施工提供了保障。

[1]杨本生，赵明州，孙利辉.新型中空注浆锚杆在软煤岩巷道支护中的应用[J].西安科技大学学报，2009，29(4).

[2]王明恕，等.全长锚固锚杆的力学模型及其应用[J].金属矿山，1983(4).

[3]孙学毅.高应力地区和软弱围岩地下工程砂浆锚杆[J].煤炭学报，1984(2).

[4]蒙彦，雷明堂.岩溶区隧道涌水研究现状及建议[J].中国岩溶, 2003(4):5-10.