岩石隧道涌水突泥后处治研究

2015-11-01黄杨胜许智星陈思远福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州350025

建材与装饰 2015年6期

黄杨胜　许智星　陈思远（福建省建筑科学研究院　福建省绿色建筑技术重点实验室　福建福州　350025）

岩石隧道涌水突泥后处治研究

黄杨胜许智星陈思远
（福建省建筑科学研究院福建省绿色建筑技术重点实验室福建福州350025）

随着我国经济的不断发展，长大隧道的不断建设，在隧道开挖的过程中不可避免的会遇到涌水突泥等地质灾害，若处理不当，将造成施工器械毁坏、工程延期以及施工成本增加等问题。其中预防和治理涌水突泥等地质灾害成为隧道施工中的关键技术问题。本文结合龙厦铁路象山隧道，通过分析涌水突泥后的治理措施，为类似涌水突泥的工程提供借鉴和参考。

隧道；涌水突泥；治理措施

在隧道建设的过程中，当隧道施工进入岩溶高压富水区段，很容易遇到突发性的大面积涌水、突泥现象，这种灾害不仅会对工程造成重大的经济损失，同时更对对施工人员的生命安全造成严重威胁。如国外的仙妮斯峰隧道、阿尔卑斯山隧道在施工中遇到了岩溶突水、突泥和底板塌陷等问题，国内的大瑶山隧道的岩溶突水形成泥石流给隧道营运造成长期危害。本文通过对进行分析，探讨了灾害形成原因，并对发生后的治理措施，为隧道突水涌泥治理提供几点参考。

1　案例资料

1.1工程概况

新建龙岩-厦门铁路属国家重点工程项目，设计速度200km/h。象山隧道位于福建省境内，是全线最长的双洞单线隧道和最重要的控制工程。隧道起于福建省龙岩市新罗区曹溪镇三坑村，经过适中镇新祠村、象山村，止于漳州市南靖县和溪镇乐土村。隧道左洞长15898m，右洞长15917m，最大埋深830m，分进、出口和5座斜井共24个开挖面施工。隧道地质条件极为复杂，斜井和正洞穿越煤层、岩溶地层、断层破碎带，下穿村庄、水库、河流等诸多不良地质段，存在突水突泥、地表失水、地面塌陷、煤层瓦斯等地质问题。

1.2涌水突泥灾害分析

由于象山中地层分布以岩溶化地层为主，东西两侧则以非溶岩化地层分布为主，河间的地下水位和导水网络集中，施工过程中多次出现涌水情况，实测水压约为1.5MPa，在2012年11月21日隧道开工挖到YDK24+140时，工作面上突然出现大量的涌水和突泥，导致4.015km的隧道被淹没，估算涌泥量大约为14000m3，因隧道反坡开挖，导致涌水在洞内积蓄无法排出，积水量约为49.56m3。同时灾害引起地表周围出现大规模的下沉，严重地区最大下沉量到达635mm，引发塌陷48处，受灾波及面十分广泛，地表建筑物均出现了不同程度的开裂和破坏。由于降雨影响，馈口处再次发生涌水，最高峰值达到每小时6718m3。受到自然灾害的影响，隧道与地表水连通性增强，地表水可以更为直接的补水，增加了施工难度和风险，并提高了淤泥清理、岩溶涌泥治理的技术要求。

1.3涌水突泥的形成原因和影响

隧道开挖前，岩体受力处于自然平衡的状态，开挖后，岩体内部出现临空面，应力平衡遭到破坏，地下水流状态同时也发生改变。由于局部应力集中，导致原有岩体节理裂隙扩大，地下水流量与流速同时增大，对围岩的压力也同时增大，围岩的受力到达临界点后，就会发生涌水突泥现象。该地区地层分布以岩溶化地层为主，地下水较为集中，开挖后地下水集中涌向隧道内，也即水溶腔，导致水溶腔压力过大引发突水涌泥的现象。

若发生涌水突泥灾害后，没有合理的应对措施，则很有可能引发二次涌水突泥，因此治理中对有关技术和工艺的要求十分高，本文对泄水降压的处理、注浆处理方案的设计等方面进行了阐述与分析。

2　治理突水涌泥采取采取的措施

由于隧道为反坡开挖，隧道内淤积大量淤泥与地下水，为避免排淤排水的重复进行，固采用地表深孔封堵，泄水降压以及注浆加固的技术治理突水涌泥灾害。

2.1地表孔投料封堵技术

如图1所示1#、2#、3#、6#和7#孔为投料孔，4#、5#孔为注浆孔。

①将1#、2#和3#孔作为骨料的投放口，利用钻杆导出淤泥，伴随泵送清水进行清洗。清洗完毕后，先投入直径约为2～3cm灰岩石子作为过滤层，每投10m3的石子用电钻进行一次试探，防治石子堵孔，石子的填充高度要接近帽落顶。②6#孔和7#孔的淤泥较多，清洗后，从孔中注入水灰比为3：5的水泥浆，同时投入直径为0.5～1.5cm的灰岩石子，每头5m3用钻头试探一次，防止堵孔。④通过4#、5#孔对松动岩注进行加固，由于松动岩周围有排水管，避免在排水时涌出的泥沙将洞口堵住，要用含石灰水60%的单泥浆液进行填充，对松动岩的加固在高出拱顶4m以上，注浆量不要超过加固范围的30%，注浆完成后，用速凝水泥进行封孔。

地表投料完成后，实现了“堵泥排水”的目标，涌水量稳定在每小时150～180m3，水中的含沙量不超过5%，地表封堵完工后，实现在排水泄压的基础上进行淤泥清理工作，为治理溃口提供了有利条件。

2.2泄水降压措施

通过对象山辅助洞周边的地理环境和地质条件的分析，采用“只堵不排”的治理方针进行施工[3-5]。通过分析可知象山辅助洞涌水点具有如下特点：突发性、高压、流量稳定等，给涌水的封堵工作带来了很大难度，比较可行的办法是在封堵前先做好涌水的导流工作，之后采用帷幕注浆进行堵水。

图1　地表孔投料封堵孔位图

具体施工步骤如下：①施作减压进行分流，先用自制钢罩罩住钻爆孔内高压喷射水，令施工人员可以靠近高压喷射孔进行工作，在利用施作减压分流孔降低涌水压力，在降低喷射压力的同时有效消除涌水化雾现象，如果涌水压力过大可以采用多孔分流，令高压喷射涌水变成可控水。②加套管进行施工，在分流孔上安装套管，灌入水泥浆进行加固，之后检查能否与高压喷射孔贯通，减压分流成功后采用大直径钻头在高压喷射孔上进行钻孔，之后将套管安装与钻爆孔和减压分流孔上，注入水泥浆进行加固，将钻爆孔的涌水变为可控水，如图1。④当涌水转为可控水之后，要及时用混凝土封闭掌子面，混凝土厚度根据涌水情况和地质环境而定，但不能低于3m。在浆孔的位置预留埋口管，制作导管起导向作用，通常采用无缝钢管进行制作，外露范围控制在30cm左右为佳。

2.3注浆处理方案的设计

待处理涌水突泥段里程为YDK24+177～YDK24+140，为了提高高压富水岩溶区的注浆效果，加快施工进度，同时对掌子面和溃口墙进行注浆加固。YDK24+140工作面为溃口墙的涌水突泥处，钻孔必须穿过该地段初期支护，在钻孔过程中极易对初期支护造成破坏，对后期的开工安全造成很大影响，因此在开钻前需对溃口处用松散的泥沙进行局部加固。钻孔时，根据加固的实际情况适当的拓展加固面，以保证终孔里程穿过涌水突泥的溃口区。加固范围直径为7.8m，以硫酸铝盐水单液浆作为主要注浆材料，与水的配比为0.8：1到1：1.2，浆液的凝胶时间不得低于45min，但也不要超过80min。纵向的加固里程为YDK24+140～ YDK24+160，该区域未经开挖，作为涌水突泥岩溶段的重点加固段，需采用全断面超前预注浆。

2.4注浆中应该注意的技术问题

①进行加固注浆前对排水管实施顶水注浆，减少加固前出现突发涌水的概率。由于注浆加固采用的是全断面前进式分段注浆工艺，必须严格按照规定的工序，由外到内的展开，保证注浆的效果。②在加固过程中，从经济角度考虑要控制好浆液的扩散范围，避免不必要的浪费，若浆液的粘稠度过高扩散范围太广，容易堵住高位泄水孔。所以在注浆过程中要严格调配好浆液的比例，通过多次少注达到对加固范围的控制。同时也可以在距注浆孔直径不超过35mm的范围内用pvc进行孔底注浆，提高注浆效果，并方便对地层成孔进行检查。④在注浆孔下加入玻璃纤维锚杆，增强加固体的抗变形能力，通过实验比较，添加了玻璃纤维锚杆的加固体受压变形程度减少了80%。

注浆完成后，在注浆薄弱区域钻设钻孔进行检查，发现钻孔处的出水量不超过每分钟0.2L，符合国家规定的安全标准。通过对孔内成像进行检查，发现填充层密度高、稳定性好，该溃口墙的加固到达预期效果，为隧道安全的开挖提供了有利的保障。