泥灰岩隧道断层带涌水突泥治理措施

2017-11-28高卫卫

科技创新导报 2017年28期

高卫卫

摘要：以阿尔及利亚55km铁路甘塔斯长大隧道出口高地应力膨胀性泥灰岩地质断层带为背景，针对在掘进施工中出现的掌子面突泥、涌水、坍塌等现场情况，结合现场施工方法，通过小导管预加固稳定固结松散体及加强初期支护，通过玻璃纤维锚杆注浆加固掌子面的办法避免二次事故，恢复正常开挖，顺利穿过不良地质断层带，施工安全得到保证，遭遇相类似围岩及事故治理时具有较好的借鉴和适用性。

关键词：涌水突泥注浆加固玻璃纤维锚杆隧道施工

中图分类号：U457 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（a）-0085-03

隧道施工的过程中经常会遇到地质变化及断层地段，伴随着地下水丰富，自然形成的溶腔，在施工的过程中出现涌水、突泥，给正常开挖造成诸多困难，在治理过程中稍有不慎又极易引发二次灾害，带来极大的安全隐患，还造成成本、工期的损失。因此，在出现涌水、突泥等不良地质灾害后，要确保治理方案安全、可靠，尽快恢复正常开挖，以期顺利穿过不良地质段。本文将结合阿尔及利亚甘塔斯隧道的特点及涌水、突泥过程来讨论施工方法及治理措施。

1 工程概况

甘塔斯隧道是阿尔及利亚首都阿尔及尔至奥兰铁路55km复线改造项目的重难点工程，亦是全线控制性工程，双洞单线，左洞长7335m，右洞长7346m，是阿国家公路、铁路、水利各类工程最长的隧道，也是中国铁建股司乃至中国铁路行业在国外中标的“设计+施工”最长的铁路隧道。

隧道围岩以具膨胀性的泥灰岩、页岩等软岩为主，项目地处阿尔卑斯褶皱带，地应力大，极易造成围岩的塑性变形，隧道工程地质条件总体较差[1]。

甘塔斯隧道出口开挖至V1K108+300时遭遇地质断层带，地下水丰富，不断出现涌水现象，采用RMR分级确定掌子面为Ⅴ级围岩，强膨胀性泥灰岩为主并夹杂砂岩，由于泥灰岩遇水结合的作用造成未开挖岩体承载力降低，失稳，使后方已完成支护的段落亦出现大的变形。

在施工至V1K108+270.4时，出现大规模的涌水、突泥，迫使掌子面停滞，经过分析研究，在做好超前钻孔排水的同时，采用玻璃纤维锚杆配合小导管注浆加固，分台阶开挖的方式顺利穿越该不良地质段，恢复了正常掘进。

2 涌水突泥过程

根据超前地质预报信息，V1K108+270-260范围为地质变化带，形成断层且含水量大。2016年2月15日，甘塔斯隧道出口左洞在施工至V1K108+270.4，掌子面采用玻璃纤维锚杆加固过程中，钻进至7m（V1K108+263.4）时，发生小规模涌水、涌泥，涌水、涌泥沿钻孔排出，涌水约为20m3/h，涌泥约为6m3/h，立即对掌子面喷射混凝土加固，开挖临时排水设施引排涌泥涌水。

2016年2月18日，涌泥量突然加大，引发了掌子面滑塌，涌出土石方大约600m3，涌出约60m远，泥水在掌子面和后方横通道间淤积，现场照片如图1、图2所示。

3 治理措施

3.1 排水清淤

采用多台抽水泵同时抽排积水，接入布设的排水管道内，排至后方已施工二衬段落中央水沟内排出洞外，清除道路淤泥并重新换填干渣，恢复道路距掌子面15m处。

3.2 超前排水

在洞壁侧面斜向前施工排水孔引排掌子面前方地下水，采用由意大利CASAGRAND公司生产的全液压多C6钻机钻孔，钻孔深度25m，钻孔直径150mm，成孔后插入φ114钢管作为排水管，管壁按梅花形方式布置渗水孔，为防止渗水孔被淤泥堵塞，钢管外侧包裹土工布。

3.3 注浆加固松散体

加固涌泥松散土体，确保掌子面前方稳定：松散土体内借助机械插入长度6～8m的φ42mm小导管，导管顶部焊接钢筋，用以固定钢筋网片，土体表面采用厚度为5～10cm喷射混凝土进行封闭，导管端部焊接止浆板及注浆管，采用双液注浆泵加压注水泥浆液，通过渗透扩散，使水泥浆液填充土体孔隙，并固结土体，浆液采用普通Portland水泥拌制，单液浆比例为W∶C=1∶1.2（如图3所示）。

3.4 加强支护

对掌子面处支护部分（V1K108+275-270.4）施工φ42mm径向小导管，进行注浆加固，径向加固范围为开挖轮廓线外4m，小导管长度6m，环向间距40cm，采用YT28风动凿岩机钻孔，孔径≥50mm，人工安装导管。

根据收敛量测数据显示掌子面后方已闭合初期支护段落变形速率加快，部分区域出现砼开裂现象，为避免安全事故及后期变形加剧出现侵限换拱，对开裂段（V1K108+285-275）进行加固，施工第二层格栅拱架。格栅拱架主筋采用FeE500φ20钢筋，喷射砼厚度20cm，施工时采用逆做法，先施工仰拱，后安装上中导。

3.5 掌子面加固

松散体加固及初期支护加强完成后，采用超前钻孔探测前方塌体范围及围岩情况，同时检测导管注浆效果。

钻孔时记录成孔及岩体情况，发现小导管注浆起到了一定固结效果，但掌子面前方0～6m范围内塌方体仍较为松散，充斥泥、水，但9m以后围岩好转，含水量减少。通过分析总结认为此次突泥现象正是由于在掌子面前方6～9m处为地质断层带，存在自然形成的大体积溶腔，溶腔内被大量积水及经水作用后的膨胀性泥灰岩填充，压力极大，受降雨影响水量不断得到补充，当掌子面前方6m的土体难以承受此巨大的压力时，挤塌掌子面前0～6m岩体，溶腔位于拱腰以上部位。

为避免恢复开挖后，随着掌子面掘进发生二次事故，在做好钻孔排泥、排水的同时，決定用玻璃纤维锚杆注浆对隧道掌子面正前方继续进行加固，主要利用杆体的抗拉强度高、抗剪强度低、易挖除的特点，通过锚杆的锚固和注浆的作用将前方岩体形成一个整体，抑制其变形，提高抗侧滑能力[2-5]。在已封闭的掌子面上，将孔位标示清楚，掌子面玻璃纤维锚杆呈梅花形布置，间距1.0×1.0m，单根长12m。同样采用C6钻机从上至下分层钻孔，钻进过程保证钻杆与隧道纵轴向一致，锚杆采用定位器固定，人工安装，分段预留注浆管，避免成孔后塌孔无法保证注浆质量，即在锚杆11m、9m、6m、3m处均安装注浆管，利用扎丝将注浆管与锚杆捆扎牢固，当塌体（0～6m处）松散难以成孔时，插入钢管辅助，在注浆前将其拨出。endprint

4 开挖施工

涌泥松散体及掌子面加固完成后，恢复隧道掘进，为确保隧道施工安全，减少一次开挖面积，开挖方式改用超短三台阶法。拱顶仍采用φ42mm超前小导管注浆预加固，环向间距30cm，初期支护采用HEB220型钢拱架，间距0.8m/榀，预留变形量20cm，拱架间采用Φ25mm纵向连接筋加固，环向间距1m，每次开挖进尺0.8m并观察掌子面情况。

若遇拱顶掉块、坍塌需及时处理，若是小区域坍塌，采用挂网、喷射砼逐层回填密实。若出现较大面积的塌方体，对围岩初喷稳定后，先安装拱架，预埋泵送管及排气管，待初支喷射砼完成达到一定强度后，泵送喷射砼进行回填密实。

5 施工注意事项

（1）施工中坚持地质超前预报，采取超前水平钻孔的方式并在钻孔过程中详细记录钻进及钻渣变化情况，探明前方地质状况。

（2）出现渗水、涌水时，宜排不宜堵，利用超前钻孔的方式进行排水，提前降低掌子面前方水压，同时、对已完成的初期支护段落及时做径向排水孔，避免初期支护破坏。

（3）注浆材料要求满足质量要求，注浆必须饱满密实，保证注浆质量和效果，注浆加固后，对加固范围进行钻孔取样验证注浆效果，当浆液渗透性不良时补充注浆[6]。

（4）“勤量测”，按照有关规范、规程、规定的要求，对围岩和支护系统的稳定状态进行监控量测，坚持日常、正确、有效，每天及时完成数据采集及分析，判断支护变化情况及治理措施有效性，必要时及时调整支护参数及方案[7]。

6 結语

阿尔及利亚甘塔斯隧道出口地质构造复杂多变，岩溶发育、地应力高、膨胀性强，发生V1K108+270涌水、突泥、坍塌灾害后，制定了排水泄压、注浆加固、掌子面玻璃纤维锚杆加固等治理措施，稳中求胜，确保了施工安全，避免了次生事故，顺利恢复掘进并通过该断层、溶腔不良地质段，取得了良好效果。

参考文献

[1] 唐晓东.带微桩支撑的长大管棚在隧道进洞中的应用 [J].铁道建筑技术，2013（3）：11-13.

[2] 刘卫.预加固对软弱围岩隧道掌子面稳定性的影响研究 [D].北京：北京交通大学，2013.

[3] 杨道玉，刘军伟.隧道下穿天石线高压线塔施工方案[J].企业技术开发，2014，33（7）：44-46.