富水卵石土隧道泥石流塌方处理技术

毛 峰，湛文涛

(1.湖北省交通投资集团有限公司，武汉 430030； 2.湖北交投智能检测股份有限公司，武汉 430030)

1 工程概况

云池隧道紧邻长江，全长为1 810 m，隧址处于高阶地区，低丘地貌，相对高差较大，斜坡沟槽相间，植被发育，隧道最大埋深97 m.隧道整体埋深较浅，其中进出口处为新近堆积体，最小浅埋深度为0.5 m，进洞条件异常苛刻，隧区穿越地质为Ⅴ级围岩，全隧道有几处极为破碎地段.隧道原地址为古河床地带[1]，经多年地壳迁移后形成山体，多半以卵石土堆积为主，岩体破碎且富水[2]，隧道设计出水量为1 500 m3/d，施工难度大，施工时塌方的风险高[3].

2 泥石流塌方实例

富水条件下卵石土隧道施工时需先做好排水工作，由于围岩出水量较大，每一循环超期小导管注浆后需在隧道拱顶处做超前排水，降低隧道拱顶和掌子面的水压力[4].隧道遇到断面内一半为富水卵石土一半为红砂岩的围岩条件下时，红砂岩位置不定，开挖时易遇到上部富水卵石土，开挖后外流超挖严重，下部为红砂岩，开挖破碎困难，延误初喷时间，使上部卵石土暴露时间过长，易引起局部塌方[5-6].

云池隧道临近长江，为卵石土围岩，地表可能存在蓄水池或水塘，地表水补给丰富，长时间降雨导致隧道涌水量突然增大，形成集中大出水点，造成隧道掌子面滑塌.塌方时涌水量大、流速快，易在掌子面前方形成空洞，空洞内继续汇集隧道内的流水、细沙和泥土，处理过程中极易发生再次塌方现象，塌方处理困难[7-8].

2.1 云池隧道第一次大型塌方

云池隧道开挖后围岩掌子面为红砂岩，拱顶出现面积为1 m2的白色泥岩，泥岩厚度为0.3 m，开挖后立即对掌子面进行挂网初喷，当掌子面喷射混凝土施工至起拱线时，掌子面拱顶流水量突然增大，形成出水集中点，初喷混凝土脱落，掌子面拱顶处1 m厚的黄砂掉落，露出鹅卵石并伴有较大出水，鹅卵石夹杂泥沙随流水迅速下滑，形成泥石流状塌方，鹅卵石滑塌长约40 m.几小时后掌子面处水压变大，隧道发生二次垮塌，塌方呈泥石流状，以小的卵石土和砂泥为主，随流水迅速流出，滑塌时间短塌方量大，滑塌长度约100 m.

图1 泥石流塌方

2.2 云池隧道第二次大型塌方

隧道第二次塌方时掌子面拱顶厚度2 m范围内为白色泥质砂岩，厚度大于2 m为红砂岩，拱顶出水较大，由于隧道施工处于雨季，隧道施工出水量受地表水补给丰富，出水量变化明显，为保证安全，施工时拱顶沿长度方向每间隔0.8 m施工循环超前注浆小导管，流水冲刷拱脚时，增设临时仰拱，采用机械配合人工开挖方案掘进.拱顶白色泥质砂岩处最后开挖，采用人工开挖，开挖后立即进行挂网初喷，预留排水孔.但开挖过后出渣时，拱顶白色泥岩突然掉落，露出鹅卵石并伴有较大的出水，鹅卵石夹杂泥沙随流水迅速下滑，鹅卵石层形成滑塌，滑塌长度约80 m，鹅卵石已塌方到洞顶，拱顶左侧集中出水，水量很大.塌方在稳定1 d后，再次发生突泥突水塌方，此次突泥持续时间更长，方量更大，流速更快，涌水量更大，外流持续1 d，此次流出来的以泥砂为主，少有大块卵石，卵石土外流长度约160 m，塌方单日出水量约为2 000 m3.

图2 隧道塌方及突泥突水情况

3 隧道塌方处理技术

3.1 隧道出渣反填

隧道塌方后由于塌方体外流较远，无法处理掌子面，隧道无法施工，塌方时根据塌方量大小在仰拱或二衬前方处采用沙袋进行反填，沙袋反填厚度1.5 m，沙袋高度为2 m，沙袋间安放排水管，排水管梅花形布置，间距80 cm，起控制塌方并排水的作用.待塌方稳定后对塌方渣体沿隧道方向打管排水，将塌方体内含水引出，稳定1 d左右后进行出渣，出渣至掌子面6～7 m时停止，将塌方体进行封闭.主要原因是隧道塌方后虽已经反压自稳，但掌子面前方已形成空洞易形成水量聚集地，一旦水量聚集压力超过反压力将再次发生突泥突水现象，6～7 m位置靠近掌子面，可以安全保证对塌方掌子面的反压，防止二次塌方.

出渣到位后立即采用沙袋和喷射混凝土对塌方渣体进行封闭，沙袋厚度为2 m，高度为1.5 m.塌方后处理时掌子面出水量比塌方时水量减少，故沙袋中间预留面积为1 m2，直径为100 mm排水孔，呈梅花形布置.沙袋反压后，在沙袋上打入长度为0.5～1 m的Φ22短钢筋，铺设Φ8钢筋网，喷射C25混凝土封闭反压沙袋，喷射混凝土厚度为20～25 cm，确保沙袋形成整体封堵.

3.2 塌方渣体固结

隧道塌方渣体反压稳定后，人工修理塌方渣体，距离掌子面1 m范围内的渣体严禁扰动，1 m以后的渣体人工修整坡度，顺坡至沙袋反压处，修整好后，在塌方渣体上打入Φ42无缝钢管，钢管长4 m，间距1.5 m，呈梅花形布置，钢管打入角度需垂直塌方渣体面，钢管采用钢花管，钢管后方0.5 m不打孔，避免注浆时浆液外溢.钢管施工完毕后，对渣体进行挂网喷锚，形成止浆墙，使注浆达到固结效果.注浆时采用水泥-水玻璃双液浆，加快浆液固结速度，将塌方渣体整体固结.注浆固结后，在距掌子面2～3 m左右位置开挖出一处施工平台，方便人员、机械在此处施工处理塌方掌子面.

3.3 隧道管棚施工

采用长管棚超前注浆支护处理塌方，隧道围岩完全为卵石土，普通施工管棚时钻孔无法成孔，钻机钻入后，孔后方被卵石土封堵，钻头无法取出，也无法成孔.经研究后采用跟管施工工艺，当采用Φ108跟管施工时，卵石土阻力较大，钻进Φ108无缝钢管时，当施工至第2节钢管时会在第1节和第2节钢管车丝连接处发生劈裂，无法满足施工要求.采用Φ108地质管仍无法承受在卵石土中钻进的扭力，施工3～5 m后在连接处发生劈裂或弯曲，管棚无法施工.

现场经多次试验调整后，采用Φ146跟管管棚施工方案，跟管材质选用宝钢R780专用地质管.Φ146跟管施工时，先用钻头破孔，开孔后用扩孔器扩孔，然后用同心钻通与扩孔套钻入卵石土，钻入后接管时，钻头后方用管靴顶住钻头，地质管与管靴采用丝扣连接，地质管每根长1.5 m，地质管之间连接用管接头连接.Φ146管棚施工采用风动40台钻，施工时方便角度、位置的调整.地质管入场后对地质管进行打孔，打孔间距30 cm，按梅花形布置，有利于管棚注浆，每根Φ146管棚最后两节管不打孔，起到止浆的作用.

3.4 管棚注浆

管棚施工后在Φ146 m管内插入2根Φ42 m小导管，一根1 m长，另一根与管棚同长，注浆时在短管内注浆，长管排气，当长管出浆后，证明管内已注满水泥浆，关闭长管的球阀，继续注浆，继续注浆的量为扩散量，可以有效的计算管棚注浆扩散范围.管棚注浆设计压力为1.5 MPa，但隧道内卵石土之间涌水量很大，注浆1.5 MPa根本无法注入，在多次尝试后，在富水卵石土内用7 MPa的注浆压力可以达到比较理想的注浆效果.

3.5 开挖固结掌子面

管棚施工完注浆固结后，隧道开挖采用预留核心土7台阶开挖方案，拱部开挖先开挖左侧，初喷防护，再开挖右侧，初喷防护，最后开挖拱顶，初喷防护后进行初期支护.开挖时遇到出水点时需预留排水孔，每次开挖高度不高于1.6 m.掌子上台阶面范围内采用Φ42的热轧无缝钢管对掌子面前方土体进行固结，钢花管长5 m，每循环钢花管封闭掌子面施工时预留1 m搭接长度，可以有效的固结核心土及隧道掌子面围岩，有效的防止掌子面突泥突水的发生.

3.6 隧道塌方处理流程

该段隧道塌方经处理后，未再次塌方，随后的施工中未发生塌方现象，日前隧道已顺利贯通，投入运营，整个过程中使用功能良好.根据本次隧道塌方的处理经验，结合相关规范标准以及现场试验，总结出隧道塌方处理流程，如图3所示.

图3 隧道塌方处理流程图

4 结束语

本文通过对富水卵石土隧道泥石流塌方成功处理的经验进行总结，为同类地质围岩施工提供了一定的借鉴.

在隧道富水卵石土围岩条件施工中，引进局部径向注浆、帷幕注浆、双层超前小导管注浆技术，通过超前地质预报、临时仰拱支撑、机械配合人工开挖、短进尺、强支护、早封闭等措施，确保在含水丰富的卵石土岩层下隧道施工质量和安全.

在类似富水破碎隧道中施工可以通过辅助措施和控制开挖来减小隧道施工的风险，从而降低安全风险，提高施工进度以及压缩成本.

[1] 铁路工程技术标准所.高速铁路工程施工技术指南: 全2册[M].北京: 中国铁道出版社,2012.

[2] 王峰.京九线吉安至赣粤省界段水防护的主要技术措施[J].铁道建筑技术,1997(5): 32-35.

[3] 王成.隧道工程[M].北京: 人民交通出版社,2009.

[4] 刘利成.浅埋富水卵石土岩层隧道地表止水注浆施工技术[J].铁道建筑技术,2014(9): 1-3.

[5] 管志涛.富水卵石土隧道开挖施工技术[J].商品与质量,2016(3): 12-14

[6] 刘东.繁华城区富水砂卵石地层大直径泥水盾构隧道施工关键技术[J].隧道建设,2011,31(1): 76-81.

[7] 撒应群.富水砂卵石地层地铁隧道盾构施工问题与处置措施[J].安徽建筑,2014,21(1): 72-74.

[8] 杨书江.富水砂卵石地层盾构法施工地表坍塌原因及对策[J].都市快轨交通,2011,24(1): 77-79.