涌水涌泥岩溶地段隧道多方式互助施工技术

徐立新

(中铁十九局集团第二工程有限公司 辽宁辽阳 111000)

1 工程概况

小安隧道全长13 430 m，位于陕西省省界至四川广元区间，双线隧道，线间距4.6 m。隧区属于扬子准地台西北边缘地带，位于近东西向的米仓山台穹西缘，处于北东向与东西向两构造的结合部位，即龙门山褶皱带和大巴山褶皱带的交接地带[1]，隧道穿越魏家坪逆断层、孙家沟逆断层、牛峰包逆断层和板凳垭逆断层等4个断层带，穿越明月峡背斜、五里村背斜、王家湾向斜3条发育褶皱带，地质复杂、岩溶发育，为高度风险隧道。隧道正常涌水量达62 000 m3/d，雨季最大涌水量可达93 000 m3/d。

2 岩溶状况及分析

2.1 岩溶状况

施工过程中，隧道发生涌水涌泥，将初期支护破坏，之后该处病害持续发展，涌水涌泥中偶夹块石，最大体积近8 m3，突出物中夹杂卵石、圆砾，经分析为该岩溶系统形成过程中碎石、角砾经搬运形成。图1为涌水涌泥现场照片。

图1 涌水涌泥状态

2.2 原因分析

经过物探和钻探综合应用，确定DK355+580～DK355+615段基底分布较深的黏性土充填溶洞，仰拱底面之下最深约23 m；隧周分布不同规模的充填溶洞和空溶洞，距边墙最深约16 m。另外基底钻探揭示在不同深度存在发育未填充溶洞或溶缝，钻探揭示高度多在1m之内。通过物质成分来源分析主要为地质历史时期形成的囊状溶洞、裂隙，其间充填黏性土，夹碎石、角砾。突出物中偶夹灰岩质大块石，为溶洞崩塌物。该灰岩层上游出露地表高程比隧道高约500 m，可能形成的高水位和溶洞流塑状黏性土，会对隧道结构安全造成极大危害。

3 多方式互助施工技术

3.1 方案确定

通过对流体堆积物进行注浆固结，形成反压体，防止堆积物流动、涌泥口继续突涌，加强了隧道内初期支护结构的稳定，能有效抑制涌泥口继续扩大的趋势[2]。为了顺利引排三处涌水点的涌水，增加2 386 m泄水洞[3]，通过3号横通道作为涌水涌泥口的探测平导，进入涌泥口进行溶洞勘查、初期支护背后涌泥体加固，预防涌泥口继续突涌，并形成加固体。涌泥口的加固措施完成后，清除隧道内涌泥堆积体，实施隧道基底加固，在岩层破碎带、溶洞、溶蚀夹层、填充物等较浅的部位采用钢花管注浆加固[4]，在较深的部位采用桩基托梁结构型式进行地基加固[5]。为了将涌水口水量顺利排出，在隧道内增加框架涵，通过框架涵将水引排至隧道一侧，最后通过泄水洞引排至洞外。图2为多方式互助施工平面布置示意图。

图2 小安隧道多方式互助施工平面布置示意

3.2 实施方案

涌水涌泥岩溶地段隧道多方式互助施工处理在岩溶综合整治施工中，在确保施工安全质量的前提下，优化了各项施工步骤。

3.2.1 洞内堆积体加固

首先是对洞内流体堆积物进行注浆固结，形成反压体，防止堆积物流动、涌泥口继续突涌，加强了隧道内初期支护结构的稳定，能有效抑制涌泥口继续扩大的趋势。图3为涌泥堆积体加固纵断面示意图。

图3 隧道内涌泥堆积体加固纵断面示意

(1)对该段淤泥较厚段落先对其表面进行喷射混凝土作业，厚度15 cm，形成注浆封堵墙。

(2)对DK355+530～DK355+505段淤泥采用φ42小导管注浆固结，导管长度为9 m，间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，导管扩散孔距离小导管端部1 m范围内布置，扩散孔为φ3 mm，其余部位麻丝环向缠绕，间距30～50 cm。

(3)注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，注浆压力不少于3 MPa，保证浆液充分扩散加固流体。

3.2.2 探测平导

由于涌泥体将隧道灌满填充，从正洞内无法探测DK355+489位置涌水涌泥口岩溶的形态、地质状况以及初期支护背后填充形态，因此，采取探测平导方式[6]，提前揭示涌泥体位置溶洞形态，并采取加固措施，加固初期支护背后的堆积体。处理完成后将3号横通道于运营期间采用C15砼封闭处理，泄水洞洞口设置明显的标牌，防止人员误入。探测平导施工平面示意图见图4。

图4 探测平导施工平面示意

(1)3号横通道及探测平导采用4.5 m×5 m(宽×高)断面型式，主要用于揭示正洞DK355+489附近岩溶空洞情况，并加固初期支护背后的涌泥堆积物。探测平导开挖过程中采取超前钻探法进行超前地质预报[7]，确保施工安全。

(2)探测平导功能充分利用完成后，施工排水洞。

(3)待泄水洞小里程方向实现顺坡排水后，将排水洞接入泄水洞。

(4)3号横通道衬砌完成后，与正洞交叉口位置进行封堵。

3.2.3 涌泥口侧壁超前管棚注浆

3号横通道探测平导初期支护背后加固完成后，对DK355+489位置涌水涌泥口侧壁实施超前管棚注浆措施，加固初期支护背后涌泥体的同时形成涌泥口围护墙[8]，确保后期主洞内清淤等作业施工安全，对后期该涌泥口位置的围岩稳定性和初期支护体系都有了较强的保障。涌泥口超前管棚注浆加固示意图见图5。

图5 涌泥口超前管棚注浆加固纵断面示意

(1)DK355+475～DK355+505段在左侧前方打设φ108钢花管，对DK355+489处轮廓线外塌腔内的流体堆积物和已经灌注的混凝土进行注浆固结处理。

(2)侧壁打设φ108钢花管采用双排布设，管棚管距0.5 m，双层排距1.0 m。

(3)注浆采用水泥浆，注浆压力为2 MPa。

(4)管棚管直接嵌入涌泥口周边岩壁内，提高其强度及封堵能力。

(5)最后溶腔口封堵，利用预埋的泄水管泄水。

(6)加强监控量测频率。

3.2.4 隧道主洞基底加固

逐步清除隧道内涌泥堆积体，实施隧道基底加固。在岩层破碎带、溶洞、溶蚀夹层、填充物等较浅的部位采用钢花管注浆加固措施，在较深的部位采用桩基托梁结构型式进行地基加固。地基加固平面示意图见图6。

图6 地基加固平面示意

(1)DK355+520～DK355+585段及DK355+613～DK355+635段隧底主要为岩溶裂隙，采用φ108 mm钢花管钻孔注水泥浆充填密实，钢花管间距4.5 m×2.5 m(横×纵)。保证穿过裂隙进入基岩1 m，钢花管注浆孔选择在填充物深度附近布置，水灰比1∶1，注浆施工前进行现场试验确定相关参数，考虑确保注浆效果，终压控制在2 MPa。

(2)DK355+585～DK355+613段共设置16根挖孔桩，桩径2 m×2 m，桩底确保进入基岩2 m。开挖方式采用人工结合机械开挖，施工过程中严禁爆破开挖。横向两根桩基上方为横托梁，共设置8根横托梁，尺寸为2m×2m×13.92m；横托梁上方为纵梁结构，尺寸为1.8 m×1.8 m，作为衬砌结构的基础。

(3)地基加固施工过程中，加强钢花管底部岩层及注浆效果检测，桩基部分开挖至孔底后进行地质验基[9]。

3.2.5 岩溶段仰拱施工

仰拱施工过程中为确保结构安全，桩基托梁部位及时施工横梁及纵梁，钢花管注浆加固位置采取逐榀开挖，临时仰拱紧跟的施工措施[10]。桩基托梁仰拱示意图见图7。

图7 桩基托梁仰拱示意

(1)桩基完成后，迅速组织施工横梁和纵梁。

(2)钢花管注浆段仰拱施工。

①逐段清除已经固结的隧道内堆积物，每次开挖长度不超过两榀钢架距离，左右交错进行。

②单侧开挖完成后，立即施作边墙初支钢架，与原设计钢架连接，进行挂网喷锚，并预留临时仰拱钢架接口。

③纵向长度开挖达到6 m后，立即施工临时仰拱，临时仰拱与初支钢架封闭成环，浇筑C30混凝土，厚度40 cm。

(3)加强监控量测。

①净空变化和拱顶下沉量测布点应及时进行。

②隧道拱顶沉降点:为减少测量难度和确保观测人员的安全，拱顶埋设带有反射膜片的测点，采用全站仪无棱镜测量；边墙收敛量测点:各台阶(各分部)可采用反射膜片用全站仪对隧道收敛进行监测[11]。

③各测点距作业面1 m的范围内尽快安设，且拱顶下沉、收敛量测起始读数宜在3～6 h内完成，其他量测应在每次施工后12 h内取得起始读数，最迟不得大于24 h，且在下一循环开挖前必须完成。

④监控量测的频率应根据测点距作业面的距离及位移速度按测量频率表确定。由位移速度决定的监控量测频率和由距作业面的距离决定的监控量测频率之中，原则上采用较高的频率值[12]。当出现异常情况或不良地质时，应增大监控量测频率。

4 结束语

本文以实际工程为背景，通过喷射混凝土、超前管棚注浆等方式有效地稳定了隧道内堆积体，第一时间封闭了突涌口，增强了初期支护的稳定性；利用泄水洞、辅助通道及框架涵等结构快速排除溶洞内积水，加快处理速度；钢花管注浆及桩基托梁的组合应用，极大地解决了岩溶段隧道地基承载力不足的问题，为隧道施工及运营期间提供安全保障。以上多种处理技术的综合应用，成功解决了岩溶地段隧道涌水涌泥问题，在今后施工过程中，希望能对类似情况的处理有所帮助。