山区隧道突泥处治施工技术

何克扬 蓝东杰 廖巧玲

文章以某山区公路隧道施工为背景，针对隧道在开挖过程中出现的塌方、涌泥等现象，采用C6超前钻探技术全面探测前方溶洞溶腔规模、大小、形状以及围岩情况，在初支变形段增设护拱，采用大管棚及小导管对溶腔段进行注浆加固处理，并施作止浆墙，后续对溶腔泵送C25混凝土进行加固，在规定时间内安全有效地处治了突泥病害，无安全事故发生，效果显著，确保隧道顺利实现贯通。

隧道工程;突泥;超前钻探;处治技术;监控量测

U457+.2A210743

0 引言

随着经济需求的不断增长，全国高速公路建设迅猛发展，隧道的修建技术越来越先进成熟，可穿越的地质条件也日趋复杂。某高速公路工程位于广西河池山区，以喀斯特地貌为主，地质条件极其复杂，有高地应力、大变形、大滑坡、危岩、崩塌、岩溶、涌水等多种不良地质风险，隧道在通过断层带、溶洞溶腔段时，极易出现坍塌、突泥突水等现象。本文以某山区隧道出现突泥现象为背景，为确保隧道溶腔的整体稳定性，在初支变形段增设护拱，采用大管棚及小导管对溶腔段进行注浆加固处理，并施作止浆墙，后续对溶腔泵送C25混凝土进行加固，在规定时间内安全有效地处治了突泥病害，无安全事故发生，效果显著。

1 隧道病害说明

某山区隧道为广西某高速公路关键性工程，左洞起止桩号为ZK450+753～ZK453+686，设计长度为2 933 m，最大埋深约为359 m（ZK452+200处）。当隧道左线施工至掌子面ZK451+831（埋深233 m处）时，发生塌方、涌泥、拱架损坏等灾害。第一次涌泥至ZK451+799段，长32 m，涌泥量为1 267 m3;第二次涌泥至ZK451+760段，长71 m，涌泥量为4 000 m3。

现场情况如下：

（1）2019-10-24开挖至ZK451+819段左侧遇到溶洞，经四方勘查现场后，将该段衬砌支护类型由S4-B变更为S5-A。

（2）2019-10-30开挖至ZK451+824段，左侧掌子面近边墙部位揭露半填充性溶槽，沿隧道纵向延伸2 m，宽约3.5 m，左侧边墙涌水。

（3）2019-11-04开挖至ZK451+831段，出渣过程中掌子面顶部塌落石头，将拱架、钢筋网片、连接筋等压坏，从掌子面往外数第二榀拱架也出现变形。

（4）2019-11-05掌子面继续往外涌泥，ZK451+825～ZK451+831段拱架发生严重的变形和垮塌。

（5）2019-11-10又发生塌方、突泥，塌方体继续外涌至ZK451+780段的位置。

（6）2019-11-19实施回填反压，并组织了超前钻孔等工作。

2 C6超前钻探

根据隧道出现的突泥现象，项目引进C6钻机，对该隧道进口左洞ZK451+817～ZK451+873段（长度为56 m）进行钻孔探测，从隧道进、出口两端全面探测前方溶洞溶腔规模、大小、形状以及围岩情况（见图1）。

进口端探测结果为：围岩以中风化大理岩为主，硬度与掌子面接近。较完整-较破碎，裂隙不发育或少量发育，但溶蚀空腔尺寸较大、分布范围较广，特别是隧道上方分布较为密集，且溶洞内部充填软泥碎石，含一定地下水。整体稳定性较差。推断围岩等级为Ⅴ级。

出口端探测结果为：围岩主要为中风化大理岩，局部夹较软层，硬度与掌子面接近。较破碎-破碎，溶蚀裂隙或溶腔发育，裂隙及岩层内部结构面间泥质充填，裂隙最大开度约为0.8 m。掌子面左部至中部10～24 m（ZK451+860～ZK451+846）段疑似存在泥石充填型溶洞;局部疑似存在泥石充填型溶腔以及溶蚀密集发育区。局部地下水有一定发育。该段完整性较差，且结构面间泥质充填、结合较差，整体自稳性较差，岩土体易发生掉块或坍塌。

3 突泥处治技术

根据C6超前钻探结果（图1），制定突泥处治方案（图2），总体思路为先注浆稳固再进行侧导洞开挖掘进并加强支护（见图2），开挖施工分为七个步骤：

3.1 泵送混凝土

在掌子面施工前，预先封闭掌子面ZK451+831，利用现状回填反压平台，钻2～3个孔对溶腔泵送C25混凝土，泵送过程中应记录泵送压力等情况。

3.2 导洞开挖前进行径向补强注浆

注浆施工前应进行工艺性试验，确定注浆压力、扩散半径等注浆参数。注浆材料采用水泥水玻璃双液浆，灰水比为1∶0.8，掺入水玻璃含量为水泥用量的3%～5%（水玻璃规格为35°Bé，模数为2.6）[1]，注浆压力为0.6～1.0 MPa，终压为6.0 MPa，要求扩散半径≥0.75 m，开挖过程中应验证浆液是否达到要求扩散半径。注浆结束标准以注浆终压和注浆量确定[2]。

3.3 第一阶段施工

（1）采用侧导洞清淤（反压体）至ZK451+826段。

（2）護拱施工从ZK451+808段开始施作。护拱采用Ⅰ18b钢架，间距为50 cm;导洞临时支撑采用Ⅰ25b钢架@50 cm、C25喷射混凝土25 cm。

（3）管棚施工。

管棚施工开始桩号为ZK451+820，导向管采用127 mm×4 mm钢管（长2 m）。止浆墙向外轮廓扩挖30 cm。管棚采用108 mm×8 mm钢花管，间距为50 cm，外插角为10°～15°。采用潜孔钻钻孔，钻孔顺序为先拱脚后拱顶，两台钻机同时施钻;为防止管棚注浆时出现串孔，钻孔施工时按3孔间距进行，遇硬岩慢速钻进。使用挖机配合人工顶管，施工时必须有专人负责指挥调度，禁止用力过猛、顶进速度过快。发现顶进阻力较大时，须旋转顶入。顶进前将管节与联结丝扣焊接牢固。每孔108 mm×6 mm钢管一次性顶至设计长度。

（4）施工止浆墙。止浆墙厚2 m，并扩至轮廓线以外0.5 m作为管棚施作空间。构筑止浆墙应根据钻孔布置，预埋60 mm孔口管，采用Ⅰ18工字钢作为临时斜撑对止浆墙进行支撑。

（5）对导洞掌子面前方15 m注浆加固。注浆导管为42 mm×4 mm小导管，导管长度为15 m（不含止浆墙长度），与下一环搭接5 m。注浆按“由外到里、从上到下、间隔跳孔”原则进行施工。要求扩散半径≥0.75 cm，并根据现场注浆情况确定检查孔位置，每循环数量≥10个。

（6）采用0.5 m进尺上下台阶法开挖支护导洞，上下台阶保证5 m距离。导洞开挖前须进行径向补强注浆。

（7）导洞上台阶开挖支护至K451+836段，下台阶开挖支护至ZK451+831段。导洞开挖使用开挖台车辅助施工，開挖时使用小型炮机凿除岩石。

（8）施工止浆墙，导洞上台阶掌子面前方15 m注浆加固，导洞下台阶开挖至ZK451+836段。

（9）施工止浆墙，导洞下台阶掌子面前方15 m注浆加固。

（10）右侧主洞采用上下台阶法0.5 m进尺清淤（反压体），上下台阶保证10 m距离，同时及时设置护拱。

（11）右侧主洞上台阶清淤支护至K451+816段停止，右侧主洞下台阶清淤支护至ZK451+806段停止。后续进入第二阶段施工。

3.4 第二阶段施工

（1）采用0.5 m进尺上下台阶法开挖支护导洞，上下台阶保证5 m距离，导洞开挖前须进行径向补强注浆。

（2）导洞上台阶开挖支护至ZK451+846段，下台阶开挖支护至ZK451+841段。

（3）施工止浆墙，导洞上台阶掌子面前方15 m注浆加固。

（4）导洞下台阶开挖支护至ZK451+846段。

（5）施工止浆墙，导洞下台阶掌子面前方15 m注浆加固。

（6）右侧主洞采用上下台阶法0.5 m进尺清淤（反压体），上下台阶保证10 m距离，同时及时设置护拱。

（7）右侧主洞上台阶清淤支护至ZK451+826段停止，右侧主洞下台阶清淤支护至ZK451+816段停止。

（8）仰拱跟进至ZK451+806段。

（9）进入第三阶段主洞开挖支护施工步骤。

3.5 第三阶段施工

（1）采用0.5 m进尺上下台阶法开挖支护导洞，上下台阶保证5 m距离。

（2）导洞上台阶开挖支护至ZK451+856段，下台阶开挖支护至ZK451+851段。

（3）施工止浆墙，导洞上台阶掌子面前方15 m注浆加固。

（4）导洞下台阶开挖支护至ZK451+856段。

（5）施工止浆墙，导洞下台阶掌子面前方15 m注浆加固。

（6）右侧主洞采用上下台阶法0.5 m进尺开挖支护，上下台阶保证10 m距离。

（7）右侧主洞上台阶开挖至ZK451+836段停止，右侧主洞下台阶开挖至ZK451+826段停止。

（8）仰拱跟进至ZK451+816段。

（9）二衬跟进至ZK451+806段。

（10）重复第三阶段主洞开挖支护施工步骤，超过溶洞≥10 m停止。

3.6 初支变形段处理

对于受到突泥已变形的ZK451+816～ZK451+826段，在开挖突泥体后应及时施作护拱。护拱采用Ⅰ18工字钢，间距为50 cm，并打设长锁脚稳定护拱，开挖后及时让护拱落脚。二衬跟进至初支变形段后，可逐榀拆除，更换钢架。拆除过程中，应加强监测，必要时设置临时支撑。

3.7 排水设施

（1）深层泄水孔长度≥6 m，孔内插入200 mm软式透水管，应采用铁丝或铁钉固定。

（2）集水井水流采用200 mmPVC管引入中央排水沟，200 mmPVC横向排水管端部需采用无纺布包裹，设置集水井并在排水段落取消原设计组纵向、横向排水管，在水量较大处，应加密设置集水井、环向排水盲管。

（3）环向排水盲管采用200 mm软式透水管，软式透水管需用无纺布包裹，并采用200 mm软式透水管接入中央排水沟。

（4）泄水孔深度≥6 m，纵向间距5 m，在溶洞发育、渗水较严重段应增设集水井。集水井位置可结合现场实际进行适当调整。

（5）设置集水井处应打设深层泄水孔，泄水孔径≥200 m，深度≥6 m，通过200 mm软式透水管将围岩渗水汇流至集水井，并通过200 mmPVC管与中心水沟相接。

4 监控量测

突泥处治为期半年，在处治过程中为确保施工安全，针对突泥处治段ZK451+811～ZK451+860设置了监控量测点以监测围岩的变形，监测时间从2020-06-25至2021-01-09。监测主要控制点布置如图3所示，加密点根据现场情况进行布设。

在监控量测过程中，掌子面ZK451+831于2020-09-10达到最大位移5.1 mm。次日，断面因变形过大，左侧拱腰钢拱架已严重变形，初期支护左侧混凝土开裂破损，监测测点被破坏。掌子面突泥，围岩处于急剧变形状态，有失稳的可能，为确保安全，项目暂停施工，加强支护并做好临时加固。待处治完成之后，项目恢复监控量测，各段面沉降均趋于稳定且沉降量在规范允许范围内，如后页图4～7所示。

根据监控量测结果，待围岩趋于稳定并确保安全步距的情况下，可分段施作二衬。

5 结语

在隧道突泥处治过程中，项目通过引进C6钻机，从隧道进、出口两端全面探测前方溶洞溶腔规模、大小、形状以及围岩情况，制定切实可行的处治方案;施工处治严格按方案执行，处治过程正常、平稳推进;过程中通过加密监控量测点，严密监测围岩的稳定性，以监控量测数据判定二衬施作时间，指导施工工序预防坍塌;后续并未发生突泥、突水现象，隧道左洞顺利实现贯通。

[1]张朝斌.隧道二次衬砌裂缝处治技术的应用[J].西部交通科技，2020（2）：114-117，137.

[2]胡 勇，柳桂丽.张石高速二期蝴蝶谷右线隧道进口段不良地质治理[J].科技信息，2008（3）：93-94.