高速公路特长隧道涌水突泥处治施工技术研究

韦盛力

【关键词】高速公路;特长隧道;涌水突泥;隧道施工;处治技术;帷幕注浆

【中图分类号】U45 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2021）10-0088-03

0 引言

高速公路建设过程中，作为主要构筑物的隧道，在施工中面临许多难题和挑战。近年来，我国交通事业为适应我国经济的发展，努力减少各地路程的时长问题，隧道工程建设规模逐渐扩大。在此过程中，复杂地质环境的隧道工程越来越多见，其中就包括高速公路特长隧道[1]。我国山地面积占全国总面积的30%左右，因此需要在复杂地质条件下建设铁路隧道与公路隧道。隧道工程施工受地形环境、水文地质等多种因素的影响，容易产生各种地质灾害，影响隧道施工安全，其中涌水突泥是隧道内频发的地质灾害现象，它受断层破裂带的影响，具有突发性，会消耗地表水资源，影响生态环境，易造成围岩失稳、地表塌陷等灾害，对施工人员、机械设备及隧道本身造成较大的安全威胁，如果处理不当，会影响隧道施工进度和今后的正常使用，对隧道工程的长期运营极为不利[2]。为此，工程人员必须积极对涌水突泥处治施工技术开展研究与应用，降低隧道施工安全风险，保证隧道使用安全，为今后隧道工程的顺利建设提供技术支持。

1 隧道涌水突泥处治施工技术

涌水突泥虽然具有突发性，但也具有短暂性稳定的特点，所以在发生大范围涌水突泥后，应抓住时机及时采取处治措施，通常采取的综合整治方案的步骤是先封堵，再排水，最后加固，具体施工流程如图1所示。

如图1所示，在施工前进行施工准备，制订施工计划，然后根据实际地质情况调整施工方案;要做好现场监控和测量工作，还要准备防水措施，只有待所有准备工作结束后才能开始正式施工。

1.1 堵排结合处理涌水突泥段

涌水突泥病害发生后，在处置过程中为了避免再次引发灾害或施工事故，必须先对一些同类工程的抢险结果进行研究，不能盲目地进行抽水清淤。针对涌水突泥段洞内大量堆积的砂石、淤泥和污水，首先通过地表钻孔确定入孔方位，保证孔管入深位置后再进行地面投料，主要以破碎岩石混凝土为主;然后完成注浆工作，控制灾害发生路段路面的稳定，阻控淤泥;最后进行抽排水和清淤工作[3]。施工应遵循排水和堵泥同时兼顾的原则，在溃口路段和两侧双向施工分别投料，可以有效阻止大量的涌水和泥砂，避免涌水和泥砂继续涌入洞口，形成涌水突泥段疏水降压点，为清除淤泥做好基础工作。地表投料孔位的位置如图2所示。

如图2所示，其中1、2、3、4和5孔为投料注孔，6和7为破碎岩柱注浆孔，各孔通过钻孔到段内指定预计深度位置。1、2、3孔為隧道中部中心地段，这一部分作为渗滤层骨料投放，先用钻杆进行捣碾，使淤泥堆积更容易疏通，再用清水洗孔。细小的灰岩石具有很好的过滤净化作用，是本次渗滤层的主要用料，为了防止发生堵孔情况，每施工10 m就要进行一次探视以确保施工质量，填充高度达至拱顶。4孔和5孔地表较浅，淤积土质疏松，用注浆泵将浆液从孔管中先注入一定比例的水灰，再注入泥浆，然后循环进行这一操作，直到将投料堆到拱顶以下1 m。为了保障顺利排水，要确保工作面的岩体稳固，因此稳定溃口岩柱和周边拱顶是排水过程中的重要环节，应注意注浆时的水和泥浆及过滤石的比例，严格控制用量，这样可以避免因大量注浆导致排水时土体砂石在段内出现二次堵塞，通过钻杆从孔管底部自下而上逐步抬升，循序疏通，待排水施工结束再用快干水泥在孔管下部封孔[4]。经过地表投料，完成溃口工作面的堵排工作，涌水量趋于平稳，基本实现预计涌水作业目标。

由于无法划定灾害的影响范围且地质环境因素复杂，虽然经过钻孔和注浆排水，但仍然可能存在盲区，为了防止在注浆盲区发生灾害，因此在加固注浆前，必须采取排水降压措施[5]。首先设置高位排水孔，位置自右向左，使孔口能起到疏水和检查的作用，既可以作为排水孔也可以作为注浆观察孔。将高位排水孔设为4排5孔，间距为3 m。用地表投料物填充底部，建成泄水工作面，根据实际情况设置锚杆位置，并喷射一定比例的混合泥浆，处理边坡土，使边坡处于稳定状态。将防水板搭建在平台面上方，设置钢筋网为骨架，用一定比例的混合泥浆封底，在周围建造排水沟，让排水坡面具有一定坡度，将水引入排水沟排出。

1.2 全断面帷幕注浆施工加固隧道段

根据地下水特点和围岩土质，采用帷幕注浆技术，首先采取全断面注浆进行大面积注浆，再进行局部注浆，最后通过补注浆填充注浆盲区。注浆第一段采用空口管，对其进行阻水治理，增强前方岩体强度，使前方岩体聚拢收紧，形状有所改变，形成止浆岩盘，应尽快使掌子面闭合，呈闭合状态时利于工作面岩体稳定。空口管注浆阻水的扩散范围有限，因此注浆材料应选择容易与岩体结实的水泥，后两段的注浆施工中，应采用持久耐磨和重叠性较好的材料，建议选择水泥净浆。在整体注浆作业中，采取定位预埋方式进行钻孔，同时增加掌子面围岩的强度，确保其岩体的强度可以承受作业过程受到的压力，在掌子面设置止浆墙，止浆墙浇筑完成后直接于孔口管内导向钻进，注浆横断面如图3所示。

如图3所示，在止浆墙内预先埋设好孔口管，根据不同注浆孔的设计位置在止浆墙上放样布置，由测量组对止浆墙两侧先后安装孔口管，安装过程中严格控制孔口管在测量时要求的角度，孔位偏差不大于±5 cm，确保孔口管在止浆墙外部18～35 cm处。在注浆过程中，应采用潜孔钻机，可以提高效率，避免消耗大量的施工时长，安装就位后，对准钻杆角度向其管位钻孔，并及时检查钻孔方向，发生偏位及时校正。钻孔施工时应采用轻加压的方法施工，需要注意速度不宜过快，同时做好记录，包括起钻时间、孔深、孔号、涌水位置、涌水量和涌水压力。钻孔完成后及时对成孔进行泥砂清理，注浆开始前应对注浆机进行调试，如果有设备问题，应及时处理异常。根据预定的注浆量，检查所有施工材料是否齐全，然后安装注浆栓塞，向孔中进行注浆作业，当遇到难以钻进破碎岩石或突发涌水突泥情况时，应立即加固围岩或进行地表填料堵水，之后继续扫孔钻进，到达预计的钻孔深度后立即清空注浆直至完成全孔注浆。隧道开挖后，根据隧道地下地质环境对围岩周边采用全断面帷幕注浆技术进行加固和堵水。施工前应先探明水流方向，确定岩层的走向，结合各探水孔涌水量的变化趋势，进一步确定各孔涌水量和水流的方向变化。在探水孔钻完成后，如果没有出现满孔流水的现象，则可以运用容器提水技术测试，如果存在满孔流水现象，可采用射程计算法预估涌水量，若涌水射高为1 m处，公式如下：

P=6.5H（m3/h） （1）

公式（1）中，P为涌水量，H为水平射程，通过对各探孔涌水量的估算得到总涌水量，分析其稳定性，若涌水量稳定，则各探水孔涌水量<25 m3/h，總涌水量<280 m3/h，可以基本断定涌水突泥灾害发生可能性小，前方涌水量较为稳定，可以进行开挖施工;若前方涌水量大且超过限值，则判断其不具有稳定性，应具体估算涌水量。在水源左侧或右侧增补探孔，施工中一般按照全断面帷幕注浆技术进行注浆钻孔，使总涌水量分配到新增补孔处，若孔口管不再有满孔流水现象，则可继续观察各孔流水量，进而得到总涌水量。

2 实验效果分析

实施帷幕注浆施工技术需要对前方涌水突泥进行判定，分析前方裂隙发育的分布特征，经研究发现隧道内总涌水量稳定且低于限值，涌水段裂隙分布范围不大于4 m，帷幕注浆加工技术适用于活水条件下的泥砂溶洞。帷幕注浆技术采用全孔注浆，实行一次性的注浆方式施工，注浆时按照从低到高、由外向里的顺序，作业按照两序孔进行，间隔注浆，相互检查，这样可以实现挤压紧实的注浆目的。注浆效果直接影响施工的效率，需要采取多种措施保证其加固作用，如果发生漏浆情况，应及时处理，停止注浆并用封固化剂对其进行封堵。注浆完成后，经过实验论证分析，注浆效果提高了岩体的物理力学性能（见表1）。

从表1中可以看到，帷幕注浆的处治技术将围岩强度和承载能力提高了1倍，开挖该注浆段时，浆液已使破碎的岩石缝挤满胶结成一个整体，通过开挖检查，注浆体形成一个形如环状的保护壳岩体，能够止水，对段内溃口岩体也起到了固化作用，提高了施工的安全性。根据开挖情况来看，本文介绍的方法使突泥涌水量和段内岩体含水量都有了明显减少的趋势。在注浆加固前，地质环境恶劣，流水现象严重，一旦发生灾情，将会影响隧道施工进度，造成交通不便。实施注浆技术后，施工速度有了明显的提高，比注浆前快了近2倍。

3 结语

本文在查阅了大量文献资料的基础上，对隧道受断层破裂带影响发生涌水突泥后的处理方案进行研究和应用，在今后工作中可以对该种地质灾害的处治措施进行进一步研究，达到治理目的。考虑到施工效率、施工安全性，涌水突泥的处治要采用多种方案和技术综合施工，例如采用封堵技术相结合的方法稳定涌水突泥工作面，对隧道进行排水和清淤，有效控制隧道施工安全风险，运用帷幕注浆技术封堵地下水，提升围岩强度。隧道涌水突泥地质灾害的处治不仅针对溃口段，由于注浆范围有限，不能监控隧道内的全部区域，因此还应对周围可能受到影响的段面进行检测与加固，防止涌水突泥引起其他地质灾害，破坏地表水平衡，影响地层的稳定性。在本文的研究中还有许多问题仍待解决和进一步研究，例如针对不同地区的灾害，要根据各施工区域的特殊情况研究不同隧道工程的处治施工技术。同时，进行隧道施工时要随机应变，在加强管理的基础上把握关键环节，防止灾害进一步发展和扩大。

参 考 文 献

[1]杨卫东.特长隧道斜井工区涌水突泥原因分析与处置对策[J].交通世界，2021（13）：97-98，130.

[2]曾志文.隧道突泥涌水段处理技术研究[J].福建交通科技，2021（1）：72-76.

[3]石垚，佘健，孙立东.旗杆山隧道斜井岩溶段涌水突泥处治技术[J].施工技术，2020，49（S1）：747-750.

[4]叶海龙.九峰隧道涌水塌方综合处治技术分析[J].工程建设与设计，2019（17）：212-214，220.

[5]念培红，王忠伟.暴雨引发公路隧道岩溶涌水事故处治方案研究[J].价值工程，2019，38（18）：168-171.