□牛書安 □于新政 □石守亮（黃河勘測規(guī)劃設(shè)計有限公司）

1 工程概況

該工程位于河南省安陽市境內(nèi)，工程主要建筑物由進(jìn)水口、引水隧洞、出水口及埋管段組成。其中，引水隧洞進(jìn)口底板高程為471.50m，隧洞長度約3.79km，斷面為2.50m ×3.00m 城門洞型，引水隧洞出口高程為469.50m。

2 引水隧洞的基本地質(zhì)條件

引水隧洞區(qū)自北西向南東，由太行山侵蝕剝蝕中低山峽谷區(qū)突變?yōu)樯角皼_積、洪積傾斜平原區(qū)，地面高程1187～400m，地形相對高差約790m。引水隧洞經(jīng)過的地層主要有太古界登封群黑云母斜長片麻巖、花崗巖狀片麻巖等；元古界中統(tǒng)汝陽群薄層～巨厚層狀含礫砂巖、礫巖；第四系全新統(tǒng)（Q4）沖洪積及坡積堆積形成的塊石、碎石、漂石、卵石及粘性土等松散堆積物。

工程區(qū)在大地構(gòu)造位置上處于華北斷塊區(qū)（一級構(gòu)造單元）內(nèi)的太行斷塊和冀魯斷塊（二級構(gòu)造單元）的交接地帶，區(qū)域斷裂展布以北北東—北東向為主，其次是北西向，局部地區(qū)有近東西和近南北向斷裂分布，但一般規(guī)模不大。引水隧洞位于一向北東緩傾的單斜構(gòu)造中，巖層產(chǎn)狀由5 °∠5～10 °轉(zhuǎn)為85 °∠5～10 °。林州斷裂(F1)為工程區(qū)內(nèi)最大斷裂，在鉆孔zk4 附近大角度與引水隧洞相交，斷裂走向5～100°，傾向SE，傾角為60～80 °，為一正斷層，斷距1000 余米，斷層帶寬度>10m。

工程區(qū)可以劃分為兩個水文地質(zhì)單元，與地貌單元基本吻合，即侵蝕剝蝕中低山區(qū)以基巖裂隙、巖溶、斷層等含水結(jié)構(gòu)為主的基巖含水區(qū)和山前沖洪積傾斜平原以松散堆積物含水結(jié)構(gòu)為主的第四系松散堆積物含水區(qū)。

根據(jù)圍巖強度、完整程度、結(jié)構(gòu)面特征、地下水、地應(yīng)力等特征對隧洞進(jìn)行評價，該引水隧洞圍巖Ⅳ～Ⅴ類占13%，Ⅱ～Ⅲ類占87%。引水隧洞突泥突水洞段圍巖特征見表1，洞段剖面示意圖見圖1。

圖1 引水隧洞突泥突水洞段剖面示意圖

3 引水隧洞的突泥突水原因分析

3.1 構(gòu)造條件與突泥突水的關(guān)系

在隧洞突泥突水部位附近，是林州斷裂通過的洞段，林州斷裂是近場區(qū)最大的斷裂，該斷裂北起趙家墁～水河～桃園，南至合澗南端附近，全長40 余公里，也是豫北西部的較大斷裂。斷距>1000m。斷層上盤在繼承性沉降過程中，由于底盤的阻隔和不均勻的差異作用，派生了一系列北北東向和北西西向的斷裂產(chǎn)生。該斷裂延伸遠(yuǎn)、規(guī)模大，是地下水貯存和運移的良好通道，同時，由于斷層帶物質(zhì)多有泥質(zhì)（構(gòu)造形成或后期充填，或風(fēng)化形成），給突泥突水創(chuàng)造了良好的物質(zhì)條件。

表1 引水隧洞突泥突水洞段圍巖特征表

3.2 氣象條件與突泥突水的關(guān)系

對于缺水的北方來說，雨季和旱季的地下水位相差甚遠(yuǎn)，特別是山區(qū)，由于降雨量的增加，使地下水位明顯上升。本工程在進(jìn)行勘察設(shè)計時，降雨量較少，地下水位很低，在勘察深度范圍內(nèi)未見地下水，當(dāng)施工進(jìn)入到斷層影響洞段時，正逢雨季，降雨使地下水位明顯提高，進(jìn)而使斷層帶充水，使突泥突水成為可能。本次突泥正是雨季，特別是前一天的中雨是本次突泥的直接原因。

3.3 水文地質(zhì)條件

引水隧洞區(qū)可以劃分為兩個水文地質(zhì)單元，即侵蝕剝蝕中低山區(qū)的基巖含水區(qū)和山前沖洪積傾斜平原的第四系松散堆積物含水區(qū)。兩者的含水特征有所差別，前者以基巖裂隙、斷層等含水結(jié)構(gòu)為主，后者以松散堆積物（沖洪積、坡積碎石土為主）含水結(jié)構(gòu)為主，滲透系數(shù)大，滲透能力強。突泥突水部位正位于兩個水文地質(zhì)單元交匯部位，也是地下水容易匯集的部位，該部位可以得到地下水源源不斷的補給。

3.4 突泥突水空腔形態(tài)

突泥突水現(xiàn)象發(fā)生后，必然會形成一個空腔，經(jīng)物探探測，在樁號K3+402 附近有一容積>500m3的空腔，根據(jù)地形地質(zhì)條件和構(gòu)造特征分析，空腔走向垂直于引水隧洞軸線方向，高程位于隧洞底板高程以上，只有位于底板高程以上的流體形式的物質(zhì)才有較高的勢能壓力，使產(chǎn)生突泥突水成為可能，然后再進(jìn)一步形成空腔。

4 處理措施與效果

隧洞突泥突水的治理通常有3 種方法：直接疏排、疏堵結(jié)合和預(yù)先封堵。幾種方法的施工方法和優(yōu)缺點見表2。

表2 突泥突水不同治理方法的優(yōu)缺點表

4.1 在地表進(jìn)行鉆孔注漿封堵空腔

根據(jù)物探探測成果和地質(zhì)資料分析，突水突泥洞段存在空腔，為阻止流體物質(zhì)沿空腔繼續(xù)涌入洞中，要求在洞外空腔頂部布置鉆孔，當(dāng)鉆孔孔深達(dá)到空腔時，利用地泵將C15 混凝土注入鉆孔，要求混凝土塌落高度200～220mm。待空腔充填后，沿洞軸線方向，布設(shè)固結(jié)灌漿孔，間距1.50m，3 排，呈梅花形狀布設(shè)。隧洞底部以上30.00m 開始，分6 段，每段長5.00m，水泥采用PC32.5R，壓力0.30～0.50MPa，水灰比1:0.50～1:1，灌漿孔采用φ73mm 鉆頭，鉆進(jìn)完成后，下φ50mm 灌漿管，然后下噴射管進(jìn)行灌漿。灌漿結(jié)束的標(biāo)志為在規(guī)定壓力下，注入率≤0.40L/min，繼續(xù)灌60min；或注入率≤1.00L/min，繼續(xù)灌90min，方可結(jié)束。

4.2 做好排水清泥工作

洞內(nèi)分段設(shè)置集水坑，采用管井排水法進(jìn)行排水，集水坑和集水坑之間采用型號為119 的鋼管將所有集水坑貫通成整體，最后采用離心式水泵進(jìn)行抽排。對浸潤后易軟化的隧洞底板，采用20～30cm 的碎石進(jìn)行換填，并灌注水泥砂漿，為清泥做好準(zhǔn)備。

對拱架未出現(xiàn)變位的洞段，用小型的裝載機直接清渣、清泥。對于鋼拱架變形的洞段，在清理時采取邊清理邊支護(hù)，支護(hù)時將鋼拱架間距縮小為20～50cm 一榀，鋼筋采用Ф25mm，噴射20cm 混凝土，進(jìn)行到塌陷區(qū)采取雙鋼拱架支護(hù)。噴漿過程中如遇到有涌水現(xiàn)象，需加裝導(dǎo)管，以便進(jìn)行排水。在處理鋼拱架變形洞段時，在兩個鋼拱架變形的中間加槽鋼拱架焊接進(jìn)行加固，再清除變形的鋼骨架，以免形成再次塌方。清渣、清泥前在塌體區(qū)設(shè)置觀測點，以后每清除5m 后打樁，在清理同時測量員必須到位，及時觀測洞內(nèi)支護(hù)鋼拱架位置，如再次塌方，應(yīng)根據(jù)樁號提供塌體準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

4.3 加強安全保障

堅持“安全第一，預(yù)防為主”的方針，建立健全管理組織機構(gòu)，完善生產(chǎn)保障體系，確保人員生命財產(chǎn)不受損害。建立項目部和施工隊兩級安全保障體系，項目部設(shè)專職安全長，隊和班組設(shè)專職安全員主抓安全工作。保證安全工作貫穿于施工全過程，充分發(fā)揮各專職安全人員的監(jiān)督工作。

在處理塌方體時要求短進(jìn)尺、快支護(hù)、少擾動、勤量測。準(zhǔn)備好應(yīng)急救治醫(yī)療器材、應(yīng)急救援設(shè)備和應(yīng)急救援器材等物資。在進(jìn)行到塌陷區(qū)時施做棚架，以利施工方便，保障安全。

4.4 加強地質(zhì)超前預(yù)報工作

結(jié)合超前預(yù)報的地質(zhì)資料，布置地質(zhì)超前鉆孔，探明掌子面前方地質(zhì)情況，進(jìn)一步驗證超前預(yù)報的成果。從功效性和經(jīng)濟性考慮，鉆孔深度定為10～15m。另外，可利用炮眼孔判斷掌子面前面5m 的安全范圍，如遇異常情況，立即采取相應(yīng)措施?？孜坏牟贾脩?yīng)根據(jù)斷面大小及掌子面巖性情況合理布置。

經(jīng)施工驗證，上述處理方案的效果較好。

5 結(jié)論

該引水隧洞突水突泥產(chǎn)生的主要原因與地質(zhì)構(gòu)造、氣象條件和水文地質(zhì)條件都有密切關(guān)系，林州斷裂為突水突泥的產(chǎn)生準(zhǔn)備了物質(zhì)條件，大氣降雨成為突水突泥產(chǎn)生的直接原因，突水突泥洞段恰好位于兩個水文地質(zhì)單元的交界部位，也是地下水相對集中部位，因此，使突水突泥現(xiàn)象持續(xù)產(chǎn)生成為可能。隧洞突泥突水的治理通常有直接疏排、疏堵結(jié)合和預(yù)先封堵等三種方法，根據(jù)本工程的地質(zhì)條件和突泥突水特征，選擇了以排為主，局部封堵的疏堵結(jié)合治理方案，經(jīng)施工驗證處理效果較好。

[1]楊雁.某公路隧道突泥突水原因分析及處治建議[J].公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2012（6）：252-254.

[2]張民慶，孫國慶.隧道工程突泥突水災(zāi)害處治技術(shù)[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011（12）：117-121.

[3]張秋生，荊學(xué)亞.精伊霍鐵路科克喬克三號隧道突泥突水施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2007（3）：186-188.

[4]黃雄軍.巖溶隧道突水突泥影響因素及對策[J].鐵道工程學(xué)報，2013（1）：46-48.

[5]張會遠(yuǎn)，穆靜靜.巖溶區(qū)大斷面隧道突泥突水的防治[J].鐵道建設(shè)，2009（6）：49-51.