湯兆奎（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西省　九江市　332200）

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實例分析軟弱圍巖隧道施工中圍巖突變應(yīng)急搶險措施及處理方案

湯兆奎（中鐵四局集團第五工程有限公司，江西省九江市332200）

本文通過南龍鐵路隧道施工中出現(xiàn)的實例介紹了軟弱圍巖隧道施工中出現(xiàn)的由于圍巖突變及地下水豐富造成的隧道涌水、涌泥、坍塌及支護變形等地質(zhì)災(zāi)害的原因分析，現(xiàn)場應(yīng)急處理及后期洞內(nèi)加固措施等技術(shù)控制重點，供參考。

軟弱圍巖；隧道；地質(zhì)災(zāi)害；應(yīng)急處理；施工方案

1　工程概況

南龍鐵路主要以隧道施工為主，共有雙線鐵路隧道四座。施工的隧道區(qū)域的地質(zhì)比較復(fù)雜，地層主要為粉砂巖與石英砂巖互層，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)較軟，大部分為全風(fēng)化～強風(fēng)化的粉砂巖，巖體的完整性也比較差，圍巖的穩(wěn)定性不好。隧址區(qū)屬于剝蝕低山地貌，溝谷發(fā)育，呈“V”型深切，地表水受大氣降水補給，旱季流量小，雨季流量增大數(shù)倍；隧道區(qū)地下水類型主要有松散巖類孔隙潛水、基巖裂隙水及構(gòu)造裂隙水；由于山體切割強烈，溝谷縱橫，地下水水平方向徑流途徑較短，向低洼處排泄，水量多受大氣降雨影響大。

2　隧道突發(fā)涌水、涌泥案例分析

2.1隧道圍巖地質(zhì)特點

某隧道洞身為石炭系下統(tǒng)林地組石英砂巖夾粉砂巖，局部夾粉砂質(zhì)泥巖，褐黃色、灰白色、紫紅色，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎～較破碎，主要以Ⅳ、Ⅴ級圍巖為主，其中Ⅲ級圍巖310m、占隧道長度的8.9%，Ⅳ級圍巖1500m、占隧道長度的42.9%，Ⅴ級圍巖1684m、占隧道長度的48.2%。區(qū)內(nèi)發(fā)育5條斷層，分別與隧道相交于DK228+285、DK228+605、DK230+ 155、DK230+330、DK230+580處；地下水主要為基巖裂隙水，補給來源主要是大氣降水的入滲補給，隧道最大涌水量4767m3/d。

2.2某隧道出口掌子面DK230+950涌泥過程

2015年4月29日當(dāng)隧道開挖至DK230+950，掌子面揭右側(cè)拱腳以上2m處出現(xiàn)大股狀水流，涌水量約1500m3/d，右側(cè)拱腰全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖隨地下水涌出，形成環(huán)向3m，縱向2m，深2m的空腔，初期支護外空腔體積約5m3。

2015年4月30日早上8點30分，涌水量有所減少，10 點30分掌子面出水口涌出約60～70m3軟塑狀全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，主要集中在掌子面及臺車上；13點30分，出現(xiàn)第二次涌泥，涌泥量約200m3，涌出物為流塑狀的全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。隨地下水涌至仰拱處；17：00出現(xiàn)第三次涌泥，涌泥量約500m3，涌泥至掌子面后方二次襯砌臺車處，涌泥終止里程距掌子面揭右側(cè)拱腳以上2m處出現(xiàn)大股狀水流，涌水量約1500m3/d，右側(cè)拱腰全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖隨地下水涌出，形成環(huán)向3m，縱向2m，深2m的空腔，初期支護外空腔體積約5m3，三次涌泥量約800m3。

2015年5月7日17：00、18：30、21：10、22：00又發(fā)生四次較大的涌泥，淤積物又涌至二次襯砌臺車處，涌泥至掌子面后方約60m，導(dǎo)致上臺階淤積物平均深度約1.0m，20m中臺階淤積物平均深度約2.5m，仰拱填充上平均深度約1m，涌泥量約990m3。

2015年5月8日13：00，洞內(nèi)聽到一聲巨響，經(jīng)過對地表查看后，發(fā)現(xiàn)線路前進方向的左側(cè)地表出現(xiàn)一倒漏斗形陷坑，陷坑縱向長度約20m、寬度約30m、面積約700m3，最深約8m，整個塌陷物約2500m3。

3　地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生處工程地質(zhì)情況及災(zāi)害發(fā)生原因分析

DK230+950地表位于剝蝕低山與溝谷交匯處，地形起伏較大，自然坡度約為25°，軌頂標(biāo)高為367.46m，地面標(biāo)高為431.6m，埋深為64m；DK230+地表表層為第四系殘坡積粉質(zhì)黏土，硬塑，灰黃色，厚約5m，表層含植物根系，下伏粉砂巖全風(fēng)化，灰白色夾褐紅色，結(jié)構(gòu)松散，厚度約45m，其下為強風(fēng)化石英砂巖，灰白色、紫紅色，呈碎塊狀結(jié)構(gòu)；目前掌子面兩側(cè)左右?guī)r性風(fēng)化不均為左側(cè)弱風(fēng)化，粉砂質(zhì)泥巖，紫紅色，巖體較完整，自穩(wěn)定性較好，右側(cè)拱腰以下為全～強風(fēng)化石英粉砂巖，結(jié)構(gòu)松散，地下水發(fā)育，涌水量約2000m3/d；根據(jù)施工圖與現(xiàn)場調(diào)查，未發(fā)現(xiàn)斷層構(gòu)造等。

龍巖地區(qū)連日暴雨，近一周天氣詳見表1。

表1　

通過對現(xiàn)場及地質(zhì)、水文、天氣綜合因素分析，發(fā)生涌水、涌泥災(zāi)害的原因如下：該處地表植被發(fā)育，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散，滲透系數(shù)較大，降雨導(dǎo)致地表水下滲透較強，巖土體含水量不斷增加，局部飽和，降低巖土體的粘聚力與內(nèi)摩擦角，最終飽和巖土體從掌子面右側(cè)的薄弱帶擠出來，形成第一次涌泥，形成約縱向2m，深2m的空腔。降雨的持續(xù)與未及時回填空腔，在掌子面上方形成臨空面，這大大增大地表水下滲到洞內(nèi)的風(fēng)險，降低了掌子面上方巖土體的穩(wěn)定性，不斷形成新的臨空面，經(jīng)過斷斷續(xù)續(xù)的8次涌泥，最終在塌方延伸至地表，在地表形成倒漏斗形陷坑，陷坑縱向長約20m、寬約30m、面積約700m2，最深約8m，整個坍塌物約2500m3。

4　應(yīng)急處理措施

應(yīng)急處理措施需要保證洞內(nèi)安全并且防止涌泥坍塌情況進一步惡化，應(yīng)急措施必須迅速施作，否則將失去時機，造成更大的損失，同時制定應(yīng)急措施時必須考慮到后續(xù)開挖施工方案，為后續(xù)開挖方案做好準備工作，應(yīng)急處理措施按以下幾個步驟進行：

（1）立即啟動風(fēng)險隧道預(yù)警機制，包括視頻監(jiān)控、應(yīng)急通訊、逃生救援設(shè)施等，24h派專職人員監(jiān)測掌子面、地表情況，包括水量、水質(zhì)、穩(wěn)定性情況。

（2）加強洞內(nèi)外水文監(jiān)測，建立洞內(nèi)涌水量、地表降雨量關(guān)系，以此指導(dǎo)洞內(nèi)施工。

（3）為防止地表雨水流入陷坑，地表陷坑采用彩條布覆蓋，并設(shè)置安全警戒線，根據(jù)地形情況，陷坑周邊修筑截水溝，引排地表水。

（4）在地表陷坑基本穩(wěn)定的情況下，平整陷坑底部及四周，對陷坑底部及側(cè)面采用10cm厚C25網(wǎng)噴混凝土封閉，φ8鋼筋網(wǎng)間距20×20cm。

（5）在掌子面水量不變、穩(wěn)定的情況下，啟動洞內(nèi)清淤工作，首先清淤至DK230+980附近，設(shè)置3m高、3m厚砂袋擋墻，穩(wěn)定洞內(nèi)淤積物；平整DK230+950～+980段淤積物，淤積物頂面采用5%水泥碎石土反壓回填，DK230+950～+960段回填至距拱頂以下1.5m處，DK230+960～+980段按從距拱頂以下1.5m處逐漸過渡至DK230+980處砂袋擋墻頂部。

（6）反壓回填完成后，在DK230+950掌子面處設(shè)置3m厚砂袋擋墻封堵出水口，在出水口附近預(yù)留3根φ200mm的排水管，引排出水口處的地下水，當(dāng)?shù)叵滤繙p少時，應(yīng)采用鉆機掃孔，保證排水孔排水暢通。

（7）DK230+950掌子面封堵完成后，DK230+953～+960段掌子面及反壓回填頂面采用50cm厚C25網(wǎng)噴混凝土封閉，雙層φ8鋼筋網(wǎng)間距20×20cm，層間距30cm。

（8）利用50cm厚C25網(wǎng)噴混凝土封閉板，對掌子面及上臺階淤積物進行小導(dǎo)管注漿加固，φ42mm（壁厚3.5mm）小導(dǎo)管間距1m×1m，端部進入巖層1m，長約6m，注漿材料采用0.8：1水泥單液漿，淤積物孔隙率按20%考慮，基巖孔隙率按3%考慮。

（9）注漿加固完成后，在出水口水量不變、穩(wěn)定的情況下，重新啟動洞內(nèi)清淤工作，暫定清淤至DK230+955處設(shè)置2m 厚C20混凝土封堵墻，封堵墻底部設(shè)置兩排φ42mm（壁厚3.5mm）小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.5m、排間距1m，長2m，埋人封堵墻內(nèi)1m，以保證封堵墻穩(wěn)定；接長預(yù)埋的排水管，封堵墻大里程拱部空隙采用M10水泥砂漿回填密實；封堵墻周邊預(yù)埋1m長的φ42mm（壁厚3.5mm）小導(dǎo)管，間距1m×1m，封堵墻施作完成后，利用小導(dǎo)管回填充填封堵墻周邊的空隙，防止漏水。

（10）掃描DK230+950～DK230+965段初期支護內(nèi)凈空，為下步處理提供基礎(chǔ)資料。

（11）實施封堵墻后，掌子面后方15m范圍（DK230+957～DK230+972）設(shè)置臨時仰拱、豎向支撐、斜向支撐，確保掌子面后方已施作初期支護的穩(wěn)定。

（12）掌子面后方DK230+957～DK230+972段拱墻采用5m徑向注漿加固，確保初支穩(wěn)定，設(shè)計圍巖孔隙率按5%考慮。

（13）在掌子面封堵后，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報手段查明掌子面前方工程、水文地質(zhì)條件及塌腔與隧道的空間位置關(guān)系后，確定下步處理措施。

圖1　應(yīng)急處理方案示意圖

5　后續(xù)施工方案

針對洞內(nèi)涌泥、地表塌陷情況結(jié)合超前水平鉆對前方地質(zhì)的綜合分析，該隧道工程的圍巖較以全風(fēng)化砂巖為主并伴隨地下水涌出，掌子面前方土體經(jīng)過地下水長期浸泡，已經(jīng)完全失去穩(wěn)定性，一旦開挖必然出現(xiàn)整體掌子面向外推出的情況，在后續(xù)開挖中必須要采取對土體加固+加強超前及洞內(nèi)支護措施的思路進行，處理方案分兩步走：①地表加固處理；②洞內(nèi)加強支護措施以及對侵限的初支進行換拱處理。

5.1地表加固處理

（1）對地表塌陷坑坑壁刷坡，將松散、剝落層清除至密實土層，掛網(wǎng)錨噴C25噴射混凝土，厚20cm。錨桿采用φ22mm砂漿錨桿，錨桿長4.5m，間距1.0m×1.0m，φ8鋼筋網(wǎng)，規(guī)格20×20cm。

（2）塌坑底部回填水泥改良土2～3m形成作業(yè)平臺，并采用40cm厚C20混凝土進行封閉。

（3）在DK230+975～DK230+915，長60m，隧道中線左側(cè)25m，右側(cè)20m范圍內(nèi)打入φ108m×6mm鋼花管，間距1.0× 1.0m梅花型布置。壓水泥漿固結(jié)塌方松散體，使塌方松散體形成一定的自穩(wěn)能力，防止塌方范圍進一步擴大，降低松散體對初期支護的荷載。

（4）地表注漿完成后，塌陷坑采用人工攤鋪回填至原地面標(biāo)高。小型沖擊夯夯實，松鋪厚度30cm，分層攤鋪分層夯實。形成單面排水坡度?；靥罘搅恳詫崪y方量計算。

（5）塌陷坑回填完成后采用1.0m厚粘土進行地表封閉，封閉范圍（縱向每側(cè)延伸15m，橫向每側(cè)延伸10m）：線路方向DK230+975～DK230+925，隧道中線左側(cè)25m，右側(cè)19m，封閉面積50m×44m。

5.2洞內(nèi)加強措施

（1）初支侵限段處理措施：

①為保證掌子面后方安全，DK230+957～DK980段設(shè)置臨時仰拱、豎向支撐，臨時仰拱采用30cm厚C25噴射混凝土，內(nèi)置I18型鋼鋼架、間距與正洞鋼架一致，縱向采用φ22mm鋼筋連接、間距1m。

②待DK230+957～DK230+980段臨時支護施作完成后，DK230+957～DK231+013段拱墻采用5m長φ42mm （壁厚3.5mm）小導(dǎo)管徑向注漿加固，環(huán)向間距0.8m×0.8m，注漿材料采用水灰比為0.8：1的普通水泥單液漿，注漿壓力位0.5MPa。

③對DK230+950～DK231+013段初支變形侵限的地方進行換拱處理，換拱前施做超前小導(dǎo)管對后方土體進行預(yù)支護。

（2）掌子面前方處理措施：

①掌子面前方實施上半斷面開挖輪廓線外5m周邊帷幕注漿預(yù)加固；注漿材料采用普通水泥單液漿、M10水泥砂漿，漿液配比為：水灰比W：C=0.6：1～1：1，注漿壓力2.0～3.0MPa，巖層孔隙率：5～15%，首先采用M10水泥砂漿回填較大空隙，后復(fù)注水泥單液漿充填細小空隙；注漿前，首先進行注漿試驗，掌握漿液填充率、漿液配合比、凝結(jié)時間、漿液擴散半徑、注漿終壓等參數(shù)，以便現(xiàn)場動態(tài)調(diào)整相關(guān)注漿參數(shù)，保證注漿質(zhì)量。

②DK230+957～DK230+917段拱部 180°范圍設(shè)置φ159mm（壁厚6mm）超前長管棚注漿預(yù)支護，長40m，環(huán)向間距0.4m（中至中）；同時管棚間設(shè)置φ42mm（壁厚3.5mm）超前小導(dǎo)管加強支護，長4.5m，環(huán)向間距0.3m，縱向3m一環(huán)，兩環(huán)搭接長度不小于1.5m。充分利用超前長管棚及小導(dǎo)管對隧道開挖輪廓周邊松散土體進行補充注漿加固。

（3）支護結(jié)構(gòu)加強

DK230+957～DK230+917段采用加強型復(fù)合式襯砌，初期支護為30cm厚C30噴射混凝土 （內(nèi)嵌全環(huán)HW175鋼架、0.5m/榀，鋼架間縱向采用5cm×2cm鋼帶焊接，間距1m），雙層φ8鋼筋網(wǎng)間距為20×20cm，層間距22cm，開挖工法采用三臺階臨時仰拱法施工，二次襯砌為65cm厚C35鋼筋混凝土。

6　結(jié)束語

在軟弱圍巖的隧道施工中，出現(xiàn)圍巖突變是造成涌泥、坍塌、變形等事故的常見因素，即使采取再有效合理的處理手段，只要發(fā)生了事故都會造成一定程度的安全及經(jīng)濟影響，因此對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)防是軟弱圍巖隧道施工的重中之重，采用合理有效的超前地質(zhì)預(yù)報，如TSP、加深炮孔以及最直觀可靠的超前水平鉆，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計地質(zhì)與實際開挖所揭示的地質(zhì)條件不相符的情況，是隧道施工的安全前提。

一旦發(fā)生了圍巖突變造成的隧道坍塌、涌水等事故，作為施工管理者，必須在第一時間根據(jù)現(xiàn)場情況快速制定應(yīng)急搶險措施，在保證施工安全的情況下對掌子面或者坍塌位置進行封堵，加固，引排地下水等措施，同時增加監(jiān)控量測頻率，掌握地質(zhì)動態(tài)，判定地質(zhì)災(zāi)害是否會持續(xù)加劇，必要時第一時間撤出所有人員以保證安全；在應(yīng)急措施處理時要及時通知上級單位，業(yè)主、設(shè)計等到現(xiàn)場對事故發(fā)生原因進行分析，施工發(fā)生原因的合理判定是確定后續(xù)施工的重要因素，必要時要請相關(guān)的地質(zhì)專家到現(xiàn)場進行分析。

2015年國家出臺或修訂了部分安全生產(chǎn)重要法規(guī)，加大了生產(chǎn)安全事故責(zé)任追究力度，作為施工生產(chǎn)管理者要履行更大的責(zé)任；軟弱圍巖隧道施工是施工管理中安全壓力最為巨大的施工項目之一，作為施工管理者，我們必須嚴格按照規(guī)范、設(shè)計進行施工，在出現(xiàn)險情的時候不可冒進，一定要在科學(xué)的指導(dǎo)下進行施工作業(yè)，確保施工安全萬無一失。

［1］鐵道部第二工程局.《鐵路工程施工技術(shù)手冊》（第2版）.中國鐵道出版社.

［2］鐵道部建設(shè)管理司.《鐵路建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理》（第1版）.中國鐵道出版社.

［3］鐵道部第一勘測設(shè)計院.《鐵路工程地質(zhì)手冊》（修訂版）.中國鐵道出版社.

湯兆奎（1975-），男，從事土木工程工作，擔(dān)任項目經(jīng)理。

U456.1

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2095-2066（2016）11-0181-03

2016-3-8