張利濤

摘要：針對(duì)某高速鐵路隧道突發(fā)性突水突泥地質(zhì)災(zāi)害的處理情況，采用反壓回填石碴、封閉掌子面、增設(shè)臨時(shí)支撐、超前注漿及徑向注漿等綜合手段，安全有效地處理這一突發(fā)險(xiǎn)情，保證了隧道施工的正常進(jìn)行，對(duì)今后類似條件的地下工程施工具有一定的借鑒意義。

Abstract： In view of the handling of sudden water and mud inrush geological disasters in a high-speed railway tunnel， it is safe and effective to use back-pressure backfilling stone slabs， closed face， additional temporary support， advanced grouting and radial grouting to handle this sudden danger，? ensuring the normal operation of the tunnel construction， and it will have certain reference significance for the underground construction of similar conditions in the future.

關(guān)鍵詞：隧道;突水突泥;處理措施

Key words： tunnel;water and mud inrush;treatment measures

中圖分類號(hào)：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）35-0178-03

0? 引言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，尤其是高速鐵路建設(shè)高潮的到來(lái)，也極大促進(jìn)了我國(guó)隧道施工技術(shù)的提高，一個(gè)個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)隧道的攻克，為高速鐵路大面積建設(shè)提供了技術(shù)保障，本文就以我國(guó)西南地區(qū)某高鐵復(fù)雜隧道施工為例，闡述了隧道突水冒泥施工在安全應(yīng)對(duì)，快速推進(jìn)過(guò)程中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為后期同類型隧道施工提供借鑒。

1 工程概況

西南某高鐵隧道位于桂林市靈川縣，隧道全長(zhǎng)6470m，是全線重點(diǎn)控制性工程之一，隧道地貌為中低山地貌，海拔高程186m～476m，相對(duì)高差接近300m，自然坡度5～35°，地形起伏大，沖溝較發(fā)育，坡陡溝深，坡面一般覆土較厚。D3K426+310～D3K426+605段發(fā)育有一王家逆斷層，圍巖破碎，斷層破碎帶寬60m，影響帶寬100～200m。地下水以孔隙水、基巖裂隙水、巖溶水為主，在節(jié)理裂隙帶或斷層破碎帶附近地下水量較大，可能會(huì)遇到股狀涌水。隧道地質(zhì)條件較為復(fù)雜，存在順層偏壓、巖溶、斷層等不良地質(zhì)，施工難度較大。

2? 事故應(yīng)對(duì)措施

2.1 應(yīng)對(duì)措施及發(fā)生經(jīng)過(guò)

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)揭示，在掌子面前方約30m范圍內(nèi)，有集聚大量裂隙水，存在涌水風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目管理人員對(duì)于涌水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估，采取了一系列應(yīng)對(duì)措施，主要包括以下幾個(gè)方面：

①加強(qiáng)已施工段的圍巖量測(cè)，確保已施工段的安全穩(wěn)定，避免突水冒泥給已施工部分造成較大影響。

②停止掌子面掘進(jìn)，緊跟仰拱二襯，盡可能使仰拱二襯跟進(jìn)到最短距離。

③采用潛孔鉆進(jìn)行超前30m鉆孔，進(jìn)行探水和減壓工作。考慮到隧道屬于順坡排水，靠水流可以自動(dòng)排出，未考慮增加其他抽排措施。

④對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員進(jìn)行安全教育，進(jìn)行應(yīng)急演練，疏通排水設(shè)施，檢查漏電保護(hù)器的涉電設(shè)備，確保出現(xiàn)突發(fā)情況，能夠及時(shí)撤離，撤離中做到及時(shí)斷電，防止電路短路，造成人員傷亡。

2010年1月8日上午8：00左右，掌子面在D3K426+477上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)，左側(cè)拱腳部位出現(xiàn)突水，水質(zhì)渾濁，突水量由小變大，逐漸向拱部發(fā)展，最大時(shí)達(dá)300m3/h，突水中夾雜石塊、泥塊，突水現(xiàn)象一直持續(xù)?，F(xiàn)場(chǎng)觀察上臺(tái)階左側(cè)拱腳處已經(jīng)出現(xiàn)較大的空腔。按照應(yīng)急演練要求，迅速將工人及時(shí)撤離到安全地帶，并對(duì)隧道收斂進(jìn)行觀測(cè)。上午9：00左右發(fā)現(xiàn)上臺(tái)階左側(cè)拱部D3K426+468、D3K426+471、D3K426+472出現(xiàn)3條環(huán)向裂縫，裂縫中有渾濁水流出，裂縫表面的噴射混凝土出現(xiàn)局部掉塊;D3K426+467～D3K426+477段初期支護(hù)發(fā)生變形，經(jīng)測(cè)量初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形侵入凈空最大達(dá)到52cm。

2.2 原因分析

①?gòu)牡刭|(zhì)原因來(lái)看，該段位于王家莊逆斷層區(qū)域內(nèi)，圍巖為斷層角礫，呈飽和狀?yuàn)A泥。該段隧道埋深50m左右，隨著地表水的不斷下滲補(bǔ)給，在斷層內(nèi)形成大量的溶腔水聚集，在開(kāi)挖過(guò)程中，上臺(tái)階左側(cè)圍巖為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，開(kāi)挖呈砂礫狀，透水性較好;上臺(tái)階右側(cè)為泥質(zhì)砂巖夾頁(yè)巖，給突水冒泥創(chuàng)造了條件。

②D3K426+477上臺(tái)階施工時(shí)，左側(cè)拱腳部位出現(xiàn)突水，突水量由小變大，說(shuō)明該區(qū)域附近有塌腔存在和持續(xù)水源補(bǔ)給，當(dāng)水壓力達(dá)到一定程度后，水伴隨泥砂涌出。

③D3K426+467～D3K426+477初期支護(hù)發(fā)生變形，說(shuō)明該段支護(hù)背后巖體已經(jīng)伴隨突水突泥發(fā)生整體擾動(dòng)。

④從地表觀測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，該段地表有接近5cm的沉陷，說(shuō)明該處已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，隨時(shí)都有冒頂坍塌的危險(xiǎn)。

3? 處理方案

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，我們對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和比選，如果按照常規(guī)方法待水流變小后進(jìn)行加固處理，有可能會(huì)造成塌方冒頂?shù)陌l(fā)生，且加固過(guò)程中，也很難保證施工人員的安全，經(jīng)過(guò)比選，我們確定了采用如下施工方案確保施工過(guò)程人員的安全和防止隧道塌方冒頂事故的發(fā)生：①立即停止掌子面施工。②加固穩(wěn)定后方支護(hù)結(jié)構(gòu)。③考慮到該隧道為順坡排水，水流量不足以都施工人員造成危害，我們采取加快二次襯砌跟進(jìn)，對(duì)可能發(fā)生變形地段進(jìn)行初期支護(hù)加固，防止事態(tài)的進(jìn)一步惡化，同時(shí)也為作業(yè)人員提供較為安全的作業(yè)環(huán)境。④加密監(jiān)控量測(cè)頻率，以監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)和分析結(jié)論指導(dǎo)施工。⑤迅速將未封閉成環(huán)的仰拱進(jìn)行封閉，以減少變形。⑥采取TSP等綜合手段對(duì)前方圍巖地質(zhì)進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，并據(jù)此制定相應(yīng)的施工技術(shù)方案，之后恢復(fù)掌子面開(kāi)挖掘進(jìn)。⑦根據(jù)掌子面施工情況，結(jié)合圍巖量測(cè)結(jié)果，采取可靠措施對(duì)變形區(qū)段進(jìn)行處理。

3.1 封閉掌子面

險(xiǎn)情發(fā)生后立即啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，在確保沉降數(shù)據(jù)收斂趨于穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)塌方的情況下組織搶險(xiǎn)，搶險(xiǎn)從外到內(nèi)逐步加強(qiáng)的方式進(jìn)行掌子面封閉，采取措施如下：從洞外倒運(yùn)石碴回填反壓上中下臺(tái)階初期支護(hù)，防止拱架因圍巖壓力過(guò)大進(jìn)一步發(fā)生收斂變形，然后在上臺(tái)階左拱腳埋設(shè)2根Ф250鋼管引排水，減少涌水漫流對(duì)中下臺(tái)階圍巖的浸泡，最后在確保安全的情況下，采用C25噴射混凝土封閉掌子面，厚度30cm～100cm，穩(wěn)住掌子面不至于發(fā)生巖體垮塌。

3.2 對(duì)變形區(qū)增設(shè)剛性臨時(shí)支撐

為防止后續(xù)注漿加固工序施工過(guò)程中初期支護(hù)進(jìn)一步變形失穩(wěn)而導(dǎo)致坍塌， 掌子面封閉完成后，在D3K426+466～D3K426+472段上臺(tái)階拱腳增設(shè)9榀卡口橫梁，采用9根Ф250鋼管，每根13.2m（見(jiàn)圖1）;在D3K426+458～D3K426+460段中臺(tái)階拱腳增設(shè)3榀卡口橫梁和斜撐，采用I20b工字鋼3根，每根22.2m（見(jiàn)圖2）。剛性橫撐與初期支護(hù)鋼拱架焊接牢固，形成一個(gè)整體共同受力。

3.3 掌子面和變形區(qū)段注漿堵水加固

在D3K426+477掌子面拱部150°范圍打設(shè)？準(zhǔn)42超前小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.2m，每根長(zhǎng)6m，另外在掌子面初期支護(hù)輪廓線內(nèi)1m范圍往大里程方向環(huán)向增設(shè)6m長(zhǎng)？準(zhǔn)42超前注漿小導(dǎo)管，環(huán)向間距1m，計(jì)20根，對(duì)掌子面前方圍巖進(jìn)行預(yù)注漿加固，形成一道止?jié){墻，防止正面突水冒泥。

由于初期支護(hù)外巖體已經(jīng)蠕動(dòng)松散，對(duì)D3K426+467～D3K426+477段拱墻打設(shè)？準(zhǔn)42徑向注漿小導(dǎo)管，注漿加固周邊巖體，小導(dǎo)管長(zhǎng)6m/根，縱、環(huán)向間距1m×1m，梅花形布置。

對(duì)所有？準(zhǔn)42注漿小導(dǎo)管采用水泥水玻璃雙漿液進(jìn)行注漿，漿液配合比為水泥：水玻璃：水=1：0.67：1.22。注漿參數(shù)如表1所示。當(dāng)觀察初期支護(hù)表面不滲不漏時(shí)停止注漿，鉆孔檢查注漿效果，鉆孔深度4m，鉆孔個(gè)數(shù)均布且不少于3個(gè)，當(dāng)所有鉆孔內(nèi)無(wú)明顯滲水時(shí)作為不需要補(bǔ)充注漿的依據(jù)。為防止圍巖壓力水從仰拱或別的區(qū)段涌出，注漿完成后在拱部、邊墻增設(shè)泄水孔進(jìn)行引排。

3.4 仰拱封閉

為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng)注漿完成后，對(duì)未封閉的仰拱及時(shí)進(jìn)行封閉。臨時(shí)仰拱每次開(kāi)挖2榀，開(kāi)挖后及時(shí)封閉成環(huán)，仰拱及仰拱回填施工緊跟其后，每次澆注長(zhǎng)度控制在5m左右，直至仰拱緊跟下臺(tái)階掌子面。當(dāng)仰拱封閉后，拆除剛性橫撐，恢復(fù)掌子面掘進(jìn)。

3.5 掌子面恢復(fù)開(kāi)挖掘進(jìn)

為減少開(kāi)挖后圍巖暴露時(shí)間，并有利于搶險(xiǎn)作業(yè)，采用三臺(tái)階七步流水法開(kāi)挖施工，上臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺按0.6m控制，同時(shí)上臺(tái)階高度比原來(lái)減少0.5m，噴錨時(shí)增加1臺(tái)噴錨機(jī)，縮短上臺(tái)階施工循環(huán)作業(yè)時(shí)間。

為確保作業(yè)安全和整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，將原設(shè)計(jì)環(huán)向間距為40cm的Φ42超前注漿小導(dǎo)管減小為20cm間距，將原設(shè)計(jì)的每榀I20b鋼拱架每側(cè)2根Φ22鎖腳錨桿調(diào)增為每榀I20b拱架每側(cè)4根Φ42鎖腳錨管，將原設(shè)計(jì)Φ22環(huán)向間距為100cm的縱向連接筋減小為50cm以綜合提高圍巖的自穩(wěn)能力和支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體性。

3.6 拱架拆換施工

根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂處下沉小于0.15mm/d（收斂小于0.2mm/d）時(shí)方可進(jìn)行變形段拱架拆換作業(yè)。為確保安全，將需要換拱的段落前后的二次襯砌施工完后再進(jìn)行換拱作業(yè)，工字鋼拆換必須采用人工配合風(fēng)鎬逐榀進(jìn)行，嚴(yán)禁爆破。以減少對(duì)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的擾動(dòng)，拆換后迅速進(jìn)行噴砼封閉。拆換后的工字鋼在連接腳板位置增設(shè)2根Φ42鎖腳錨管，錨管長(zhǎng)4m，和工字鋼焊接成整體。

3.7 監(jiān)控量測(cè)

監(jiān)控量測(cè)是指導(dǎo)施工的依據(jù)，險(xiǎn)情發(fā)生后在D3K426+470處布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，其數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

通過(guò)對(duì)以上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析可以判明，截止2月9日該斷面已趨于穩(wěn)定。

4? 結(jié)論

①對(duì)突發(fā)事故的處理能反映出一個(gè)施工單位的施工水平和應(yīng)急處置能力，對(duì)此次突泥突水的成功處置得益于科學(xué)有效的應(yīng)急預(yù)案。在不良地質(zhì)隧道施工中應(yīng)根據(jù)地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別，并制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，這樣才能在事故發(fā)生時(shí)快速反應(yīng)，減少損失降低災(zāi)害程度。

②本次突水突泥發(fā)生前并沒(méi)有明顯的征兆，一旦發(fā)生時(shí)其發(fā)展速度很快，所以在今后的施工過(guò)程中，一定要加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，采用多種手段綜合預(yù)報(bào)，力求對(duì)前方圍巖有比較準(zhǔn)確的了解和判斷，并且超前預(yù)報(bào)的范圍盡可能要大，根據(jù)超前預(yù)報(bào)的結(jié)果制定相應(yīng)的施工方案，謹(jǐn)防可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害。

③對(duì)于地質(zhì)變化較大的軟弱圍巖隧道施工，要求施工人員必須具備較高的應(yīng)變協(xié)調(diào)能力，能根據(jù)地質(zhì)變化情況及時(shí)調(diào)整施工方案，靈活處理，提高針對(duì)性;任何施工方法不是萬(wàn)能的，只有施工方案、方法及施工工藝與地質(zhì)圍巖情況相匹配了才能確保施工安全和質(zhì)量。

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