鐘黎陽

摘要：針對隧道斷層破碎帶涌水突泥地質災害問題，進行災害處治技術的研究。在明確工程概況與涌水突泥災害過程后，通過管棚預支護結構設計、管棚施工、徑向注漿加固，實現(xiàn)地質災害處治。通過支護加固后的沉降分析可知，應用新的處治技術，能夠有效避免破碎帶涌水突泥地質災害發(fā)生，滿足工程施工需求，對類似工程項目具有一定借鑒意義。

關鍵詞：破碎帶；地質災害；突泥；涌水；斷層

0? ?引言

隧道工程是一個十分復雜的系統(tǒng)化工程，施工過程中極易出現(xiàn)涌水突泥災害，從而給隧道施工帶來極大的風險[1]。因受地質作用的綜合影響，隧道斷層破碎帶會產(chǎn)生地質遷移，其中可能存在著一些軟弱的夾層。如果在這一區(qū)域內(nèi)降水較多，或地下水十分豐富，那么此在該區(qū)域開展隧道挖掘施工，就很容易發(fā)生涌水、突泥等突發(fā)性地質災害[2]。

隧道斷層破碎帶破裂引發(fā)的災害很難精確預報。針對此災害，如果未能及時采取措施進行災害處理，可能影響到隧道的正常運營，給周圍群眾的生產(chǎn)和生活造成不利影響[3]。以日本惠納山公路隧道為例，由于斷層破碎帶的存在，使得隧道在使用中發(fā)生了很大變形，嚴重影響了隧道的正常使用[4]。本文以某隧道工程為例，對地質災害的處治展開設計與研究。

1? ?工程涌水突泥災害狀況

某隧道工程項目基本情況如表1所示。對此隧道從進口方向開始施工，施工過程中，隧道標高號EK18+215位置出現(xiàn)異常爆破事故，隨即出現(xiàn)了大規(guī)模的隧道涌水突泥事故[5]。大量的淤泥從出土路左邊斜坡上的一個臨時排水渠，流入到出土路排水渠中，淤泥在出土路約1m厚，從出土路上冒出超過15000m3。隨著時間的推進，施工中的一些機械設備、材料被泥漿浸泡[6]，災害現(xiàn)場狀況見圖1。

發(fā)生此災害后，第2日上午安排技術人員進行現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)隧道邊坡位置已經(jīng)出現(xiàn)了漏斗狀的塌陷，錯臺結構、過道位置已經(jīng)出現(xiàn)了裂紋，對現(xiàn)場反饋的各種災害事故圖像進行匯總，如圖2所示。

2? ?隧道斷層破碎帶涌水突泥地質災害處治

2.1? ?管棚預支護結構設計

為了避免隧道斷層破碎帶發(fā)生涌水突泥地質災害問題，引入管棚預支護技術，對其進行處治。對于管棚預支護結構設計，確定鋼管的長度、管徑、鋼管配置間距、水平搭接長度等參數(shù)[7]。隨著支護長度的增大，管棚施工的輔助時間逐漸減少。若使用隧道式鉆機進行管棚施工，則會受到鉆孔工藝、鉆機設備等因素的限制。

若管棚支護長度較長，則會使鋼管產(chǎn)生撓曲，進而影響管棚施工質量[8]。同時，管棚支護長度不宜太短，否則將導致每次施工都要重新布置一個管棚工作室，從而增加造價，并影響工程進度。一般情況下，管棚的支護長度應控制在10～40m范圍內(nèi)，管棚鋼管的橫截面直徑應當控制在40～180mm范圍內(nèi)。

2.2? ?管棚施工

2.2.1? ?注漿準備

在完成對管棚預支護結構設計并確定各項參數(shù)后，開始進行管棚施工。在斷裂帶地質情況下，隧道內(nèi)管棚施工前必須先對掌子面進行注漿，以保證施工面的穩(wěn)定性。在工作面后方一定距離處設置管棚施工工作室，管棚施工工作室區(qū)域的開挖半徑應大于正常開挖半徑1m。

使用水平注漿方式，注漿材料取水灰比0.6：1～3：1（質量比），注漿壓力為0.5～1.0MPa，根據(jù)現(xiàn)場的試驗測試來確定漿液配合比和注漿壓力。將套拱作為施作管棚的固定端，套拱采用C25混凝土，必要時可適當加入早強劑。為了保證管棚施工過程中套拱的穩(wěn)定性，需要增加一些臨時支撐結構。

2.2.2? ?鉆孔

在施工過程中，將平臺的支撐點安裝到地面上，并確保其連接牢固、穩(wěn)固，以避免施鉆時出現(xiàn)不均勻沉陷、搖擺、偏移等現(xiàn)象，從而影響到鉆孔的質量。調(diào)整井架高度，使井架與井架方向平行。采用鉆桿導向、經(jīng)緯儀與吊繩相結合的方法，對鉆桿進行持續(xù)地調(diào)節(jié)，以確保鉆孔管徑與鉆桿直徑相一致。

將鉆具置于導向筒內(nèi)，使鉆桿、固定轉桿的旋轉軸與導向筒處于一條直線上。初鉆時鉆頭為止水式，待鉆深到一定程度后，切斷水壓，拔出鉆頭，再接上鉆頭繼續(xù)鉆。鉆孔時，要定時測量鉆孔位置，通過鉆進情況來判斷成孔質量。每鉆進5m，要復查鉆孔角度，保證鉆孔方向正確。如果井眼向下傾斜過大，可以用水泥砂漿對傾斜部位進行填實，然后在傾斜部位重新鉆孔；如果是朝上傾斜，可以更換特制的合金鉆頭進行二次鉆孔。

2.2.3? ?下管并注漿

下管時，相同斷面位置上接頭的數(shù)目不能超過50%，一孔鉆完后就頂進一根大管棚。可采用鋼花管跟進的方法，一段一段地跟進到設計深度。用絲扣將每節(jié)管棚連接起來，確保相鄰接頭錯開，搭接長度不能超過1m。在導向管與管棚間用CS灰漿堵好。注漿時，應從兩端管棚鋼管進行跳孔灌漿，先采用較低的漿液濃度，再逐步增加到設計濃度。為了確保注水壓力、注水效果、注水體積、注水流量，需要進行注水試驗。

2.3? ?徑向注漿加固處理

在完成管棚施工后，為了進一步提高施工安全性，在隧道開挖之前需要進行徑向注漿加固處理。加固的范圍是整個隧洞初期支護的外輪廓，采用長度為440cm、規(guī)格為φ42mm×4mm的鋼花管，縱向間隔距離為150cm，環(huán)向間隔距離為60cm，傾斜角度為上傾斜60°。在實施全面灌漿前，必須先進行現(xiàn)場測試。在此基礎上，對灌漿過程中的灌漿效果進行測試，確定灌漿過程中的灌漿范圍，進而對灌漿壓力等進行調(diào)節(jié)。

3? ?支護加固后的沉降分析

完成上述處治后，對災害的處治效果進行分析。在此過程中，可以通過現(xiàn)場監(jiān)測與測試，反映出處治后圍巖的穩(wěn)定性與支護應力的狀態(tài)，并基于動態(tài)角度，對變形動態(tài)信息進行認識，以此判定設計與施工的安全性與可靠性。

3.1? ?現(xiàn)場監(jiān)測

3.1.1? ?監(jiān)測目的

通過在處治現(xiàn)場監(jiān)控的量測，可以從數(shù)據(jù)中反映出圍巖的受力狀態(tài)、穩(wěn)定性及其變化趨勢，進而對隧道的變形和受力進行動態(tài)監(jiān)測，以確保隧道結構的長期穩(wěn)定。監(jiān)測測量結果能有效地檢驗圍護結構的加固效果，并可用于指導維護方案及加固參數(shù)的調(diào)整。

3.1.2? ?監(jiān)測內(nèi)容

隧道的監(jiān)控量測內(nèi)容主要包括洞內(nèi)外觀測、周邊位移及拱頂沉降測量。除了上述3種監(jiān)測項目之外，還應做好對隧道拱頂、地表沉降的監(jiān)測。由于隧道位于斷層破碎帶的深埋區(qū)，在涌水突泥后，坍塌的位置比較穩(wěn)定，污水已經(jīng)排出，前面出現(xiàn)涌水突泥的概率很低，墻面坍塌的概率也很低，所以對斷層破碎帶進行監(jiān)測的內(nèi)容主要為拱頂下沉等。

3.1.3? ?主要監(jiān)測參數(shù)確定

在隧道開挖后，由于隧道圍巖的自重應力和開挖后的應力重新分布，會使隧道拱頂產(chǎn)生下移。通常情況下，將拱頂?shù)慕^對沉降量稱作下沉值，將單位時間的沉降量稱作拱的沉降率。通過對拱頂沉陷的監(jiān)測，能夠準確地反映出拱頂沉陷的實際情況，對設計進行校核，對實際工程進行指導，同時它也是對災害處治技術應用效果進行評估的基礎。

3.2? ?數(shù)據(jù)采集與分析

明確監(jiān)測項目后，以隧道某斷面為例，對其進行拱頂下沉量測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計與匯總。對量測的數(shù)據(jù)進行匯總與統(tǒng)計分析，得到處治后隧道拱頂下沉時間與時間的關系曲線如圖3所示，下沉速率與時間的關系曲線如圖4所示。

從圖3可以看出，隧道斷面開挖施工1～9d內(nèi)，拱頂?shù)睦奂酉鲁林翟鲩L較快，可以達到10.83mm，占隧道拱頂總下沉值的83%。在隧道斷面開挖施工9d以后，拱頂?shù)睦奂酉鲁林翟鲩L變慢，整體下沉趨近于穩(wěn)定，最終累計下沉值約為12mm。

從圖4可以看出，隧道斷面開挖施工1～4d內(nèi)，其位移變形呈現(xiàn)急劇增長階段，隧道斷面開挖施工5～11d天內(nèi)，其位移變形呈現(xiàn)緩慢趨勢。在隧道斷面開挖施工12d天后，位移變化量基本可以控制在0.15mm/d以內(nèi)，說明在此時拱頂基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4? ?結束語

隧道工程是一個十分復雜的系統(tǒng)化工程，施工過程中極易出現(xiàn)涌水突泥災害，從而給隧道施工帶來極大的風險。隧道斷層破碎帶破裂引發(fā)的災害很難精確預報。針對此災害，如果未能及時采取措施進行災害處理，可能影響到隧道的正常運營，給周圍群眾的生產(chǎn)和生活造成不利影響。

明確工程概況與涌水突泥災害過程后，通過管棚預支護結構設計、管棚施工、徑向注漿加固，實現(xiàn)地質災害處治。通過支護加固后的沉降分析可知，應用新的處治技術，能夠有效避免破碎帶涌水突泥地質災害發(fā)生。隧道經(jīng)過加固、支護后，雖然存在一定的拱頂沉降，但根據(jù)現(xiàn)場實測與統(tǒng)計結果可以看出，拱頂沉降總值較低，不會影響隧道整體結構的穩(wěn)定性，本次所提出的災害處治技術應用效果較好。

參考文獻

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