基于高速公路隧道涌水突泥地质灾害探讨治理方法

基于高速公路隧道涌水突泥地质灾害探讨治理方法

摘要：随着我国高速公路大面积的兴建，不良地质隧道较高频率的出现在我们面前，涌水突泥是高速公路隧道施工过程中比较常见的工程地质灾害之一。涌水突泥地质灾害出现的区域主要集中在掌子面和初期支护刚建成的区域，这种地质灾害产生的后果非常严重，给高速公路隧道工程造成巨大经济损失，若治理不善，将会影响周边地区人们的生产以及生活。本文结合了厦成高速公路隧道涌水突泥灾害的工程实例，对涌水突泥地质灾害的治理方法进行了深入的探讨。

关键词：高速公路；地质灾害；隧道涌水突泥

引言

随着我国高速公路建设迅速发展，其施工技术也不断提高，但是在我国目前的技术经济条件下施工，不良地质条件是施工中最大的制约因素[1]。因此，加强对隧道涌水突泥的研究，对保障施工安全、加快施工进度、节约施工成本，均有十分重要的意义。

1.涌水突泥灾害的发生简况

（应介绍本隧道原设计地质情况及简单概述施工情况，如哪个端口进洞，采用什么施工方法，初支结构参数等）厦成高速公路东孚隧道，下穿厦深铁路东孚编组站，路线总长40.235km，路基宽度33.5m，施工方式利用“中继法顶进工艺”，从出口进洞，即由大里程向小里程施工，初支支护参数为S3。隧址区岩层主要为石灰岩，占隧道围岩的70%左右，岩溶发育，尤其是地表浅部溶蚀洼地、落水洞、漏斗成片出现，再加上隧址区处于向斜地质构造，容易导致地下水汇集，且汇集的地下水形成岩溶水增大了隧道施工的难度。

2013年10月8日上午9：00**隧道左洞掌子面里程施工至ZK22+707。在中导开挖过程中，ZK22+723线路左侧上台阶拱脚处发生涌水，引起线路左侧ZK22+723-ZK22+728段拱脚至拱顶范围初支变形。现场监控量测显示2小时内拱顶变形为5mm，上、中导接头处变形为7mm，且涌水量持续较大。本隧道因掌子面涌水引起初支结构变形。（注：本隧道是否从出口进洞，即由大里程向小里程施工，否则掌子面和中导里程有问题）

2013年11月12日，A2合同段天成山隧道左线掌子面施工至ZK22+663，掌子面均为砂土状全—强风化花岗岩，左侧出现涌水。下午17：15开始，掌子面涌水量明显增大，18：46初支喷砼开始出现裂缝，拱顶掉块严重，拱架出现变形，现场及时加强锁脚支护。19：26开始，拱架变形加大，为确保安全，下达指令要求人员及机械设备撤离，而后初支完全剥落并垮塌，出现涌水突泥现象，涌水量约达40m3/h。20：00通过现场观察判定，ZK22+663—ZK22+668段钢拱架已完全压垮，突泥量约50m3/h。

2.抢险处治方案

2.1制定方案

由于事故发生后，现场堆积了大量的坍塌渣体，无法开展处治的良好施工工作。因此，根据现场踏勘的实际情况，针对该隧道的地质特征及前期的涌水特征作出了全面分析，并结合以往大规模涌水突泥事故后围岩能暂时自稳的工程经验，制定了相应的处理方案。具体原则为：1、加强大管棚结合小导管的超前及径向支护措施；2、调整围岩级别、加强初支支护参数（S3变为S5b）；3、初支背后及涌泥处加注双液浆，加强堵水效果；4、洞内增加临时支护棚架，缩短二衬至掌子面步距。施工过程中严格遵守“管超前、短进尺、强支护、勤量测”，必要时掌子面喷砼封闭，防止突水涌泥扩大，增强整体稳定性。

2.2监测

对初支拱架变形部位进行不间断变形监控量测，监控量测数据每2小时一次，如发生突变应立即上报。加强监控量测，及时反馈量测数据信息，实时密切监视突泥区状况，并做好相关警戒通报。

2.3加固

第一，加强超前支护：在隧道进口段设置管棚超前支护，分别在ZK22+732、ZK22+728、ZK22+723往小里程范围对左右两侧各打入3排管棚进行加固，管棚采用长度12m的φ89×5mm钢管，外插角约30°，单侧每排6根，及时进行注浆加固（管棚设置位置需进一步明确）。第二，回填注浆，稳固围岩：对ZK22+732～715段初支结构及背后围岩径向采用φ50×4mm长度5m的钢花管，按环向50cm、纵向100cm的间距梅花形布置进行注浆加固。对拱腰45°以上采用超前加固，45°以下为锁脚加固。所有钢花管均进行注浆，采用水玻璃双液注浆法，适当提高注浆压力，注浆应缓慢进行，注浆压力不宜超过1.0MPa（可考虑采用水玻璃注浆措施）。第三，加强锁脚及初支参数：为避免突泥区附近拱架继续变形，确保已施做初支结构的稳定，对ZK22+700～ZK22+670段加强锁脚，每榀拱架两侧拱脚斜向下补打两根4m长φ76×5mm钢管加强锁脚，其余部位增设4m长φ25药卷锚杆加强锁脚，每组4根，环向间距150cm，纵向间距100cm。在ZK22+700～ZK22+675采用12米长φ76×5mm钢管拱部增设伞状棚架支护，纵向间距4m，环向间距1m。

2.4封堵

首先，先对少量出水的钢管压注水泥-水玻璃双液浆堵水，出水量大的钢管先作为泄水通道，待二衬施工前再注浆封堵。其次，采用强支护穿越突泥区，在ZK22+673与ZK22+671处上半断面各设置一排20米长φ108×6mm钢花管进行管棚支护，环向间距40cm，压注水泥-水玻璃双液浆堵水。

2.5排水

对ZK22+723-ZK22+735段中台阶按全幅宽度反压回填至上台阶底面。回填前必须对炮眼内安装的全部引线和炸药拆除干净。待突泥区稳定后，采用透水性材料（片块石）对上台阶突泥区进行反压回填，防止突泥区再次扩大。

3.对治理方法的体会

第一，严格执行安全施工原则，加强对施工的监控。在掌子面和初期支护刚建成的区域，必须重点做好施工前期的地质勘察和水文地质分析以及超前探水等工作。施工中期要加强水量、水压、降雨量的监测工作，规范地质预报和水量、水压、降雨量的监测工作，严格执行安全施工制度以保障施工人员人身安全。完善健全安全监控和预警体系善，保证掌子面有视频监控以及报警系统，确保急逃生等系统的工作正常[2]。应配齐专职安全人员，加强安全教育培训，进行防灾逃生演练。第二，采用大管棚超前支护，坚持支护紧跟原则。涌水突泥灾害具有突发性的特点，但在出现大规模的涌泥之后，一般会有一段暂时的稳定期，因此，应抓住时机，在涌水段开挖后，下台阶、仰拱及二衬施工应及时、抓紧跟进，必须抓住时机及时处治施工，以形成完整的大管棚超前支护结构[3]。

第三，准备充足的物质，做好灾害预防工作。在地质灾害发生后，应不惜一切代价确保既定处治方案中所需的机械、材料的正常供应及应有储备，以保障满足全天候应急抢险供给。为治理涌水突泥地质灾害做好充分的准备工作，为其创造良好的施工条件，以保证正常施工进度。

第四，以堵为主，堵排结合。为避免高速公路隧道围岩壁继续变形破坏，导致塌穴增大，必须对坍塌穴口周边的围岩进行加固处理。为避免因多种情况再次发生坍方，必须封堵涌出口。为降低水压，减轻支护结构所承受的水压力，必须制定有效的排水措施[4]。对于充填物坍落的地段，应采取清淤释能降压的方案，使用大型挖掘机将堆积物运出。高度重视隧道释能降压技术在高速公路隧道施工中的运用。

第五，优化施工方案，提高安全管理水平。在启动抢险机制的同时，针对不同级别的涌水突泥地质灾害，必须依据现场施工不同的特点和环境，制定相应的科学、合理、安全、快速的治理方案。工程项目部应加强并落实领导带班，安排专人观测现场动态，拟定完善的应急处治预案，加强项目管理人员应对突发事件的培训，提高应对突发事件的安全管理水平。确保遇险时能立即按预案撤人并能及时、有效地组织应急抢险。

4.结语

涌水突泥是高速公路隧道施工过程中影响巨大的工程地质灾害，导致涌水突泥地质灾害的原因诸多，如果施工中处治措施不当，不但危及隧道施工安全，加剧隧道施工难度，影响隧道施工进度，还可能会在隧道建成后严重地影响地表环境，造成不必要的经济损失。因此，必须加强监测与预防，设置合理的施工条件，对涌水突泥地质灾害综合治理，但具体的治理方案要在具体的工作当中依据施工