隧道突水突泥地表沉陷綜合處治技術(shù)探討

1、隧道突水突泥地表沉陷綜合處治技術(shù)探討李國(guó)譜成蘭指揮部摘 要 ：文章分析成蘭鐵路1號(hào)橫洞突水突泥發(fā)生的原因，重點(diǎn)對(duì)處理方案和施工工藝等措施進(jìn)行了介紹，供類(lèi)似工程借鑒。關(guān)鍵詞：隧道 突水 突泥 地表 沉陷 處理方案1、突水突泥處情況簡(jiǎn)介1.1工程簡(jiǎn)介：柿子園隧道一號(hào)橫洞位于雎水河左岸、墩秀公路右側(cè)，地形較陡，屬于中低山侵蝕地貌，橫洞前進(jìn)方向右側(cè)發(fā)育劉家溝泥石流。 本橫洞HD1K0+000與正洞D2K78+100相交，橫洞中線與正洞左線線路中線小里程端交角為50°4050，與HD1K0+350處右轉(zhuǎn)，夾角為130°2744，橫洞共長(zhǎng)424米，起訖里程為HD1K0+000-HD1K

2、0+424，橫洞縱向坡度4.1%，凈空為7.5m(寬)*6.2m（高）。1.2地質(zhì)水文特征：掌子面為T(mén)2l+T2j灰?guī)r夾白云質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，有滲水現(xiàn)象，對(duì)應(yīng)地面為一沖溝溝心，沖溝地表分布一層較厚的坡崩積（Q4dl+col）碎塊石土，為匯水的負(fù)地形，地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)相符。橫洞位于巖溶垂直循環(huán)帶，推測(cè)發(fā)育一垂直巖溶管道，施工揭示巖溶管道位于橫洞右側(cè)邊墻，揭穿該巖溶管道后，引起洞內(nèi)巖溶突水突泥，進(jìn)而引起地表坍陷。該處地質(zhì)預(yù)報(bào)（1）TSP法：HD1K0+252-221段節(jié)理裂隙，溶蝕裂隙發(fā)育或含軟弱夾層等，圍巖穩(wěn)定性差，局部含水；（2）紅外探水法：HD1K0+247-217段掌子面前方30米范圍

3、內(nèi)圍巖局部含水；（3）超前鉆探法： HD1K0+256-226段巖層含裂隙水，巖體破碎，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育。綜合隧道物探法和超前鉆探法HD1K0+247-221段巖體破碎，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙，溶蝕裂隙發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，局部含水。圖1 一號(hào)橫洞山頂塌陷照片1.3突水突泥情況概述：突水突泥掌子面里程為HD1K0+233.8，埋深44m，累計(jì)進(jìn)尺190.2m。2013年9月29日凌晨3:50，開(kāi)挖至掌子面HD1K0+233.8處，準(zhǔn)備支護(hù)，右邊墻側(cè)出現(xiàn)一股集中涌水，水量持續(xù)增大，并并伴隨掉塊、垮塌現(xiàn)象，隨后出現(xiàn)巖溶突水突泥(圖2)，并持續(xù)發(fā)展，造成地表塌陷，形成一個(gè)直徑10m左右的漏斗狀陷坑，

4、深約15m（圖1），至11:30，地表垮塌仍在持續(xù)，洞內(nèi)持續(xù)涌水，每小時(shí)約100m³。截止9月30日下午，洞內(nèi)突泥基本穩(wěn)定，進(jìn)入洞內(nèi)調(diào)查后，涌出物為泥夾碎石，水量有減少趨勢(shì)。洞外陷坑未出現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)，坑壁坍塌也趨于穩(wěn)定。 圖2 突水突泥后隧道情況2、處理方案及措施：2.1地表處理措施：首先，為減小洞內(nèi)的水量，對(duì)地表進(jìn)行水系調(diào)查，查明地表水流動(dòng)特征后，對(duì)陷坑周?chē)鷮?shí)行截水、排水措施，防止地表水流入陷坑內(nèi)。在陷坑周?chē)捎蒙炒鼑?，高?0cm。在確定地面陷坑坑壁穩(wěn)定的情況下，查清陷坑深度，確定坑底距橫洞的垂直距離以及與橫洞的位置關(guān)系。采用挖掘機(jī)將既有便道拉槽拓寬，進(jìn)入坑底，對(duì)地表陷坑坑壁進(jìn)行

5、掛網(wǎng)噴錨防護(hù)，以確?？颖诜€(wěn)定，分解荷載。鋼筋網(wǎng)采用8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm。噴射C20砼，厚度10cm。采用泵車(chē)在坑底澆筑C20砼鋪底，厚度2m。澆筑混凝土?xí)r預(yù)留114孔口管（圖3），布置間距1.5m，梅花形布置。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%以后，利用潛孔鉆鉆設(shè)注漿孔，孔徑100，孔深至橫洞頂部位置，注漿管采用89鋼花管。漿液采用水泥砂漿，漿液強(qiáng)度不小于M10,注漿壓力0.2-0.3MPa。圖3 預(yù)留114孔口管2.2洞內(nèi)處理措施：2.2.1鋪通道路鋪通去往掌子面的人行通道。路面采用竹排，寬度為3個(gè)竹排寬度。查看掌子面狀態(tài)及右邊墻突泥突水的突破口，并查看初期支護(hù)的損壞情況，以

6、及突出的碎石土在洞內(nèi)的堆積厚度。2.2.2洞內(nèi)涌出堆積體處理采用裝載機(jī)和自卸汽車(chē)清除洞口至HD1K0+350（橫洞轉(zhuǎn)彎處）的涌出堆積的泥夾碎石，運(yùn)出洞外。在HD1K0+350處設(shè)置一道橫向擋坎，采用袋裝碎石，堵住堆積體，搭設(shè)馬道，挖除稀泥，回填洞碴。在HD1K0+300、HD1K0+250處同樣設(shè)置橫向擋坎，并確保排水暢通。2.2.3加強(qiáng)洞內(nèi)支護(hù)對(duì)洞內(nèi)出水點(diǎn)往洞口方向15m范圍，按原初期支護(hù)鋼架間距設(shè)置I16工字鋼橫撐，閉合成環(huán)，形成作業(yè)空間，確保施工安全。2.2.4前方堆積體處理對(duì)洞內(nèi)出水點(diǎn)往洞口方向15m范圍，包含掌子面及右側(cè)邊墻的堆積體表面掛鋼筋網(wǎng)（圖4）、噴射砼暫時(shí)封閉，噴射C25砼1

7、0cm，鋼筋網(wǎng)采用8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距25cm×25cm。 圖4 掛網(wǎng)噴砼防護(hù)2.2.5管棚施工采用108大管棚超前支護(hù)，環(huán)向布設(shè)在右邊墻和右拱部位置，環(huán)向間距25cm，長(zhǎng)度以打入基巖2-3m。管棚開(kāi)孔位置及定向管棚定向：開(kāi)孔位置在掌子面后方HD1K0+235.8鋼架上方，管棚方向：HD1K0+236.8鋼架下方至HD1K0+235.8鋼架上方延伸線，并按照設(shè)計(jì)間距25cm布置。用風(fēng)鎬將兩榀鋼架包裹的噴射混凝土鑿出，露出基巖。鉆孔及棚管跟進(jìn)：將掌子面處涌出的堆積體平整出一個(gè)鉆機(jī)工作平臺(tái)（圖5）。由于管棚要穿過(guò)堆積體，采用跟管鉆進(jìn)法，棚管采用108鋼花管。棚管每2m一節(jié)，每節(jié)用絲扣連接，

8、絲扣長(zhǎng)度需大于15cm。設(shè)專(zhuān)人填寫(xiě)鉆孔記錄，記錄鉆進(jìn)特征，如出水情況、卡鉆現(xiàn)象，鉆進(jìn)速度。分析管棚前端有無(wú)進(jìn)入基巖。管棚后支點(diǎn)管棚施工完成后，為加強(qiáng)管棚后端的支撐，架設(shè)一至兩榀鋼架，并設(shè)置橫撐，作為管棚末端的支撐點(diǎn)。 圖5 管棚鉆機(jī)進(jìn)行管棚施工注漿注漿材料采用水泥漿液（水泥漿水灰比1:1）。漿液拌制采用UJZ200A型砂漿攪拌機(jī)，攪拌機(jī)工作斗容量0.2m3，每盤(pán)漿液水泥用量150Kg（3袋）、水用量150Kg。注漿前先檢查管路和機(jī)械狀況，關(guān)鍵是檢查注漿機(jī)壓力表是否準(zhǔn)確，注漿管路是否暢通。注漿過(guò)程中隨時(shí)檢查孔口、鄰孔是否有串漿、冒漿、漏漿現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)串漿、冒漿、漏漿現(xiàn)象立即停止注漿，采用間歇式注

9、漿進(jìn)行封堵，待10分鐘后重新進(jìn)行注漿作業(yè)。注漿過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)壓力突然升高，則可能是發(fā)生堵管，應(yīng)立即停機(jī)檢查。 注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定，當(dāng)進(jìn)漿量小于2025L/min，注漿壓力逐漸升高，達(dá)到終壓并持壓10min以上，可停止注漿，并及時(shí)封堵注漿口，防止空氣進(jìn)入管內(nèi)。如進(jìn)漿量很大，壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高，應(yīng)及時(shí)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，先進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留時(shí)間，以便凝膠，停留時(shí)間不超過(guò)混合漿的凝膠時(shí)間。注漿過(guò)程應(yīng)派專(zhuān)人負(fù)責(zé)，填寫(xiě)注漿記錄表，詳細(xì)記錄注漿時(shí)間、漿液消耗量及注漿壓力等數(shù)據(jù)，觀察壓力表值，避免因壓力猛增而發(fā)生異常情況。并針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的特殊情況

10、，做出相應(yīng)應(yīng)急措施。 注漿結(jié)束后，先對(duì)鋼管進(jìn)行清孔，清孔完畢后立即用水泥砂漿進(jìn)行充填，以增加鋼管強(qiáng)度，并注意注漿管口埋入砂漿深度不得少于30cm。注漿順序：從下而上。 注漿異?，F(xiàn)象處理： 注漿過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生漿液從其它孔流出的現(xiàn)象，即串漿現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)串漿時(shí)，在有多臺(tái)注漿機(jī)的條件下，應(yīng)同時(shí)注漿，無(wú)條件時(shí)，應(yīng)將注漿孔及時(shí)堵塞，輪到該管注漿時(shí)再撥下堵塞物，用鐵絲或細(xì)鋼筋將管內(nèi)雜物清除，并用高壓風(fēng)吹沖（撥塞后向外流漿的注漿管不必進(jìn)行此工序），然后再注漿。水泥砂漿注漿進(jìn)漿量很大，壓力長(zhǎng)時(shí)間不升高，則應(yīng)調(diào)整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時(shí)間，先進(jìn)行小泵量低壓力注漿或間歇式注漿，使?jié){液在裂隙中有相對(duì)停留的時(shí)間，以

11、便凝膠，但停留時(shí)間不能超過(guò)漿液的凝膠時(shí)間。2.2.6引水處理管棚施工完成后或注漿前，根據(jù)實(shí)際情況，將掌子面右上方的流水集中引出，設(shè)置100-150鋼管若干根，插入出水位置處。2.3監(jiān)控量測(cè)： 對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，包括凈空變化、拱頂下沉，加大量測(cè)頻率，量測(cè)范圍為掌子面至洞口50m范圍，量測(cè)數(shù)據(jù)與前期監(jiān)控量測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析，判斷注漿對(duì)后方初期支護(hù)有無(wú)影響。2.4洞身開(kāi)挖： 2.4.1掌子面前方加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，采取地質(zhì)雷達(dá)法、超前水平鉆孔進(jìn)一步探明前方圍巖地質(zhì)情況，對(duì)邊墻也進(jìn)行探測(cè)。2.4.2進(jìn)行洞內(nèi)開(kāi)挖，掌子面前方暫定15m范圍按V級(jí)圍巖施作支護(hù)，42小導(dǎo)管超前支護(hù)，每根長(zhǎng)4.5m,縱向間

12、距3m。采用I16工字鋼架加強(qiáng)支護(hù)，間距0.6m/榀，設(shè)置臨時(shí)橫撐，閉合成環(huán)，噴射混凝土22cm，拱墻掛設(shè)6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸25cm*25cm。2.4.3上臺(tái)階開(kāi)挖至級(jí)圍巖地段后，封閉掌子面，清理后方HD1K0+250350堆積體，進(jìn)行下臺(tái)階開(kāi)挖。下臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)循環(huán)進(jìn)尺不得大于2榀鋼架間距。2.4.4涌水點(diǎn)前后15m范圍內(nèi)采用抗水壓模筑襯砌，建筑材料為C40耐腐蝕混凝土，襯砌厚度35cm。2.4.5出水點(diǎn)前后15m范圍模筑襯砌施作完成后，采用出水管進(jìn)行側(cè)壓漿，壓漿材料采用水泥砂漿，漿液強(qiáng)度不小于M10，固結(jié)范圍不小于5m。2.4.6地表陷坑待洞內(nèi)模筑完成后回填封閉，回填材料為C15混凝土。3、安

13、全措施3.1制度措施3.1.1安全管理組織實(shí)行安全責(zé)任制，建立以崗位責(zé)任制為中心的安全逐級(jí)負(fù)責(zé)制，成立9.29安全領(lǐng)導(dǎo)小組，制定切實(shí)可行的安全管理辦法和獎(jiǎng)懲制度，明確各職能部門(mén)和有關(guān)人員的安全工作職責(zé)。3.1.2安全管理制度必須遵守本工程的安全規(guī)定，采取預(yù)防措施消除現(xiàn)場(chǎng)安全隱患，負(fù)責(zé)在現(xiàn)場(chǎng)所有人員的安全。在施工中，建立安全措施先報(bào)批后執(zhí)行制度、建立安全檢查制度、建立工班“三上崗”和“三工制”制度、建立事故檔案制度。做到各項(xiàng)工作有章可循。3.1.3安全檢查制度施工前的安全檢查：施工前，由安全領(lǐng)導(dǎo)小組會(huì)同有關(guān)部門(mén)，對(duì)洞內(nèi)進(jìn)行全面的安全檢查驗(yàn)收。檢查驗(yàn)收的主要內(nèi)容包括：突水突泥是否停止，洞內(nèi)初期支護(hù)

14、是否穩(wěn)定，地表塌陷是否穩(wěn)定等。定期安全生產(chǎn)檢查：每天組織一次由有關(guān)職能部門(mén)的負(fù)責(zé)人和專(zhuān)職安全員參加的安全大檢查，并積極配合上一級(jí)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)和重點(diǎn)檢查；施工隊(duì)不定期進(jìn)行檢查；班組每日進(jìn)行自檢、互檢、交接班檢查。經(jīng)常性的安全檢查：安檢工程師、安全員日常巡回安全檢查。使用事故易發(fā)點(diǎn)檢查表每日進(jìn)行檢查。 3.1.4為保證安全規(guī)定及措施的落實(shí)，建立安全檢查程序見(jiàn)圖6。 圖6 安全檢查程序框圖3.1.4安全檢查記錄定期檢查按建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)（JGJ59-99）進(jìn)行檢查、打分、評(píng)價(jià)；班組每日的自檢、交接檢以及經(jīng)常性安全生產(chǎn)檢查，可在相應(yīng)的“工作日志”上記載、歸檔或使用安全檢查記錄表；專(zhuān)業(yè)性安全檢查，季節(jié)性

15、、節(jié)假日安全生產(chǎn)檢查，使用安全檢查記錄表或事故易發(fā)點(diǎn)檢查表。3.1.5 隱患整改隱患登記、分析：各種安全檢查查出的隱患，要逐項(xiàng)登記，根據(jù)隱患信息，對(duì)安全生產(chǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，從管理上、安全防護(hù)技術(shù)措施上分析原因，為加強(qiáng)安全管理與防護(hù)提供依據(jù)。3.2 隧道施工安全保證措施在洞口安設(shè)“進(jìn)洞安全須知”標(biāo)牌、進(jìn)洞人員顯示牌等牌圖。所有進(jìn)洞人員必須戴安全帽。施工人員，尤其是電工、電焊工、機(jī)械設(shè)備操作司機(jī)等嚴(yán)格按規(guī)定佩戴好防護(hù)用品。所有安全用品如安全帽、安全網(wǎng)、安全帶等必須經(jīng)有關(guān)部門(mén)驗(yàn)收后才能使用。加強(qiáng)洞內(nèi)通風(fēng)和現(xiàn)場(chǎng)用電管理。照明、高壓電力線路架設(shè)順直、標(biāo)準(zhǔn)，保證絕緣良好。各種施工機(jī)械和電氣設(shè)備均設(shè)置漏電保護(hù)

16、器，確保用電安全。洞口設(shè)防護(hù)措施并加強(qiáng)照明。針對(duì)洞內(nèi)運(yùn)輸繁忙的情況，制定具體的安全行車(chē)及避讓車(chē)輛技術(shù)方案及措施，并嚴(yán)格實(shí)施，確保安全。如發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)有險(xiǎn)情，立即在危險(xiǎn)地段設(shè)立明顯標(biāo)志并派專(zhuān)人看守，迅速報(bào)告施工領(lǐng)導(dǎo)人員及時(shí)采取處理措施。各施工隊(duì)配足必要搶險(xiǎn)物資。隧道施工各班組間，建立完善的交接班制度。每交班組將工作及安全情況向接班組詳細(xì)交待，并記載于交接班記錄簿內(nèi)。加強(qiáng)隧道開(kāi)挖爆破后的找頂排險(xiǎn)工作，施工中，指定專(zhuān)人對(duì)洞內(nèi)圍巖及地面位移變形情況進(jìn)行觀測(cè)，出現(xiàn)異常情況立即停工處理。經(jīng)常檢查測(cè)定粉塵濃度，加強(qiáng)隧道的通風(fēng)排煙，保證洞內(nèi)視線良好。安設(shè)低噪音的通風(fēng)機(jī)，減少噪音污染。在洞內(nèi)安置電話(huà)，保持洞內(nèi)、洞

17、外的通信聯(lián)絡(luò)。在洞內(nèi)兩側(cè)設(shè)置專(zhuān)用的逃生通道，并有專(zhuān)人負(fù)責(zé)食品供應(yīng)及應(yīng)急物品的管理。3.3隧道內(nèi)用電安全保障措施隧道施工電壓采用380V，成洞地段照明采用220V，工作地段照明采用36V。在洞內(nèi)設(shè)置移動(dòng)式變電站，將高壓電流變?yōu)?80/220V，再送至工作地段，變電站緊跟襯砌工作面。高壓電纜架設(shè)在離地面5m的高度處，成洞地段架設(shè)在襯砌的拱墻上。由變壓器出來(lái)的低壓，設(shè)置配電箱，箱上加鎖，鑰匙由電工掌管。220V照明線使用防潮絕緣導(dǎo)線，動(dòng)力線采用橡皮電纜輸送。在臺(tái)階法開(kāi)挖地段，開(kāi)挖下導(dǎo)以上斷面時(shí)，用木制三腳架靠邊架設(shè)電線，待開(kāi)挖下導(dǎo)時(shí)移入地下。在接近工作地點(diǎn)處設(shè)置攜帶式照明變壓器，將220V電壓變成3

18、6V供工作面照明。移動(dòng)燈具和手提作業(yè)燈，使用膠皮電纜及螺口燈頭。照明燈具在成洞地段采用沒(méi)有眩光、透霧性能強(qiáng)的高壓鈉燈，在開(kāi)挖面、工作面采用亮度高的低壓鹵鎢燈，在洞門(mén)口的場(chǎng)外照明采用清晰度高的鎬燈。低壓電氣設(shè)備加裝觸電保護(hù)器，電氣設(shè)備外露的轉(zhuǎn)動(dòng)和傳動(dòng)部分，加裝防護(hù)罩。電氣設(shè)備的檢查、維修和調(diào)整工作，由專(zhuān)職的電氣維修工進(jìn)行。防爆電氣設(shè)備，在安裝前由合格的防爆電氣檢查人員檢查其安全性能，合格后才予安裝，使用期間定期進(jìn)行測(cè)試與檢查。4 結(jié) 語(yǔ) 隧道中突泥突水地表塌陷病害處理比較困難，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為處理過(guò)程要以“因地制宜，綜合治理，施工過(guò)程中加強(qiáng)排水及加固堆積體，安全施工”為知道思想。然后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘探計(jì)算結(jié)果制定合適的施工處理技術(shù)，根據(jù)本案例可知在隧道中突泥突水地表塌陷中大管棚超前支護(hù)、洞內(nèi)引水、地表封閉處理是關(guān)鍵的處理技術(shù)，是一種值得推薦的處理隧道突泥突水地表塌陷的技術(shù)。5參考文獻(xiàn)1 左志明 隧道施工中涌水事故處理J.山西建筑，2003,23（2）：90-91