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谈岩石隧道突水涌泥后处治措施

1 ·工程概况
    汾阳至邢台高速公路平遥—榆社段宝塔山隧道3 号斜井，井口位于南岭沟村西北，斜井水平长度915 m，纵坡倾角7． 339°，综合坡度达13． 39%，井口标高1 410． 0 m，井底标高1 287． 5 m。斜井地质复杂，共穿过8 个断层破碎带。
    2· 突泥涌水基本情况
    2010 年5 月11 日宝塔山隧道3 号斜井掌子面里程为XK0 +283，下午17: 00 掌子面爆破，检查爆破效果超欠挖控制较好，掌子面无水。21: 00 出渣结束，掌子面围岩下部为节理发育，破碎完整性差的砂岩，掌子面中上部为强风化泥岩，岩体潮湿无滴渗水现象。出渣结束排险完成后，掌子面突然发生塌方。塌方里程为XK0 + 283 ～ XK0 + 291，塌方里程段内拱顶出现较大空腔，高度为拱顶以上3 m ～ 5 m，小塌方一直持续，空腔继续扩大并向洞口方向延伸扩大。
    2010 年5 月12 日上午9: 00，建管处、设计院、总监办、施工单位四方对塌方现场进行了实地查看，拟定了回填洞渣，然后向空腔内压浆的处治方法。
    2010 年5 月12 日15: 00 开始回填洞渣，至2010 年5 月12 日晚22: 30 时，回填洞渣过程中，在无任何前兆的情况下，掌子面顶部突然发生突水涌泥，瞬间流量较大，现场正在抽水作业的两名工人迅速撤离，因时间紧迫，无法采用装载机调运设备，后初步测算突水流量为400 m3 /h，4 h 后涌水量维持在210 m3 /h。至2010 年5 月13 日12: 00 已累计出水约3 600 m3。水位已升至XK0 +200，距离掌子面83 m。
    3 ·工程水文地质
    XK0 + 280 ～ XK0 + 330 工程地质概况: 洞体埋深61． 2 m ～88． 7 m 围岩由三叠系中统二马营组( T2er) 微风化互层状砂泥岩组成。属较软岩～较硬岩，节理裂隙较发育～一般发育，岩体较完整，围岩内出水状态为裂隙滴渗水～淋雨状出水，地下水及构造对围岩稳定性影响较严重，围岩主要质量指标Ｒc = 20 MPa ～30 MPa，J V = 9 条/m3 ～ 12 条/m3 ，KV = 0． 6 ～ 0． 5，BQ = 303 ～ 318，地下水影响修正系数K1 = 0． 4，［BQ］= 203 ～ 278。Ⅳ级围岩。汾阳至邢台高速公路平遥—榆社段宝塔山隧道水文地质专项评价报告显示3 号斜井XK0 + 270 ～ XK0 + 915 段长度645 m，地下水类型为二马营组构造裂隙承压～潜水，含水层厚度40 m，渗透系数取0． 338 m/d。涌水量为1 312． 5 m3 /d。
    4 ·突水涌泥后处治措施
    1) 迅速启动应急预案，以项目经理为组长的应急小组迅速安排洞内作业人员及机械撤离，保证人员和设备的安全。
    2) 从太原、忻州调集200 m3 /h 大功率污水泵5 台。
    3) 利用现有应急备用水泵加大排水力度，使斜井内水位平衡在XK0 + 200 附近，不再上涨。
    5 ·坍塌段处治方案及施工方法
    5． 1 总体思路
    1) 水抽干后从洞外拉渣对塌方区进行回填，对岩体起到稳固的作用。同时平整出施工平台，对XK0 + 283 ～ XK0 + 200 未坍塌段进行径向打设小导管并注浆，阻止塌方后延;
    2) 在加固未坍塌段的同时，洞渣回填完成后，喷射C25 混凝土将掌子面全部封闭，预留注浆孔注浆固结坍塌体，稳步向坍塌段推进;
    3) 按照三台阶预留核心土施工顺序，采用弱爆破，短进尺( 每循环严格控制进尺0． 5 m) ，强支护，分五个工作面平行稳步掘进;
    4) 紧跟施作临时仰拱，使围岩尽快封闭成环，直至完成坍塌段全部施工。
    5． 2 施工流程
    加固XK0 + 283 ～ XK0 + 200 段→对回填洞渣后塌体坡面喷射C25 混凝土→在坡面上打设小导管注浆，向塌方空腔内泵送混凝土→拱部打设外插角45°自钻式锚杆并注浆→采用三台阶法开挖→开挖支护上台阶→开挖支护二、三台阶→坍塌段仰拱临时支护→完成坍塌段施工→进入下一循环。
    5． 3 各工序施工工艺及技术要求
    1) XK0 + 283 ～ XK0 + 200 里程段在涌水的影响下，浸泡时间较长。此段支护结构已不稳定，塌方有连锁反应的可能，为阻止坍塌后延，确保施工安全，首先需要对此段做加固处治，拱部及边墙部位打设径向Φ 42 钢花管注浆，钢花管长3． 0 m/根，纵、环向间距1． 0 m，梅花形布置，注浆采用水泥水玻璃浆，水泥采用P． O42． 5早强水泥，水灰比1∶ 1，单孔注浆压力需达到1． 0 MPa 以上。
    2) 注浆固结坍塌物，搭设作业平台，加固原初期支护，稳步向坍塌体方向推进。
    a．注浆固结坍塌物。
    XK0 + 283 ～ XK0 + 200 里程段经过径向注浆后，坍塌向洞口方向延伸的趋势得到控制，施工人员在初期支护结构的保护下，向洞内拉洞渣对塌方区进行回填，回填结束后向坍塌体内水平方向打设Φ 42 钢花管，同时在塌方体上方空洞处预留三根Φ 150 mm混凝土输送管便于泵送混凝土。喷射C25 混凝土厚20 cm 封闭坍塌物表面，注浆固结坍塌体; 钢花管长6． 0 m/根，在坡面上布置间距1． 0 m × 1． 0 m，注浆参数同上。注浆顺序应由底到顶注浆固结。注浆结束3 d ～ 5 d 后，用输送泵通过Φ 150 mm 管向塌方区内间歇泵送混凝土，直至在塌方区上方形成一层混凝土保护层。
    b．固结完成段XK0 + 283 ～ XK0 + 288 里程段开挖支护。
    坍塌体固结后，在坍塌物表面搭设脚手架，由XK0 + 283 开始采用三台阶开挖，三台阶开挖高度分别为2． 5 m，3． 0 m，3． 0 m。超前支护采用双层小导管加单层自钻式锚杆。严格控制上台阶开挖进尺，每次进尺控制在0． 5 m。初支采用带套拱的双层钢拱架，开挖轮廓线比设计轮廓线扩大0． 3 m，便于进行套拱施工。此段开挖至XK0 + 288 时停止开挖，留1 m 不开挖作为下循环注浆的止浆墙。然后再次在坡面上打设6． 0 m 钢花管注浆。然后进行下循环开挖。隧道塌方处治示意图见图1。

    c．塌方段初支参数如下:
    采用双排超前小导管长度4． 5 m，外插角10°， 30°，纵向间距0． 5 m。初期支护采用Ⅰ20a 工字钢，间距0． 5 m。径向锚杆由原设计的Φ 25 中空锚杆变为Φ 42 钢花管，长度3． 0 m，间距50 cm ×50 cm，锁脚锚管采用Φ 42 钢管，长度5． 0 m。套拱采用Ⅰ18 工字钢，间距0． 5 m。锁脚锚管采用Φ 22 早强药包锚杆，长度5． 0 m。临时仰拱采用Ⅰ20a 工字钢，间距0． 5 m。
    3) 对XK0 + 288 ～ XK0 + 291 里程段固结注浆开挖支护。重复上一里程段处治方案，直至安全顺利度过塌方段。
    4) 注浆施工工艺。注浆设备选用双液注浆泵。
    a．施工准备。熟悉设计图纸; 调查分析地质情况; 通过试验确定注浆半径、注浆压力、间距及浆液配比; 加工导管，准备及检修施工设备器材; 施工人员培训; 工作面测量、放线、定孔位。
    b．小导管采用Φ 42 无缝钢管加工而成。
    小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻Φ 8 mm 溢浆孔，呈梅花形布置( 防止注浆出现死角) ，间距20 cm，尾部不小于30 cm 范围内不钻孔防止漏浆，末端焊Φ 6 环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管联接。
    c．小导管安装。
    用手持风钻钻孔，并将小导管打入孔内，如地层松软也可用风钻将导管直接打入。
    d．注浆。
    首先将掌子面用喷射混凝土封闭，以防漏浆，并对小导管内的积物用高压风进行清理。
    注浆顺序由下而上，注浆单管进行。浆液由稀到浓逐级变换，即先稀后浓。注浆完后，立即堵塞孔口，防止浆液外流。小导管施工工艺流程图见图2。

    6· 经验与体会
    针对处治本次塌方、突水涌泥的过程，使我们增加了如下认识:
    1) 在施工中一定要在地质资料详实的基础之上科学分析，加上先进的超前探测仪来指导施工，才有可能避免塌方;
    2) 充分了解了隧道的地质结构及围岩状况，进行精心调查研究分析，才能确定最佳施工方案。了解了施工超前和预支护在软弱围岩施工中的必要性;
    3) 软弱岩层自身稳定性差，塌方出现时，以稳定性为主，坍塌渣体同样对周围岩壁有稳定支撑作用，切忌随意开挖;
    4) 针对该种围岩所发生的各种变形、渗水和涌泥涌水现象，以往经验表明，单靠注浆手段提高注浆固结体的强度和厚度，有时也会发生再次破坏的现象。由此建议施工中在提高注浆效果的同时，采用加强支护体刚度的方法。
    本文结合宝塔山隧道3 号斜井施工过程中遇到大规模突水涌泥的处治措施，对处治突水涌泥施工有一定的指导意义。希望为类似的工程提供些许借鉴作用，更希望不妥之处能得到专家和同行的指正。

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点击次数：更新时间：2016-7-19 15:09:45 【打印此页】【关闭】

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