隧道断层突水涌泥综合整治技术

隧道断层突水涌泥综合整治技术

 尚高高

中铁七局集团第三工程有限公司  陕西西安  710032 

摘要：简述了隧道突泥涌水的特征，结合岩溶涌突水的主要影响因素，详细阐述了中铁七局第三工程有限公司在某隧道出口对出现涌水突泥现场采取的具体措施，成功的处置了突水涌泥地质灾害，供广大施工一线技术人员借鉴参考。

关键词：断层，突水涌泥，整治技术

1前言

隧道处于山谷内，洞身处于地下水位下，断层发育，地下水常年侵泡、软化、冲蚀围岩，导致局部地段泥岩砂岩成泥状和粉砂状，隧道开挖后遇断层水而流出形成涌水突泥,从而造成较大安全隐患,严重制约工程顺利进展，本文结合隧道出口工程实际从断层地带涌水突泥后的处置措施及预防措施进行了总结。

2涌水突泥基本情况

2014年10月9日隧道出口掌子面施至DK60+832.8进行立架，左侧拱脚以上1m开始坍塌，泥砂并伴随水呈流出，泥砂按自然坡堆积，最大粒径10cm，体积约60m3；10日凌晨3点突水突泥量逐渐增大，水质浑浊，堆积体积增大，泥砂漫延20余m，停止立架；采用喷射混凝土进行封闭，3时40分将掌子面全部封闭，并安排专人对掌子面进行监测；9点48分掌子面左侧突然崩裂，泥砂漫流40余m，出现险情后立即将掌子面作业人员撤离，两台湿喷机因泥石流漫流未及时撤出被掩埋。突水突泥发生后及时用219、159、80mm钢管及100mm的塑料软管配两台15KW、两台7.5KW的水泵及时将水抽出隧道外，初始值为60m3/h，峰值为260m3/h，到2014年10月10日上午11：00泥砂漫流仍在继续。隧道洞内监控量测数据无异常，二衬台车至掌子面无法进行监控量测。地表DK60+750～900线路中线左右50m拉警戒线，派专人观测。截止14日16时洞内水量基本稳定，水流量为70m3/h,总涌水量12000余m3。

3突水涌泥后应急处置措施

3.1出现涌水涌泥迅速撤离现场施工人员，及时加强警戒，在洞内距二衬台车50m外拉警戒线，设缓冲区，禁止无关人员入内。

3.2安排专职电工及时切断掌子面附近的电源；设3名专职安全员对洞内进行24小时值班观察水情及淤泥情况，涌水涌泥稳定后，安排安排专人负责对突水涌泥进行清理。

3.3对掌子面DK60+832.8挂设钢筋网喷射C25混凝土进行封闭处理。

3.4对DK60+840.6-DK60+812.8段拱墙径向打设Φ60排水管，每根长度为6m,间距为2.5×2.5m。

3.5 对DK60+840.6～DK60+832.8进行注双液浆加固。

4断层地带涌水突泥的预防措施

4.1总体思路

4.1.1 对DK60+840.6～DK60+832.8段拱墙初期支护采用径向注浆加固，注浆管采用Φ42小导管，梅花形布置，间距1.2m×1.2m，每根长5m，注1:1水泥浆，注浆压力0.5～1.0Mpa。

4.1.2自DK60+834向小里程方向施作封堵墙，墙厚2.0m,与周边围岩采用Φ22砂浆锚杆连接，环向间距1.0m，嵌入基岩不小于1.5m，嵌入封堵墙1.0m；封堵墙基础采用Φ75钢花管并注浆，钢花管环向间距1.0m，嵌入封堵墙底部岩体不小于3.5m，嵌入封堵墙1.0m。

4.1.3自DK60+834向小里程方向施作拱部Φ108大管棚，长度大于20m，管棚环向间距0.4m，每环38根，注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆，管棚内设置钢筋笼，管棚末端嵌入基岩不得小于3.0m。施工中，充分利用管棚钻孔进一步探测突水突泥后留下的空腔范围，做好管棚钻进记录，根据钻孔进一步分析空腔范围并优化调施作范围及施作长度。

4.2 超前泄水措施

4.2.1 超前水平钻

在DK60+832.8线路右侧涌泥表面打设注浆管挂双层钢筋网喷射混凝土进行封闭处理。封闭处理完成后，在DK60+832.8里程段施作5个超前水平钻孔，每个孔长度为30m,对前方30m范围的地质岩层整体性、含水构造及水量进行预报。具体布置孔如下：

1号孔位置为隧道拱顶以下2m处，向上与水平夹角为13°，要求水平钻孔超出隧道开挖轮廓线以外5m范围，搭接长度5m；2、3号孔位置为隧道拱顶以下6m处，距左边、右边墙2m处，向左与线路方向夹角为13°，要求水平钻孔超出隧道开挖轮廓线以外5m范围，搭接长度5m；4、5号孔位置为隧道拱顶以下8m处，距左边、右边墙2m处，向左与线路方向夹角为13°，要求水平钻孔超出隧道开挖轮廓线以外5m范围，搭接长度5m。

4.2.2 加深炮眼

采用风枪探孔对隧道周边进行探查，每个断面布置7个探孔，加深炮孔孔位分别位于上台阶拱顶1个、左右拱脚各1个、左右边墙中部各1个和左右边墙各1个。探孔深度8m，搭接长度4m，要求加深炮孔超出隧道开挖轮廓线以外4m范

围，每环4m打设一次。

4.3DK60+840.6～DK60+832.8段拱墙初期支护径向注浆

4.3.1 技术要求

① 检查开挖的断面中线及高程，开挖轮廓线符合设计要求。 

② 注浆钻孔采用风钻，钻孔直径52mm，孔深5m，孔口插打L=5m，D=3.5mm钢管。 

③ 注浆孔按梅花型布置。孔口纵向间距1.2m，孔口环向间距1.2m。

④ 注浆采用普通水泥浆，水泥浆为1:1，注浆压力0.5～1.0Mpa。

4.3.2施工要点

① 钻孔采用风动式钻机。钻孔位置满足设计要求，孔口位置偏差不超过5cm，孔底位置偏差不超过孔深的1%。钻孔应清洗干净，并作好钻孔检查记录。

② 注浆管采用L=5m,d=3.5mm无缝钢管。采用全孔注浆，用铅丝，麻刀或木楔等材料在注浆孔口将间隙堵塞，并固定牢固。

③ 注浆顺序应由下往上。可利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。

④ 注浆结束条件应根据注浆压力来判断确定。结束条件为：以定压控制为主，具体结束标准为：注浆压力0.5～1.0Mpa，持续注浆15分钟压力不降低。所有注浆孔均已符合单孔结束条件，无漏注。注浆结束后必须对注浆效果进行检查，若未达到设计要求，应进行补孔注浆。

⑤ 径向注浆作业采用全孔一次性注浆方式进行，应尽量避免因机械故障、停电、停水、器材等问题造成的被迫中断，对于因制止串浆冒浆等而有意中断，应先将钻孔清理至原深度以后再行复注。 

⑥ 注浆时如遇窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式，注浆中，注浆量和注浆压力是两个关键参数。一般规律是：初始阶段压力较低，注入量增大；正常阶段压力和注入量呈小的波浪式起伏状态，但总的比较平稳；压密注满阶段注入量迅速递减而压力迅速升高；在注浆中根据设计注浆量和压力按照上述规律进行控制。

⑦ 严格按设计要求配制浆液，配浆时，需要对搅拌捅进行刻度划分标识，以利于现场配比。

⑧ 为了防止浆液含有颗粒，在搅拌桶和储浆桶之间需要加虑网,为了保证浆液的流动性，储浆桶需要加搅拌设备。

4.4 DK60+834向小里程方向施作拱部Φ108大管棚、封堵墙施工

4.4.1在已施作的初支上标出DK60+834位置，用风枪沿着初支环向间距1.0m,纵向间距22cm,打设Φ22砂浆锚杆，锚杆长度6m,嵌入初支不小于4m。分别按照初支钢拱架间距0.6m,打设8排，安装已加工好的钢拱架，钢拱架与初支之间预埋Φ127 导向管，用全站仪在工字钢架上，定出导向管平面位置，用水准尺配合坡度尺设定孔口管的倾角，用前后差距差设定孔口管的外插角，防止导向墙产生位移，将导向管焊接在工字钢上，检查合格后喷射C20混凝土，按从左右拱脚开始到拱顶合拢的喷射顺序分层喷射C25混凝土至设计厚度形成护拱。

4.4.2用人工将封堵墙基础涌泥扥杂物清除干净并进行整平，掌子面附近开挖小积水井，用Φ100钢管将水引出。在原有整平的基础上在挖深100mm,将排水钢管埋入。封堵墙基础采用Φ75钢花管并注浆，钢花管环向间距1.0m，嵌入封堵墙底部岩体不小于3.5m，嵌入封堵墙1.0m。

4.4.3用C20混凝土将整平的封堵墙基础进行浇筑10cm厚,并进行二次收面。强度满足要求后，开始立封堵墙模板，封堵墙模板采用60mm×150mm的钢模板+竹胶板拼装而成，封堵墙厚度按照2m进行立模。钢模板安装前必须进行机械抛光，抛光后清理干净，用手摸无黒迹；钢模板用钢管支架进行加固。模板安装采用人工配合挖掘机进行安装，靠近初支部位模板采用竹胶板，模板间的接缝处用双面胶带贴密实，不得产生漏浆。在模板表面涂刷脱模剂，模板上的重要拉杆采用圆钢并配以垫圈，伸出混凝土外露面的拉杆采用端部可拆卸的钢丝杆；模板加固采用钢管支架配合木撑加固。为防止模板缝漏浆，在模板底角用水泥砂浆封堵，立模高度为1.6m,模板顶导向墙处预留30cm保证C20顺利浇筑，浇筑完成后，将预留30cm用喷射混凝土封闭处理。

4.4.4 大管棚制作。根据管棚长度采用不同管节，导管四周钻设孔径10～16mm注浆孔(尾部预留不小于100cm的不钻孔的止浆段)，孔间距15～20cm，呈梅花型布置。管头焊成圆锥形，便于入孔钢管接头采用丝扣连接，丝扣长6cm，接长钢管应满足受力求，相邻钢管的接头应前后错开，同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头错开必须大于1m。

4.4.5钻孔

4.4.5.1钻机定位：钻机要求与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置。用全站仪、挂线、钻杆导向相结合的方法，反复调整，确保钻机钻杆轴线也孔口管轴线相吻合。

4.4.5.2钻孔从拱顶向两侧对称进行，可缩短搭设钻机平台的时间。成孔前将孔位编号，施工顺序为先钻单号孔再钻双号孔，防止串孔、漏风。

4.4.6 清孔、验孔

4.4.6.1用地质岩芯钻杆配合钻头进行反复扫孔，清除浮渣，确保孔径、孔深符合要求，防止堵孔。

4.4.6.2用高压风从孔底向孔口清理钻渣。

4.4.6.3用全站仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

4.4.7安装顶进管棚

棚管引孔顶进采用管棚机钻进的工艺，即先钻大于棚管直径的引导孔Φ127mm，然后用管棚机在人工配合下顶进钢管。接长钢管应满足受力要求，相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%，相邻钢管接头至少错开1m。

4.4.8 注浆

4.4.8.1用带连接注浆管的钢板与管棚钢管焊接牢固，注浆连接管可采用阀接式进行注浆。

4.4.8.2用注浆泵将水泥浆压入钢管内，浆液通过钢管注浆眼压注入孔壁的缝隙内，固结附近岩土层，采用导管编号隔孔注浆，先注“单”号孔，待1至2天固结后，再注“双”号孔。压注水泥砂浆水灰比和注浆压力符合设计要求。

4.4.8.3由于采用间隔施工大管棚，为了避免先期注浆结石影响后期成孔(主要是渗入地层中的水泥结石极易造成钻孔偏斜，诱发孔内事故)，大管棚第一次注浆压力不宜过大，待周围管棚施工完成后加大注浆压力再次注浆。为了确保注浆质量，首先应向孔内压注水泥-水玻璃双液浆液，注浆压力控制在1.0～2.0MPa。

5 施工过程注意事项

5.1在隧道施工中，如果遇到涌水涌泥，我们要根据其涌出物，并借助于各种地质超前预报手段对其涌水涌泥原因进行综合分析和判定，从而进一步制定出具体的处理方案；切勿在未查清涌水涌泥原因的情况下，盲目清除涌水涌泥体。

5.2隧道施工中应加强超前地质预报工作，尤其是在断层破碎带及向斜核部等地质复杂地段，要综合利用地震波、超前钻孔、红外探测、加深炮孔等探测方法，探明掌子面前方的地质条件，通过对所得预报资料综合分析与评判，采取有效的施工控制措施，降低地质灾害发生的机率和危害程度，确保施工安全及结构安全。

5.3隧道不良地质地段施工，除加强超前地质预报工作外，初期支护应尽早封闭成环，二次衬砌应及时跟进，现场安全步距控制尤为重要。

5.4加强对初期支护进行监控量测，密切注意支护变形动态，发现异常立即采取应急加固措施，避免危险发生和确保人员、设备、财产安全。

6 结束语

该隧道施工中通过采取超前泄水、大管棚支护、超前注浆加固等综合治理措施，确保了隧道在断层挤压破碎的糜棱岩地质的施工安全。随后顺利穿越玉碗水向斜地段，未发生涌水突泥。经实践证明该综合治理措施能有效预防断层、向斜等不良地质段的涌水突泥的发生。

参考文献

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