朱伟宁

摘要：如何预防并处治岩溶发育地区隧道施工过程中的突泥事故一直以来都是高速公路隧道施工的难题。文章以广西桂林至柳城高速公路的年洞隧道突泥灾害处治过程为例，分析年洞隧道突泥灾害的特征与成因，并结合现场工程地质条件，提出了以超前地质预报（钻探）结合地层加固、衬砌支护加强、溶洞处理为一体的综合预防处治技术，成功解决了年洞隧道突泥灾害防治技术难题，为今后类似条件的隧道建设提供了良好的技术参考。

关键词：隧道工程;岩溶地质;突泥灾害;超前支护;地层加固;溶洞处治

中图分类号：U458A281004

0 引言

高速公路隧道穿越岩溶发育地质地段具有危害大、预防难的工程特点，是当前国内外隧道工程施工中尚未完善解决的难题[1-3]。其主要表现是：当施工贸然揭露岩溶时，有一定的概率会导致突水突泥灾害发生，造成重大工程事故[4]。当前，我国在应对复杂岩溶地质隧道建设相关技术方面累积了一定的经验，达到世界先进水平。一般采用超前探测[5-7]、帷幕注浆[8]、超前管棚支护、高压富水溶腔释能降压[9]、桥梁跨越、迂回绕行、防灾预警、救援逃生系统等“探”“堵”“排”“迂”“跨”“防”等综合技术措施，极大地改善了隧道施工中处理大规模岩溶地质的能力。设计施工前采取有效的超前地质预报（钻探）技术，探明隧道开挖面前隐伏的断层及岩溶的大小、位置和关联性等，有针对性地制定处理方案，既可有效保障施工安全，又能保证质量和进度。

1 工程概况

年洞隧道是广西桂林至柳城高速公路的一座隧道。隧道起讫里程桩号左幅：ZK90+888～ZK92+100，长1 212 m;右幅：K90+936～K92+120，长1 184 m，隧道最大埋深约128 m，洞轴线进口走向方位角约241°，出口走向方位角约259°;单幅隧道净空：11.0 m×5.0 m。

根据沿线地貌分区，隧址区属构造溶蚀峰丛洼地、谷地地貌区。隧道通过地段地面标高在237.67～388.47 m之间，相对高差约150.80 m，地势起伏相对较大，山体坡度较陡。隧址山体基岩裸露，基岩岩性为泥盆系上统榴江组（D3）灰岩，围岩级别从Ⅲ级到Ⅴ级。隧址区地下水主要为碳酸盐岩水，水量总体不大，接受大气降水入渗补给。在隧道浅埋段碳酸盐岩岩溶水受地表水补给条件较好，隧道开挖，滴水、渗流现象明显，山体深部可能存在着岩溶管道。

2 隧道突泥灾害特征与原因分析

2.1 突泥灾害基本情况

年洞隧道左洞在桩号ZK91+081～ZK91+086区段施工期间发生了六次突泥塌方灾害。2019-09-16，左洞发生了突泥灾害，第一次突泥从掌子面往支护段大约40 m左右，突涌泥土呈流塑、软塑状，流动性不是很大;2019-10-15，发生了第二次突泥;2019-10-17，发生了第三次突泥，造成初支拱架断裂;2019-10-27，发生了第四次突泥，造成初支拱架断裂，同日又发生了第五次突泥;2019-10-29，发生了第六次突泥，溶腔掉块，压断初支拱架。施工期间累计淤积泥沙约24 500 m3。

2.2 灾害特征分析

综合分析该隧道历次突泥塌方灾害发生的过程与破坏情况，可以看出，岩溶发育地区隧道突泥地质灾害特征主要表现在灾害发生的突然性、危害性以及经济损失的严重性。突泥可能会造成人员伤亡、堵塞排水系统、破坏、隧道支护结构等，并常伴生地面塌陷，增加了突泥灾害的破坏程度和治理难度。此外，年洞隧道施工期间的突泥灾害最鲜明的特点就是突泥的频繁性。

2.3 灾害成因分析

年洞隧道突泥事件主要是在施工过程中，隧道施工掌子面前方或者开挖轮廓四周的岩溶突然压溃临界面，造成突水突泥地质灾害，而突涌出的泥砂主要来源于岩溶陷落柱、断裂破碎带、松散含水层。根据工程地质条件以及突泥灾害特征分析，下面给出年洞隧道突泥灾害的成因分析：

2.3.1 地下水是突泥灾害发生的前提

年洞隧道隧址区内地下水主要接受大气降雨补给，沿孔隙、基岩裂隙、溶蚀裂隙等向地势低凹处呈脉状、线状排泄;岩溶水水量大小受岩溶发育程度及补给源的控制，季节性较明显，特别是雨季时形成的地表面流易沿溶蚀裂隙迅速下渗，导致地下水流量急剧增大，对隧道突泥灾害的发生有着重要影响。

2.3.2 高压力是突泥灾害发生的重要诱因

年洞隧道的最大埋深约128 m，通过爆破开挖之后，打破了原有平衡压力，使地层处于高压状态，极有可能诱发突泥塌方灾害的发生。

2.3.3 不良地质是突泥灾害发生的必要条件

根据地质勘测情况，年洞隧道施工区间段存在破碎带、岩溶等不良地质条件，而隧道在穿越溶洞、断层破碎带或接触带等不良地质时，特别容易发生突水突泥灾害。

综合来看，“富水、高压、不良地质”三者不利组合是诱发年洞隧道突泥灾害的主要地质条件。在很多大型突水突泥灾害发生前，都会发生前期小型、局部、小范围的突水突泥，在处理方法及措施不完善的情况下，盲目地进行施工，极大地增加了施工安全风险。

3 隧道突泥处治方案

3.1 处治思路及原则

根据对岩溶发育地區隧道施工进程中突泥灾害的特征与原因分析，在复杂地质条件下，应以超前地质预报（钻探）结合地层加固、衬砌支护加强、溶洞处理为一体的综合技术对突泥灾害进行处治。对于年洞隧道所处的特殊的地质条件而言，处治突泥灾害过程中不仅要对破碎带地层进行加固导水处理，还需针对岩溶发育区段的岩溶腔体提出填充处理方案。以下提出岩溶发育地区隧道突泥灾害处治原则：

3.1.1 物探先行，钻探验证

在岩溶发育地区隧道的建设过程必须要系统地进行综合超前地质预报。总体上以地质调查分析法为基础，结合TSP、地质雷达等物探手段，并辅以超前钻孔等综合地质预报手段，遵循“长短结合、以短为主”的原则，尽可能查清掌子面前方地质情况及可能发生的地质灾害，提前做出分析，提出处理措施，保证施工安全。

3.1.2 超前支护，注浆加固

超前支护是一种预支护手段，是充分发挥围岩自稳能力的一种手段。由于岩溶发育地区隧道建设可能會面临破碎带、溶洞等不良地质的考验，为保证隧道开挖的安全有序进行，有必要采取预支护的技术措施。

3.1.3 监控量测，动态施工

为了避免施工过程中注浆加固时围岩结构与支护体的变形失稳，也为了保证施工人员的生命财产安全，需要在注浆过程中进行围岩结构与支护体的变形、涌泥量等必要项目的监控量测，进而为隧道开挖提供指导，保证施工安全。

3.2 处治技术方案

3.2.1 超前地质预报技术

首先必须采用TSP隧道地震探测仪进行远距离（150 m）较宏观长期预报，如表1所示。除在物探推测异常带地段结合TSP、地质雷达等预报结果外，还需要结合超前钻探来进一步验证溶腔的具体发育规模，钻孔孔位置和数量设3～5个，钻孔时应对钻进速度、取芯情况（岩芯采取率、RQD值）、出浆点位置、流动速度、水压及出水状态等作详细记录。

3.2.2 地层加固技术方案

针对本项目地质条件，本工程预设了如下超前支护辅助措施，如表2所示：

年洞隧道左洞突泥灾害区段具体加固处理方案如下：

（1）先清理ZK91+085之前突泥塌方体，对临近掌子面受损工字钢，采用临时工字钢支撑。

（2）从ZK91+085采用L=24 m，108×6 mm超前管棚进行超前支护，环向间距为40～45 mm，仰角6°，管棚施工及注浆处理如图1所示，突泥塌方处治工程数量如表3所示。

（3）掌子面突泥塌方体采用10 cm厚C20喷射混凝土临时封闭。

（4）以上加固工作完成后，方可进行下一步的清理及开挖工作。

3.2.3 衬砌支护设计方案

左洞初定ZK91+087～ZK91+119段支护采用溶洞处理段衬砌，实际施作段落根据现场溶腔影响范围确定;右洞K91+170～K91+190段支护采用Va衬砌，实际施作段落根据现场溶腔影响范围确定。左洞的衬砌支护具体设计如图2所示，工程数量如表4所示。

3.2.4 溶洞处理技术

本项目部分路段岩溶发育，对于溶洞可采取以下处治措施：（1）溶洞在隧底，小型溶洞可挖出充填物换填，对于规模较大的溶洞根据跨度大小采用梁跨、拱跨等措施;（2）溶洞在侧墙，可局部挖除溶洞充填物后在衬砌外采用混凝土或浆砌片石砌筑;（3）溶洞在隧顶，可待溶洞充填物自流稳定后，在拱顶以上浇筑混凝土护拱，护拱之上充砂或用轻质泡沫混凝土灌注充填，然后再进行下步施工;（4）溶槽在隧顶，利用超前支护钻孔对隧顶溶槽充填物进行高压劈裂注浆加固后再进行开挖，并加强隧道支护。

年洞隧道施工突泥段溶腔多在隧道顶部，因此现场采取护拱+吹砂的方案，通过施作2 m厚混凝土护拱，护拱外吹砂，最薄处≥1 m;同时在溶洞处理范围内埋设110 cmPE排水管，间距设置为2 m;此外，在施工过程中要加强监控量测，如有异常应及时停止施工并上报设计单位。左洞溶洞具体处理方案如图3所示。

4 结语

根据上述研究，得出以下结论：

（1）对于岩溶发育的地质条件，在处治隧道突泥灾害过程中不仅要对不良地质区段进行加固导水处理，还需针对岩溶发育区段的岩溶裂隙、溶洞提出填充处理方案。把握隧道突泥灾害处治的总体原则：“物探先行，钻探验证;超前支护，注浆加固;监控量测，动态施工”。要充分利用超前地质预报（钻探）技术手段，尽可能地查清掌子面前方地质情况以及可能发生的地质灾害，提出预处理措施，保证施工安全。

（2）对于破碎带、岩溶等复杂地质条件下的隧道突泥灾害，需要从围岩改造以及支护结构加强两个方面进行综合治理，结合超前管棚支护、小导管注浆加固、衬砌加固以及用混凝土封闭断面等技术手段，完善隧道突泥灾害处治技术方案。

（3）当隧道开挖过程中遇到大型溶腔，为了维持隧道整体结构的稳定性和施工人员安全，可采用“护拱+吹砂”的方案。待溶洞充填物自流稳定后，在拱顶以上浇筑混凝土护拱，护拱之上充砂或用轻质泡沫混凝土灌注充填，然后再修建隧道，能够有效保证溶腔填充效果及现场施工安全。

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收稿日期：2020-05-10