■曾志文

（福建省高速公路集团有限公司漳州管理分公司， 漳州 363000）

1 引言

随着目前我国隧道工程数量的增加和向边远地区的发展，复杂地质条件隧道也越来越多，偶有隧道发生突泥涌水灾害，给工程施工安全、进度、成本等带来风险。对突泥涌水处理方法不断的完善，对隧道预防突泥涌水措施的完善， 有利于降低突泥涌水处理带来的安全风险，提高施工进度，减少成本。 本文以福建省某高速公路天成山隧道的施工为例， 对隧道突泥涌水处理的主要施工方法进行阐述。

2 工程概况

天成山隧道为福建省某高速公路控制性工程，为双向六车道特长隧道，具有断面大、矢跨比小的特点，隧道左线全长3372 m，右线全长3390 m，平均间距约350 m 设置人行或车行横通道。 隧址区岩层属南园组凝灰岩及燕山期侵入花岗岩，隧道埋深较浅，隧道区共发育有5 条断裂构造或节理裂隙密集带，由于构造破碎带、节理裂隙密集带内岩体极破碎，雨水会沿裂隙下渗，出现淋雨状，当岩体较完整时，出水状态属于渗滴涌水。 该隧道Ⅳ-Ⅴ级围岩范围及构造破碎带、 节理裂隙密集带路段较长，赋存于破碎带及节理裂隙密集影响带中的构造裂隙水，富水性、导水性较好，涌水影响较大，对隧道施工影响较大。 从已开挖揭露得围岩来看，场区内地下水发育、 围岩变化频繁、 局部为强-中风化花岗岩， 其节理裂隙较为发育， 裂隙水以滴水状渗出为主， 整体稳定性一般， 有些段落围岩为全风化花岗岩，易破碎，呈现散粒状，岩石没有凝聚力，极差的自稳能力，有淋雨状-股状裂隙水，施工安全风险较大。

2012 年5 月7 日， 对已完成开挖右洞掌子面YK22+136 的上台阶进行初喷时，上断面左侧拱腰发生突泥现象，突泥体以流砂状形态突然涌出，突泥量约为250 m3。 5 月8 日，右洞掌子面在根据会议纪要确定的处理方案准备反压回填施工时，YK22+136 处上断面左侧拱腰又一次发生突泥现象， 突泥体仍以流砂状涌出，突泥量约为1900 m3。5 月13 日，右洞掌子面在施工回填作业平台时， 掌子面再次发生突泥现象，突泥体以流砂状涌出，突泥量约为13800 m3，突泥的掩埋长度长达159 m。第二天经组织人员去地表排查，发现YK22+130 中线偏右处地表有陷坑。

图1 突泥平面示意图

图2 现场突泥情况

3 突泥原因分析

根据隧道开挖情况及地表地质调查，采用地质调绘、物探、钻探等方法对隧道塌方段及尚未开挖段进行补充勘察。根据勘探结果分析：YK22+136 前方存在一条断裂带，断裂为压扭性一断裂带，由若干相互平行的断裂组成，X 状节理和羽状裂隙都极为发育，断裂带岩体强烈风化，地下水的活动剧烈，岩体的完整性极差。 隧道施工开挖直接改变了岩体的原始应力状态，在自身重力的作用下，松散破碎的呈饱和状态的岩体沿着断裂面向下位移运动。 塌陷从地表至隧道大约深160 m， 在地表形成了一个平面形态为不规则八边形， 最大直径约28 m 的塌陷坑。 以此判断，本次突泥属于断裂滑移破坏型塌方造成突泥地质灾害。

4 突泥处治及断层通过方案

施工总体方案以“排水减压、注浆改良、管棚预支护、分部开挖、导洞超前、径向注浆补强”的原则进行。

右洞： 地表塌坑处理→突泥体注浆加固后清除→突泥影响区（突泥处退后50 m）采取径向注浆加固补强→右洞突泥溃口段（F1 断层段）全断面预注浆→双层超前大管棚→超前小导管加强→双侧壁法开挖→径向钢化管补充注浆→下一循环预注浆顺序进行处理。

左洞： 继续向前开挖至ZK22+110→从左洞往右洞突泥区施做泄水孔→周边预注浆→单层超前大管棚→CRD 法开挖→下一循环预注浆。

4.1 地表塌坑处理

对塌坑内底部进行浅层注浆封闭， 底部回填2.5 m 厚混凝土，然后回填土，表面采用0.5 m 厚混凝土封闭，在周边设置截水沟和排水沟，将附近地表水进行引排绕开该区域。

4.2 突泥体处理

地表处理完后开始清除洞内突泥体，受地表水补给影响，右洞突泥堆积体含水量较大，从YK22+040 往掌子面，突泥堆积体表面淤积大量的积水，前方淤泥呈流塑态， 突泥体注浆现场照如图3 所示。为降低清淤过程中的安全风险，先暂时保留一定长度的渣体以维持受力平衡，前方掌子面要先加固完再清理后方剩余渣体。 采取分段固结，分段分部清除的思路进行清淤工作，固结部分起到反压未处理突泥体的作用，控制风险和保障施工安全，注浆固结后效果照见图4。

图3 突泥体注浆

图4 注浆固结后效果

在突泥体末端堆码碎石袋为下一部突泥体处理提供安全保障。 堆码碎石袋的同时在突泥体末端下部埋设泄水孔， 提前对突泥体内含水进行引排。在突泥体两侧挖设排水沟， 将掌子面地下水从排水沟引排。 从距突泥点50 m 处突泥体开始，自突泥体顶面向下插入钢花管对该段突泥体进行注浆固结，由于突泥体含水量较大，施工人员无法正常进入施工， 先在表面喷一层混凝土， 铺设钢筋网片，再喷20 cm 厚混凝土进行表面固化，然后再插入钢化管进行注浆固结；固结后在固结区向掌子面8 m 处横向布置5 孔集水井， 为往大里程范围的突泥体提供渗水面。 固结后再对YK22+005～YK22+045 段（固结段后方）突泥体采用台阶法进行清理；然后逐步从中间固结施工通道至掌子面。

4.3 帷幕注浆工艺

在突泥体和后方已施工段初支加固完成确保安全后开始处理突泥断层段，由于断层围岩为饱水状态下砂土状全风化花岗岩，首先从后方初支面及中台阶向突泥区打设泄水孔排水，泄水孔穿过断层可以采用跟管或者前进式分段注浆方法，排出断层段的地下水。 另外在距已施工仰拱部位设置40 m深井点降水。

由于全风化花岗岩比较脆弱，为了确保后续施工的安全， 因此对断层的上部洞身及开挖轮廓线5 m 范围内的全风化花岗岩围进行物理性能改良，采用局部注浆的固结方式。

孔口管是注浆能否正常、 安全进行的前提，因此孔口管安装必须牢固。 孔口管安装时露出掌子面20～30 cm， 孔口管前端焊接法兰盘或抱箍式接头，防止孔口管续孔时泥沙涌出。 孔口管管壁与孔洞之间的间隙应填满麻丝和速凝水泥浆。 孔口管安装完毕后，用不小于φ16 的钢筋将其他孔口管焊接成一个整体，确保施工安全。

在断层段成孔比较困难， 钻孔注浆采取前进式分段注浆平行推进方法进行施工， 每次钻孔注浆分段长度1～3 m。 从工作面钻孔开始，采取钻、注交替作业的注浆方式， 即在施工中， 实施钻一段、注一段，再钻一段、再注一段的钻、注交替方式进行钻孔注浆施工，一直到通过含水层。

一般情况下采用水灰比为1∶1 双液浆和单液浆交替进行注浆，双液浆是为了堵水，单液浆是为了填充， 注浆效果差时可适当调整为超细水泥-水玻璃双液浆。

由外向内分层施工注浆孔，施工完所有注浆孔后，设置注浆孔的10%作为检查孔，检查注浆效果是否合格。 注浆不合格时应补充注浆。

4.4 超前管棚

帷幕注浆完成后开始施工超前管棚。 在隧道内由于空间限制， 应在隧道正常开挖线外加大0.8～1 m 以上做为管棚工作室，确保管棚角度较小且不侵限。 钻进过程中，如果出现钻孔内出水量较大或者成孔比较困难的情形时，应立即停止施工，对钻孔进行注浆，等围岩固结后再继续进行钻孔，直至终孔。 双层超前管棚布置示意图如图5 所示。

管棚钻孔时，应先钻高孔位，后钻低孔位，并且要隔孔施钻，刚开始钻孔时要低速低压。 钻孔施工技术人员要随时测量钻杆的偏斜度， 发现偏斜度超过设计要求时应立即予以纠正。 每完成一孔后应马上开展管棚安装作业工序， 相邻钢管接头间应错开1 m。

管棚安装后应进行管棚注浆， 两边各留2 根有水的不进行注浆，作为排水通道。 管棚注浆顺序由下往上，由低到高，隔孔注浆。 灌注浆液水灰比为1∶1，水泥浆液添加水泥重量5%的、浓度为35 波美度的水玻璃，模数2.4，注浆初压力1～2 MPa，注浆参数根据现场试验予以调整，当排气孔流出饱满浆液后，关闭排气孔，继续注浆，达到设计注浆量或设计注浆终压力并稳定15 min 后即可停止注浆。 如果注浆量超出设计注浆量，还没有达到设计压力要求，应该调整注浆液的浓度继续注浆，持压15 min 后停止注浆。 施工过程中，为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即就安设该孔的钢管并注浆，然后再进行下一孔的施工。 注浆结束后，用水泥砂浆充填钢管以增强注浆管强度，并及时将管口封堵，以防浆液倒流管外。

图5 双层超前管棚布置图

4.5 双侧壁超前导洞开挖

施工完管棚后，采用双侧壁超前导洞开挖，先开挖上台阶的先行导洞， 通过断层段后再开展中台阶、下台阶的开挖，最后开挖中间土体。各导坑的开挖距离不大于15 m。先行导洞断面控制在3.0 m宽，2.0 m 高，初期支护应随挖随支护，每循环进尺不能超过50 mm。 隧道开挖优先采用无爆破方式开挖，使用风镐、洋镐、铁锹人工开挖，自下而上环形作业，如果碰到孤石或局部围岩较硬时，人工难以开挖时， 经计算可以采用爆破力小的松动爆破方案。 开挖时安排专职隧道安全员专门观察围岩的稳定情况， 当围岩暂时稳定时可以在开挖完全环后再实施初喷封闭，当发现有不稳定迹象时，立即通知现场技术管理人员， 安排人员喷射混凝土封闭围岩。 初喷厚度不小于50 mm，初喷后按设计要求进行支护。

5 断层处理方案适时调整

右洞在进行突泥段帷幕注浆作业时，左洞已施工至ZK22+207 处， 掌子面中台阶施做超前探孔时发现有突泥涌水迹象，立即停止掌子面作业开始进行反压回填， 打设超前钻孔进一步探明地质情况，探明该位置与右线突泥处为同一断层，断层与隧道中线呈30°夹角。

由于右线还未通过突泥段， 为了加快通过断层，减少对于工期的影响，最初拟定思路为从左线向右线正交断层施工辅助横洞，横洞穿越F1 断层作为泄水洞排出断层积水， 以便于左右洞穿越断层，横洞绕过右线突泥段向前方开挖，但准备施工辅助通道时， 由于辅助通道水压力过大， 先后喷水喷砂，初期喷射距离达到30 m，最终辅助通道未继续掘进，仅作为排水减压通道，随即将左线施工方案调整为和右线通过断层方案一致进行施工， 按照局部帷幕注浆-超前管棚-CD 法开挖-两个循环顺利通过断层。 F1 断层走向及辅助通道布置如图6 所示。

图6 F1 断层走向及辅助通道布置

6 监控量测

突泥清理需要监控量测，清理过程中随时监测突泥体的变化情况， 按5.0 m 一个监控断面布置监控量测桩。 双侧壁导洞开挖时，上台阶的监控量测点应设置在导洞拱顶及两侧边墙上，下台阶开挖后在同一断面上向两侧增设量测点。 量测点要设置在同一里程断面上， 洞内每天进行3 次监控量测，必要时增加监控量测频率。 监控量测管理等级根据表1～2 进行。

表1 变形管理等级

表2 位移变化速率管理等级

监控管理等级为Ⅲ级时， 可以按照经批准的施工方案正常施工；当监控量测管理等级为II 级时，应立即向现场带班领导汇报，并且及时加强支护；当发现管理等级达到I 级时，应马上启动专项应急预案，撤离人员及机械。

7 突泥处置效果

突泥处置多管齐下，隧道塌腔周界围岩经加固后稳定性好。 注浆经钻检查孔验证，孔内密实无水，满足设计及规范要求。 开挖过程顺利，未再发生突泥涌水，质量无事故，人员无伤亡；而且根据监控量测管理结果，隧道结构整体稳定性好，目前该隧道运营状况十分安全。

8 结语

隧道工程围岩存在不确定性，本文以福建省某高速公路天成山隧道的施工为例，详细阐述了隧道施工期间突泥涌水处理的引排水、超前预加固、开挖支护、安全质量控制要点等施工方法，保证了隧道施工安全，为今后避免突泥涌水等灾害的发生或在一定程度上减少因灾害造成的损失提供了实践经验。