潘学浒

（贵州省公路工程集团有限公司,贵州 贵阳 550010）

0 引言

在我国西南地区，分布着各种类型的溶洞。公路隧道施工时，经常遇到涌水涌泥灾害。涌水涌泥会影响隧道开挖的安全性，威胁施工人员的生命安全，污染周围环境以及延迟整体施工进度。一旦处理不当，会产生巨大的负面作用。因此，要充分重视岩溶隧道的涌泥涌水，前期做好地质水文勘察和风险评估，并根据实际情况妥善处理隧道涌水涌泥。

1 涌水涌泥的发生条件及危害

1.1 涌水涌泥的发生条件

隧道岩溶[1]施工期间易发生涌水涌泥问题，受自然因素和技术因素影响。自然因素包括：埋深、长度、地质状况以及天气条件；技术因素包括：勘察、设计和施工方面的不合理。以上因素都有可能导致岩溶隧道发生涌水涌泥。

（1）岩溶水含有浓度较高的酸碱离子，侵蚀岩土体，降低围岩结构的强度，形成涌水涌泥结构面。

（2）岩溶土体内部存在裂隙、裂缝以及节理构造。在发育期间，岩溶土体存在节理构造，形成大量断层面，为涌水涌泥提供流动通道。

（3）岩溶水压力随着水流量增大转变为水动能，不断溶蚀软化隧道围岩结构，隧道周围岩的有效应力发生变化，自身稳定性降低，为涌水涌泥提供了便利条件。

1.2 涌水涌泥的危害

（1）隧道涌水涌泥的水量和泥沙量大，对施工人员生命安全以及施工设备有极大的威胁，影响隧道施工进度。

（2）随着突水量的增大，岩溶隧道周边区域地表水位和地下水位会出现下降。

（3）由于岩体大量的泥沙不断流失，空洞区域变大，最终导致地表发生沉降或塌陷，同时，流失的泥沙会污染周围环境[2]。

2 工程案例

2.1 工程概况

贵州省某山区高速公路隧道，全隧道路线坡为5.8%，左右两隧道长分别为：3 568 m、3 652 m，最大埋深400 m。隧道掌子面的涌水方式以涌流为主，局部产生突水，地表出现大范围沉降、塌陷，隧道施工进度受控未开挖地段。

2.2 工程地质

隧道区域地层复杂，灰岩岩面起伏大。岩溶节理裂隙发育，溶洞多为流塑状黏性土、砂和风化的岩石碎块的填充物，溶洞、溶沟和管道相互连通，山区高地及山地槽谷为地下水的补给区，形成一个统一的水体，雨季更为突出。该隧道施工前预测正常涌水量为36 589 m3/d，最大涌水量为65 758 m3/d。

3 隧道岩溶涌水涌泥过程及原因

3.1 涌水涌泥过程

2015 年6 月15 日7 时15 分，隧道右洞岩溶涌水涌泥处埋深约208 m，洞壁稳定并且岩体完整，为中厚层状灰岩围岩，发生特大掌子面突水突泥事故，喷水距离约5 m 远，范围大约为8 m2，出水量约1 500 cm3/h。泥浆横灌左洞，7 时45 分突水突泥逐渐减小。时隔30 min 之后，8 时15 分隧道发生二次突水，经过20 min 后开始减少。8 时42 分发生三次突水，突水量相比减小，之后陆续发生几次突水，突水量持续减少，最终消失。经地质雷达探测，突水突泥位于YK32+158 右侧边墙，洞径约2～3 m，8 m 未见底。

2015 年6 月22 日9 时03 分，隧道左洞岩溶涌水涌泥处埋深约200 m，该处岩体完整，为中厚层状灰岩围岩，当施钻隧道掌子面的炮眼过程中，钻进3 m 有渗水现象，渗水范围大约为2 m2，11 时10 进行下一个循环掘进，地质雷达探测揭示涌水位于ZK32+162 左侧墙脚，洞径约0.2 m，7 m 未见底。

3.2 隧道涌水涌泥的原因

突水事故发生后，对该隧道进行补充探测，发现岩溶强烈发育，填充物多为流塑状黏性土、砂和风化的岩石碎块，溶洞多为串珠状，隧道穿过的溶洞富水量大，地下水发育，含泥沙。早期岩溶水活跃，管道畅通。后期岩溶管道堵塞淤积，形成地下水静储量，岩溶水流经填充物，呈泥浆状。开挖作业后，由于超前预注浆加固不到位，最终导致突水涌泥事故的发生，该段具备典型地层地质灾害特征。

4 隧道岩溶涌水涌泥治理措施

4.1 涌水涌泥溃口封堵技术

洞内由于施工带来大量的泥砂和水，不能盲目清淤，为避免涌水涌泥事故再次发生，经过反复研究，利用T200 车载多功能全液压车载钻机进行地表深孔钻孔，泥浆护壁冲击成孔下入套管，利用套管投料施工。溃口工作面临空面和岩柱两侧施工，形成碎石混凝土投料孔与注浆孔，达到“堵泥不堵水”，限制泥砂涌入隧道，疏水降压，避免溃口工作面封堵限流，造成水位上升，发生安全隐患。地表定向投料孔布置图见图1。

图1 地表定向投料孔布置图

（1）碎石混凝土投料孔投料。先利用钻杆插入淤泥，泵送清水洗孔，同时送入2.5～3.0 cm 灰岩石子，通过钻孔电视监视投料位置，高度达至拱顶即可，避免堵孔。再利用钻杆注入浆液，其水灰比为0.6 ∶1，人工投放灰岩石子，通过钻孔电视监视石子高度，堆集高度控制在拱顶以下0.5 m，以防堵孔。

（2）注浆孔投入。为防止排水时土体砂石堵塞涌水通道，向注浆孔注入水浆，并不断松动岩柱，注浆高度达到拱顶以上4 m，钻杆自孔底提升快速封孔，采用快干水泥。经过封堵之后，进行抽排水和清淤施工，泥砂含量小于5%。

4.2 岩溶溃口涌泥段处理技术

4.2.1 泄水孔泄水

泄水孔设置除满足排水量的要求，还须满足施工作业的要求；针对衬砌材料，还须满足抗冲刷的要求；对于含泥量大的岩溶水，应考虑防淤积的排水流速。因此，对于该隧道经过的充填性溶腔，虽然采用过注浆，但是可能存在注浆盲区，一旦开挖，会发生注浆盲区涌水涌泥事故，为保证施工安全，应在注浆加固施工前进行泄水降压[3]。

（1）左线泄水孔泄水施工。为了隧道右线泄水降压，在左线溃口上方钻设高位泄水孔，实现溃口泄水降压和右线控域注浆观察[4]。钻设高位泄水孔3 排，每排4 个呈梅花形布置的泄水孔，终孔间距2 m，具体布置图见图2。为避免施工过程中涌水涌泥事故，钻头安设孔口管及高压闸阀。在钻孔到达设计深度后，下入布设直径20 mm透水孔的梅花形套管。在实际钻设过程中，存在地层含泥量大、成孔难等特点，最终成孔单孔排水量为35 m3/h，并持续降低。分析得出，此溃口为自然排水，泄水孔终高高于溃口标高，此排水口难于泄水。

图2 左线高位泄水口示意图

（2）右线泄水孔泄水施工。为了隧道右线泄水降压，采取从右线溶腔两端分别向岩溶溃口坍塌段上半断面全面覆盖泄水孔，在岩溶溃口段拱顶以上钻设泄水孔，对其进行泄水，平面布置图见图3。经过反复对泄水孔扫孔，未能达到泄水的目的[5]。

图3 右线高位泄水孔布置图

由上述左右线泄水情况分析判断：此岩溶段富集大量泥砂，泥砂起到了一定的隔水作用，坍塌段无法达到水力连通性。同时，由于钻孔的直径有限，短时间泄水后，泄水孔被涌水夹杂的泥砂淤塞，无法泄水，因此，无法采取钻设小口径泄水孔泄水。只有当钻孔钻穿涌水通道，才可以实现泄水降压[6]。

4.2.2 岩溶段注浆

为加快施工进度，保证注浆效果，该次注浆采取两面夹击注浆加固。岩溶涌水涌泥段区间为YK32+158～YK32+192，共计34 m。前期YK32+158 工作面涌水涌泥，对其进行初期支护及超前大管棚加固技术，该次钻孔要穿过YK32+158～YK32+176 段支护面。为避免钻孔对后期开挖造成安全隐患和前期的支护破坏，钻孔施工难度极大，采取加固溃口，局部补强注浆。注浆区间段为YK32+158～YK32+180，纵向长度为22 m。YK32+192 工作面未受到扰动，作为该案例涌水涌泥岩溶段注浆加固的主要工作面，注浆区间为YK32+166～YK32+192 段，纵向长度为26 m，加固径向长度为开挖轮廓线外8 m。最后根据揭示地质情况确定最终里程，保证涌水涌泥溃口在注浆加固区间内，注浆加固参数如表1 所示。

表1 注浆加固参数

注浆加固按以下工序开展。

（1）采用顶水注浆方式封堵所有可能发生涌水的通道，降低突发涌水的可能性。进一步验证检查地层成孔性，注浆孔下插入PVC 管的孔底注浆方式。

（2）按照由外及内的前进式分段注浆施工进行挤密加固，从上断面开孔加固全断面，确保注浆效果。

（3）注浆要严格控制注浆量、浆液浓度、注浆频率和注浆次数，避免浆液扩散浪费。

（4）注浆要进行加筋处理，对注浆孔下入玻璃纤维锚杆，增强注浆加固体抗变形能力。

（5）加长前期工作面YK32+158 纵向深度，到达YK32+165，增长距离为7 m，保证富水岩溶溃口段加固效果[7]。

经过48 d，注浆结束。在注浆薄弱区域钻设检查孔，未发现涌水涌泥现象。为进一步验证注浆效果，通过孔内成像检查，结果表明：地层稳定性好、地层密实，达到预期效果。

4.2.3 大管棚超前支护加固技术

高位泄水孔未能实现泄水降压，开挖作业过程要顶水带压[8]。为避免局部掉块坍塌发生，采用直径108 mm+76 mm 管棚的双层管棚超前支护加固技术，管棚层间距20 cm，支护区间为YK32+165～YK32+186，长23 m，待管棚支护安设完毕，施作注浆充填。

5 结论

山区高速公路隧道地下岩溶管道极其复杂，且多发突发性涌水涌泥，难于在初期设计阶段充分考虑。因此，在岩溶隧道施工过程中，充分重视涌水涌泥问题的处理，避免造成重大灾害事故。该文通过案例阐述隧道岩溶涌水涌泥的治理措施，得到以下结论：

（1）采用涌水涌泥溃口封堵技术，对溃口工作面临空面和岩柱两侧施工，达到“堵泥不堵水”，疏水降压的作用，确保抢险清淤泥工作顺利推进。

（2）采用左右两线深孔排水方案。左线溃口为自然排水，泄水孔终高高于溃口标高，此排水口难于泄水；右线溃口岩溶段富集大量泥砂，泥砂起到了一定的隔水作用，坍塌段无法达到水力连通性，此方案无法实现泄水降压的目的。

（3）注浆施工要严格控制注浆量、浆液浓度、注浆频率和注浆次数，并对注浆进行加筋处理，形成加筋网络结构，增强注浆加固体抗变形能力，保证富水岩溶溃口段加固效果。