李澄宇

（甘肃公航旅定临高速公路管理有限公司，甘肃 定西 743000）

突水涌泥是指地下工程在开挖过程中，打破了原有土体与水体之间的力学平衡，使得地应力重新分布，当重新分布的地应力在支护作用下仍不能维持新的平衡，水流携带泥沙在重力的作用下击穿隧道洞壁，水、泥、石等物体快速涌出的一种现象。突水涌泥事故一般不独立出现，通常还伴随着洞内塌方、洞顶塌陷等事故。如果发生突水、涌泥和塌方事故，不仅会严重威胁施工作业人员的生命安全，而且还会造成施工困难、增大施工成本及导致工期延长等问题[1-2]。因此，明晰地下工程突水涌泥事故发生的先兆特征及动态演化规律，对预防和治理突水涌泥事故具有重要的意义。

基于塌方涌泥事故发生的规模及特点，大量学者提出了不同的治理措施。目前，我国对塌方涌泥事故的处理方法主要有冻结法、高压旋喷桩超前支护、管棚及小导管超前支护和预注浆固结等[3]。代丹[4]以某隧道突水涌泥案例作为研究对象，采用组合超前加固支护措施（管棚+锚杆+注浆）治理了洞内涌泥事故，并提出了相应的预防措施。张金龙和李旭辉[5]采用帷幕注浆的方法将裂隙围岩充分填充，降低了水分下渗，成功解决了雷岭隧道裂隙富水段突水问题。陈富华等[6]采用注浆加固方法，通过特别设计的注浆材料、注浆顺序等，成功处理了该岩溶隧道的涌泥问题。于杰绪[7]基于隧道岩溶发育特征并结合地质雷达监测结果等，建立了隧道涌泥塌方风险模型，结果表明，该模型可以较好地预测隧道发生突水涌泥风险，且预测结果与现场实践结果吻合较好。包天鹏[8]采用超前物探+大管棚、小导管预注浆加强支护手段，对高风险突水涌泥段隧道进行预处理，工程实践表明，物探+超前加固处理措施可以很好地保证隧道顺利通过高风险突水涌泥区域。

综上所述，这些物探、治理、预防和评估措施各有特点，适用于处理不同规模及特性的塌方事故[9-10]。但是，当塌方突水涌泥规模较大时，单一采取上述方案的治理效果并不理想。同时，传统的超前注浆加固对于支护浸水后淤泥质黄土软岩隧道的效果不佳。为解决上述问题，本研究结合簸箕湾隧道出口左线浅埋段塌方涌泥事故实例，提出了水平高压旋喷桩+超前管棚注浆+临时钢支撑锚喷的组合支护方式，成功处置了富水段黄土浅埋隧道突水涌泥段事故。

1 工程概况

甘肃省定西市—临洮县段簸箕湾隧道为分离式的双洞长隧道，左线长2 100 m，右线长2 113 m。隧道埋深最大约200 m。隧道地处黄土梁峁沟壑区，围岩级别为Ⅴ级，项目地处半干旱大陆性气候，各季降水量分布不均，地表水量受大气降水影响较大，降雨时地表径流消散较快。隧道出口右侧约50 m附近见三处下降泉，涌水量0.1～0.5 L/s，但不排除有地下水存在情况。在围岩裂隙发育区，可能发生涌水、渗水情况。隧道围岩岩性基本由黄土、黄土夹泥岩碎屑及泥岩组成，属于典型的软岩-极软岩，遇水易发生塌方。结合实际工程勘察资料，隧道区无明显的裂缝带，地质构造相对简单，稳定性较好。

隧道开挖方法为光面爆破+机械修整轮廓边角，上下台阶式开挖。首先，采用开挖台架，施工掏槽眼、辅助眼和周边眼。根据围岩软硬程度适当调整辅助眼数量，周边眼采用只打眼、不装药方式进行松动爆破。出渣完后，再采用机械对隧道轮廓进行修整，满足开挖轮廓线后立即施作初期支护，并及时跟进二次衬砌。

2 隧道塌方突水涌泥情况及处理措施

2.1 塌方突水涌泥情况

2020年4月21日，簸箕湾隧道左线出口施工至K42+142处，在开挖完成并准备进行初期支护时，掌子面拱顶偏右侧约1.5 m处突然出现股状水流，接着出现涌泥，并形成较大空洞。空洞环向长度约3.5 m，纵向宽度约2.5 m，竖直最大高度大于10 m。同时，自掌子面K42+142向后13 m范围内初支钢拱架出现严重变形，并侵入二衬范围内，最大侵限值约182 mm。根据地质资料显示，塌方段隧道围岩较松散，附近易富集地下水，极有可能出线状涌水。围岩遇水后，稳定性变差，大大降低了隧道拱顶及侧壁的自稳能力，易导致塌方。

2020年5月6日—7日，隧址区发生强降水。11日，开始对隧道内软弱湿润土体进行清理，并换填干燥泥岩洞渣进行反压回填。由于雨水大量下渗、掌子面围岩又被雨水充分浸泡，K42+142处再次涌出大量淤泥质黄土，隧道内涌泥范围长约35 m，平均高度4 m，平均宽度约为7 m，涌泥量约为1000 m3。同时，在K42+142掌子面上方地表形成塌陷坑，塌陷坑直径约为10 m，深20 m左右。洞内现场涌泥及洞外塌陷情况如图1所示。

图1 隧道塌方突水涌泥情况

2.2 应急处置方案

为防止隧道塌方的危害进一步扩大以及对人员、机械等造成二次伤害，施工单位立即启动应急处置方案，主要包括3个方面：

（1）立即将地表的陷坑周围进行硬性围挡，防止人员随意靠近造成安全风险。同时，及时采用防水材料覆盖陷坑，在陷坑周边开挖截排水沟，防止后续降雨及地表水进入陷坑，造成陷坑湿软扩大陷坑面积。

（2）立即在陷坑周边布置4个沉降观测点，每天观察2次，以便及时掌握陷坑是否仍在继续塌陷。

（3）在洞内涌泥范围端头边墙周边布置测点，以便观察洞内涌泥是否仍在移动，是否有继续滑动的趋势。

2.3 塌方原因分析

隧道塌方突水涌泥洞顶地处浅埋地段，岩体主要为堆积土层，土体破碎，自稳能力差。受持续降水影响，最终在地表水径流、下渗的作用下发生塌陷。塌方发生后，建设、设计、监理及施工单位通过对事发现场进行会勘，认为造成此次塌方事故的原因：

（1）塌方处隧道围岩级别为Ⅴ级，围岩严重风化，岩体破碎不完整，稳定性较差。同时，隧址裂隙水发育，增大了土体的容重，并降低了土颗粒之间的黏聚力和摩擦力，致使隧道内出现一次塌方突水涌泥的现象。

（2）2020年5月6日—7日，隧址区发生强降水，雨水大量下渗、浸泡，导致隧道内出现二次塌方突水涌泥的事故，并在地表形成大范围陷坑。

2.4 塌方突水涌泥处理方案

（1）对掌子面的涌泥进行局部清理，装运干燥泥岩洞渣回填反压掌子面，确保掌子面保持稳定。

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（2）从K42+152开始，施作Φ89×6，长度为4 m的大直径锁脚锚管，每榀拱架设4根（左右各2根），施作位置在拱架的拱脚处。施作完成后，将锁脚锚管用Φ22螺纹钢筋连接成为一个整体。

（3）锁脚锚管施作完成后，打设超前大管棚，超前大管棚采用Φ108×6钢管，超前大管棚自掌子面已施作完成的初支端头向后大里程方向第三与第四榀拱架中间打设，环向间距40 cm，管棚长度为20 m，并进行注浆。

（4）待超前管棚施作完成，在超前大管棚中间施打Φ42×4超前小导管，长度为6 m，环向间距为40 cm，管头焊成尖锥形，便于入孔，管壁开直径8 mm的注浆孔，管末端1 m处不开注浆孔。超前小导管打设完成后进行注浆，注浆压力根据现场注浆情况进行调整。

（5）从K42+152开始，施作临时仰拱，临时仰拱拱架采用I20a工字钢，将临时仰拱与已支护完成的拱架焊接牢固，逐榀安装。安装完成后，采用Φ22螺纹钢将其连接成为一个整体，环向间距为1 m，纵向间距与原设计拱架间距保持一致，并喷射C25砼进行封闭，厚度26 cm。

（6）从K42+152开始，施作中隔壁支撑，中隔壁支撑采用I20a工字钢，施作位置在已施作的临时仰拱之上。上下部位分别与初支拱顶拱架和临时仰拱拱架焊接牢固，逐榀安装，纵向采用Φ22螺纹钢筋连接，环向间距按照1 m设置，拱架中间安设Φ8钢筋网片，喷射C25砼，厚度26 cm。

（7）从K42+145开始，内侧施作护拱，护拱纵向间距为75 cm，护拱施作范围为开挖轮廓位置，与临时仰拱连接成为一个封闭成环的整体，护拱拱架纵向连接筋采用Φ22螺纹钢，环向间距按照1 m设置，拱架中间安设Φ8钢筋网片，喷射C25混凝土，厚度为30 cm，将施作的超前大管棚管末端封闭。

（9）对掌子面向后28 m范围内设置临时钢架，保证隧道结构稳定，预防事故再次发生或扩大。

（10）对K42+155-K42+142侵限段采取换拱方案。换拱段复合式衬砌结构参数：初期支护C20喷射砼30 cm，设双层直径8 mm间距20 cm×20 cm 钢筋网，钢拱架采用I22a，间距50 cm，钢拱架在上中、中下台阶处设置纵向槽钢，二衬采用C30钢筋混凝土60 cm。

（11）加强K42+142-K42+132段支护参数：初期支护30 cm厚C20喷射混凝土，内设双层直径8 mm间距20 cm×20 cm 钢筋网，钢拱架采用I22a，间距50 cm，钢拱架在上中、中下台阶处设置纵向槽钢，二衬采用C30钢筋混凝土60 cm。

值得一提的是，在处理隧道洞内塌方时，开挖方法由原设计的上下台阶法改变为三台阶法，其目的是减小隧道临空面面积，增强围岩的自稳性。同时，根据实际情况缩短开挖进尺。

2.5 洞顶陷坑处理

本次塌方突水涌泥虽未造成塌穿型塌方，但地表有较大陷坑存在，具有较大安全隐患。结合现场土质情况，待该段洞内处治完毕后，且监控量测数据结果趋于稳定时，洞顶陷坑采用A03级发泡混凝土+回填土方式治理，回填到距离顶面20 cm后，铺设防水层，防治地表水下渗，并采用灰土填筑。与此同时，采用灰土回填处治周边小型陷坑，以防后续降水从周边陷坑下渗到隧道洞内，造成二次突水涌泥事故。

2.6 塌方突水涌泥处理效果

在进行塌方处理过程中，对隧道内围岩测点进行实时监测。成立隧道塌方监测小组，安排专人对塌方段进行实时监测，根据实际施工情况对监测点进行实时测量。同时，每天对测点进行不少于2次测量，当监控量测数据趋于稳定时，该累计沉降收敛量作为最终结果，不同断面处测点累计沉降收敛结果见表1和图2。

图2 不同断面处测点累计沉降收敛结果

表1 不同断面处测点累计沉降收敛结果

由表1和图2可知，越靠近K42+142塌方处，测点的累计沉降收敛值则越大，且在桩号K42+145处达到了最大值，拱顶累计最大沉降为45.6 mm，边墙累计最大收敛为39.7 mm。根据现场监控量测数据可知，处理后隧道断面的沉降收敛结果满足预期，进而验证了该隧道塌方突水涌泥处理方案的可行性。

2.7 建议

针对本次隧道突水涌泥事件，结合实际工程经验，对后续实际施工提出3点建议：

（1）加强超前地质预报监测。采用多种手段进行实时监测，并根据监测结果及时加强支护方案，避免突水涌泥事故的发生。

（2）加强监控量测。不仅要在富水地段洞内布置监控测点，同时也要在洞顶布置监控测点，实时掌握测点变化，及时预防该类事故可能对施工人员和机械造成的伤害。

（3）对于西北地区黄土浅埋隧道，围岩等级一般都较低，岩土体破碎，且风化严重，应当注意季节降水下渗对隧道稳定性的影响。

3 结论

本研究以簸箕湾隧道发生的塌方突水涌泥实例为工程背景，提出了一种治理效果良好的组合支护方案。通过对该次塌方突水涌泥事故进行总结，得到如下结论：

（1）采用水平高压旋喷桩+超前管棚注浆+临时钢支撑锚喷的组合支护方式，成功处置了富水段黄土浅埋隧道突水涌泥段事故。

（2）采用泡沫混凝土+防水层+灰土的方法，成功解决了地表水下渗问题并预防了后续地表水下渗导致的塌方涌泥事故。

（3）由于隧道塌方突水涌泥事故规模和特性不同，处置方法应当灵活选择,可根据预期处理目标,选择适当的组合支护方案。