隧道突水突泥地表沉陷综合处治技术探讨解析

1、隧道突水突泥地表沉陷综合处治技术探讨李国谱成兰指挥部摘 要 ：文章分析成兰铁路1号横洞突水突泥发生的原因，重点对处理方案和施工工艺等措施进行了介绍，供类似工程借鉴。关键词：隧道 突水 突泥 地表 沉陷 处理方案1、突水突泥处情况简介1.1工程简介：柿子园隧道一号横洞位于雎水河左岸、墩秀公路右侧，地形较陡，属于中低山侵蚀地貌，横洞前进方向右侧发育刘家沟泥石流。 本横洞HD1K0+000与正洞D2K78+100相交，横洞中线与正洞左线线路中线小里程端交角为50°4050，与HD1K0+350处右转，夹角为130°2744，横洞共长424米，起讫里程为HD1K0+000-HD1K

2、0+424，横洞纵向坡度4.1%，净空为7.5m(宽)*6.2m（高）。1.2地质水文特征：掌子面为T2l+T2j灰岩夹白云质灰岩，节理裂隙较发育，有渗水现象，对应地面为一冲沟沟心，冲沟地表分布一层较厚的坡崩积（Q4dl+col）碎块石土，为汇水的负地形，地质情况与设计相符。横洞位于岩溶垂直循环带，推测发育一垂直岩溶管道，施工揭示岩溶管道位于横洞右侧边墙，揭穿该岩溶管道后，引起洞内岩溶突水突泥，进而引起地表坍陷。该处地质预报（1）TSP法：HD1K0+252-221段节理裂隙，溶蚀裂隙发育或含软弱夹层等，围岩稳定性差，局部含水；（2）红外探水法：HD1K0+247-217段掌子面前方30米范围

3、内围岩局部含水；（3）超前钻探法： HD1K0+256-226段岩层含裂隙水，岩体破碎，岩质较软，节理裂隙发育。综合隧道物探法和超前钻探法HD1K0+247-221段岩体破碎，岩质较软，节理裂隙，溶蚀裂隙发育，围岩稳定性差，局部含水。图1 一号横洞山顶塌陷照片1.3突水突泥情况概述：突水突泥掌子面里程为HD1K0+233.8，埋深44m，累计进尺190.2m。2013年9月29日凌晨3:50，开挖至掌子面HD1K0+233.8处，准备支护，右边墙侧出现一股集中涌水，水量持续增大，并并伴随掉块、垮塌现象，随后出现岩溶突水突泥(图2)，并持续发展，造成地表塌陷，形成一个直径10m左右的漏斗状陷坑，

4、深约15m（图1），至11:30，地表垮塌仍在持续，洞内持续涌水，每小时约100m³。截止9月30日下午，洞内突泥基本稳定，进入洞内调查后，涌出物为泥夹碎石，水量有减少趋势。洞外陷坑未出现扩大趋势，坑壁坍塌也趋于稳定。 图2 突水突泥后隧道情况2、处理方案及措施：2.1地表处理措施：首先，为减小洞内的水量，对地表进行水系调查，查明地表水流动特征后，对陷坑周围实行截水、排水措施，防止地表水流入陷坑内。在陷坑周围采用沙袋围堵，高度30cm。在确定地面陷坑坑壁稳定的情况下，查清陷坑深度，确定坑底距横洞的垂直距离以及与横洞的位置关系。采用挖掘机将既有便道拉槽拓宽，进入坑底，对地表陷坑坑壁进行

5、挂网喷锚防护，以确保坑壁稳定，分解荷载。钢筋网采用8钢筋网，网格间距25cm×25cm。喷射C20砼，厚度10cm。采用泵车在坑底浇筑C20砼铺底，厚度2m。浇筑混凝土时预留114孔口管（图3），布置间距1.5m，梅花形布置。待混凝土强度达到100%以后，利用潜孔钻钻设注浆孔，孔径100，孔深至横洞顶部位置，注浆管采用89钢花管。浆液采用水泥砂浆，浆液强度不小于M10,注浆压力。图3 预留114孔口管2.2洞内处理措施：铺通道路铺通去往掌子面的人行通道。路面采用竹排，宽度为3个竹排宽度。查看掌子面状态及右边墙突泥突水的突破口，并查看初期支护的损坏情况，以及突出的碎石土在洞内的堆积厚度

6、。洞内涌出堆积体处理采用装载机和自卸汽车清除洞口至HD1K0+350（横洞转弯处）的涌出堆积的泥夹碎石，运出洞外。在HD1K0+350处设置一道横向挡坎，采用袋装碎石，堵住堆积体，搭设马道，挖除稀泥，回填洞碴。在HD1K0+300、HD1K0+250处同样设置横向挡坎，并确保排水畅通。加强洞内支护对洞内出水点往洞口方向15m范围，按原初期支护钢架间距设置I16工字钢横撑，闭合成环，形成作业空间，确保施工安全。前方堆积体处理对洞内出水点往洞口方向15m范围，包含掌子面及右侧边墙的堆积体表面挂钢筋网（图4）、喷射砼暂时封闭，喷射C25砼10cm，钢筋网采用8钢筋网，网格间距25cm×25

7、cm。 图4 挂网喷砼防护管棚施工采用108大管棚超前支护，环向布设在右边墙和右拱部位置，环向间距25cm，长度以打入基岩2-3m。管棚开孔位置及定向管棚定向：开孔位置在掌子面后方HD1K0+235.8钢架上方，管棚方向：HD1K0+236.8钢架下方至HD1K0+235.8钢架上方延伸线，并按照设计间距25cm布置。用风镐将两榀钢架包裹的喷射混凝土凿出，露出基岩。钻孔及棚管跟进：将掌子面处涌出的堆积体平整出一个钻机工作平台（图5）。由于管棚要穿过堆积体，采用跟管钻进法，棚管采用108钢花管。棚管每2m一节，每节用丝扣连接，丝扣长度需大于15cm。设专人填写钻孔记录，记录钻进特征，如出水情况、

8、卡钻现象，钻进速度。分析管棚前端有无进入基岩。管棚后支点管棚施工完成后，为加强管棚后端的支撑，架设一至两榀钢架，并设置横撑，作为管棚末端的支撑点。 图5 管棚钻机进行管棚施工注浆注浆材料采用水泥浆液（水泥浆水灰比1:1）。浆液拌制采用UJZ200A型砂浆搅拌机，搅拌机工作斗容量0.2m3，每盘浆液水泥用量150Kg（3袋）、水用量150Kg。注浆前先检查管路和机械状况，关键是检查注浆机压力表是否准确，注浆管路是否畅通。注浆过程中随时检查孔口、邻孔是否有串浆、冒浆、漏浆现象，如发现串浆、冒浆、漏浆现象立即停止注浆，采用间歇式注浆进行封堵，待10分钟后重新进行注浆作业。注浆过程中如发现压力突然升高

9、，则可能是发生堵管，应立即停机检查。 注浆压力根据现场情况确定，当进浆量小于2025L/min，注浆压力逐渐升高，达到终压并持压10min以上，可停止注浆，并及时封堵注浆口，防止空气进入管内。如进浆量很大，压力长时间不升高，应及时调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，先进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留时间，以便凝胶，停留时间不超过混合浆的凝胶时间。注浆过程应派专人负责，填写注浆记录表，详细记录注浆时间、浆液消耗量及注浆压力等数据，观察压力表值，避免因压力猛增而发生异常情况。并针对现场可能出现的特殊情况，做出相应应急措施。 注浆结束后，先对钢管进行清孔，清孔完毕后立即用水

10、泥砂浆进行充填，以增加钢管强度，并注意注浆管口埋入砂浆深度不得少于30cm。注浆顺序：从下而上。 注浆异常现象处理： 注浆过程中，经常发生浆液从其它孔流出的现象，即串浆现象。发现串浆时，在有多台注浆机的条件下，应同时注浆，无条件时，应将注浆孔及时堵塞，轮到该管注浆时再拨下堵塞物，用铁丝或细钢筋将管内杂物清除，并用高压风吹冲（拨塞后向外流浆的注浆管不必进行此工序），然后再注浆。水泥砂浆注浆进浆量很大，压力长时间不升高，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，先进行小泵量低压力注浆或间歇式注浆，使浆液在裂隙中有相对停留的时间，以便凝胶，但停留时间不能超过浆液的凝胶时间。引水处理管棚施工完成后或注浆

11、前，根据实际情况，将掌子面右上方的流水集中引出，设置100-150钢管若干根，插入出水位置处。2.3监控量测： 对洞内进行监控量测，包括净空变化、拱顶下沉，加大量测频率，量测范围为掌子面至洞口50m范围，量测数据与前期监控量测资料进行对比分析，判断注浆对后方初期支护有无影响。2.4洞身开挖：掌子面前方加强超前地质预报工作，采取地质雷达法、超前水平钻孔进一步探明前方围岩地质情况，对边墙也进行探测。进行洞内开挖，掌子面前方暂定15m范围按V级围岩施作支护，42小导管超前支护，每根长4.5m,纵向间距3m。采用I16工字钢架加强支护，间距0.6m/榀，设置临时横撑，闭合成环，喷射混凝土22cm，拱墙

12、挂设6钢筋网，网格尺寸25cm*25cm。上台阶开挖至级围岩地段后，封闭掌子面，清理后方HD1K0+250350堆积体，进行下台阶开挖。下台阶开挖时循环进尺不得大于2榀钢架间距。涌水点前后15m范围内采用抗水压模筑衬砌，建筑材料为C40耐腐蚀混凝土，衬砌厚度35cm。出水点前后15m范围模筑衬砌施作完成后，采用出水管进行侧压浆，压浆材料采用水泥砂浆，浆液强度不小于M10，固结范围不小于5m。地表陷坑待洞内模筑完成后回填封闭，回填材料为C15混凝土。3、安全措施3.1制度措施安全管理组织实行安全责任制，建立以岗位责任制为中心的安全逐级负责制，成立9.29安全领导小组，制定切实可行的安全管理办法和

13、奖惩制度，明确各职能部门和有关人员的安全工作职责。安全管理制度必须遵守本工程的安全规定，采取预防措施消除现场安全隐患，负责在现场所有人员的安全。在施工中，建立安全措施先报批后执行制度、建立安全检查制度、建立工班“三上岗”和“三工制”制度、建立事故档案制度。做到各项工作有章可循。安全检查制度施工前的安全检查：施工前，由安全领导小组会同有关部门，对洞内进行全面的安全检查验收。检查验收的主要内容包括：突水突泥是否停止，洞内初期支护是否稳定，地表塌陷是否稳定等。定期安全生产检查：每天组织一次由有关职能部门的负责人和专职安全员参加的安全大检查，并积极配合上一级进行专项和重点检查；施工队不定期进行检查；班

14、组每日进行自检、互检、交接班检查。经常性的安全检查：安检工程师、安全员日常巡回安全检查。使用事故易发点检查表每日进行检查。 为保证安全规定及措施的落实，建立安全检查程序见图6。 图6 安全检查程序框图安全检查记录定期检查按建筑施工安全检查标准（JGJ59-99）进行检查、打分、评价；班组每日的自检、交接检以及经常性安全生产检查，可在相应的“工作日志”上记载、归档或使用安全检查记录表；专业性安全检查，季节性、节假日安全生产检查，使用安全检查记录表或事故易发点检查表。 隐患整改隐患登记、分析：各种安全检查查出的隐患，要逐项登记，根据隐患信息，对安全生产进行动态分析，从管理上、安全防护技术措施上分析

15、原因，为加强安全管理与防护提供依据。3.2 隧道施工安全保证措施在洞口安设“进洞安全须知”标牌、进洞人员显示牌等牌图。所有进洞人员必须戴安全帽。施工人员，尤其是电工、电焊工、机械设备操作司机等严格按规定佩戴好防护用品。所有安全用品如安全帽、安全网、安全带等必须经有关部门验收后才能使用。加强洞内通风和现场用电管理。照明、高压电力线路架设顺直、标准，保证绝缘良好。各种施工机械和电气设备均设置漏电保护器，确保用电安全。洞口设防护措施并加强照明。针对洞内运输繁忙的情况，制定具体的安全行车及避让车辆技术方案及措施，并严格实施，确保安全。如发现隧道内有险情，立即在危险地段设立明显标志并派专人看守，迅速报告

16、施工领导人员及时采取处理措施。各施工队配足必要抢险物资。隧道施工各班组间，建立完善的交接班制度。每交班组将工作及安全情况向接班组详细交待，并记载于交接班记录簿内。加强隧道开挖爆破后的找顶排险工作，施工中，指定专人对洞内围岩及地面位移变形情况进行观测，出现异常情况立即停工处理。经常检查测定粉尘浓度，加强隧道的通风排烟，保证洞内视线良好。安设低噪音的通风机，减少噪音污染。在洞内安置电话，保持洞内、洞外的通信联络。在洞内两侧设置专用的逃生通道，并有专人负责食品供应及应急物品的管理。3.3隧道内用电安全保障措施隧道施工电压采用380V，成洞地段照明采用220V，工作地段照明采用36V。在洞内设置移动式

17、变电站，将高压电流变为380/220V，再送至工作地段，变电站紧跟衬砌工作面。高压电缆架设在离地面5m的高度处，成洞地段架设在衬砌的拱墙上。由变压器出来的低压，设置配电箱，箱上加锁，钥匙由电工掌管。220V照明线使用防潮绝缘导线，动力线采用橡皮电缆输送。在台阶法开挖地段，开挖下导以上断面时，用木制三脚架靠边架设电线，待开挖下导时移入地下。在接近工作地点处设置携带式照明变压器，将220V电压变成36V供工作面照明。移动灯具和手提作业灯，使用胶皮电缆及螺口灯头。照明灯具在成洞地段采用没有眩光、透雾性能强的高压钠灯，在开挖面、工作面采用亮度高的低压卤钨灯，在洞门口的场外照明采用清晰度高的镐灯。低压电

18、气设备加装触电保护器，电气设备外露的转动和传动部分，加装防护罩。电气设备的检查、维修和调整工作，由专职的电气维修工进行。防爆电气设备，在安装前由合格的防爆电气检查人员检查其安全性能，合格后才予安装，使用期间定期进行测试与检查。4 结 语 隧道中突泥突水地表塌陷病害处理比较困难，通过对施工过程进行总结，认为处理过程要以“因地制宜，综合治理，施工过程中加强排水及加固堆积体，安全施工”为知道思想。然后根据现场勘探计算结果制定合适的施工处理技术，根据本案例可知在隧道中突泥突水地表塌陷中大管棚超前支护、洞内引水、地表封闭处理是关键的处理技术，是一种值得推荐的处理隧道突泥突水地表塌陷的技术。5参考文献1 左志明 隧道施工中涌水事故处理J.山西建筑，2003,23（2）：90-912 熊