康家楼特长隧道涌水突泥段综合处理措施

1、康家楼特长隧道涌水突泥段综合处理措施    摘要：康家楼隧道为具有多种不良地质的特长公路隧道,施工中发生了大量涌水、突泥地质灾害,造成洞顶形成大型空腔、初期支护严重变形侵限等地质灾害，安全风险极大。施工中通过采用超前管棚深孔注浆、侧壁导坑法开挖、拱架扩大拱脚等处理措施，快速而有效地完成了涌水突泥段施工，可供软弱围岩涌水突泥段施工借鉴。 关键词：特长公路隧道 涌水突泥 处理措施 中图分类号： U459.2 文献标识码： A 文章编号： 1前言 和榆高速公路康家楼隧道为和榆高速公路控制性工程，隧道位于山西省和顺县境内，穿越太行山脉进入河北，隧道全长8495m

2、(山西省内6768.556m)，起讫里程为K69+755K76+523.556，为双线高速公路隧道。康家楼隧道共穿越16条断层破碎带，地质复杂多变，主要不良地质有断层破碎带、岩溶、岩爆、涌水、突泥等，隧道受不良地质构造影响严重，岩层强风化，节理发育、岩体破碎，围岩稳定性较差，大型涌水突泥灾害较为突出。 康家楼隧道左线施工至里程K71+215处时，掌子面围岩为强风化泥岩，围岩裂隙水呈线流状，现场按照三台阶法进行组织施工。掌子面进行开挖后正准备安设钢拱架时，掌子面右侧拱顶出现少量掉块，约10分钟后掌子面出现大量涌水突泥，大量强风化砂岩伴随突水涌出，共涌出强风化砂岩、泥岩块近400m³，迅

3、速将掌子面整体淹没，洞内水量继续增大，增至13000 m³/d。具体见图1、2。 图1：强风化泥岩，手可捏碎图2：涌泥充填物 2. 突泥勘探及分析 涌水突泥发生后, 根据隧道地质纵断面图显示，目前掌子面施工里程位置距离F5断裂带位置较近，距离3050m，洞内大量涌出松散体应为断裂带内夹杂充填物。同时现场采用TSP及地质雷达对康家楼隧道突泥段前方地质进行了详细的勘探，物探结果及分析显示: 、 K71+215K71+240段岩体破碎，裂隙发育，含水量大，围岩整体性较差，发生涌突水及拱顶塌落和滑塌风险大。 、掌子面前方F5断裂带垂直断距宽，断距为60m，断层宽24m，且根据水文地质报告，此

4、段落属于强富水区，施工开挖风险大。 3、涌水突泥施工措施 根据现场情况，计划按照图3所示涌水突泥段处置施工流程进行组织施工。 图3涌水突泥段处置施工流程 3.1 堆碴反填 根据物探结果及隧道围岩情况,为保证隧道洞身支护体系及结构安全，避免涌泥清理后造成更大垮塌，首先对掌子面进行堆碴反填，反填采用大块洞碴，堆碴长度20m，高度5m，先对未封闭初期支护提供支撑，减少围岩压力，同时避免松散体继续滑动，并创造工作平台。 掌子面坍塌体采用喷射混凝土进行封闭，坍塌体采用满铺钢筋网片，施工止浆墙，喷射混凝土厚度不小于20cm，对掌子面涌出坍塌体采用小导管进行注浆封闭，要求注浆量要足够，孔位布置见图4。工作面

5、预注浆的目的是对工作面及开挖轮廓线附近的松散体进行充填和固结，以保证长管棚钻孔方位的精度，同时也稳固工作面，给管棚提供足够的支撑力，确保工作面的开挖安全，同时掌子面预留泄水孔管道。 3.2 超前管棚注浆 隧道超前支护采用108大管棚进行超前支护，首先作为超前注浆孔，对突泥形成空腔以及前方软弱围岩进行注浆加固，减少松散体对初期支护压力；其次是作为拱架超前支护，起到约束已开挖区管棚的变形作用，同时埋入段对掌子面前方的围岩体具有加固作用，这一作用使开挖释放应力也随之减少。 超前管棚设计 超前支护采用108大管棚,单根长30 m,环向间距40 cm, ,拱部按120°范围布置，由于隧道为-1

6、.95%的下坡施工，管棚施工角度控制在13°，避免管棚角度过高，失去超前支护作用。108大管棚布置示意图见图5。 图4 塌体加固孔位布置图 图5 108超前管棚布置图 超前管棚注浆 管棚注浆采用分段式退后注浆，分段长度为58m，并且分三序孔注入，注入的顺序依次为水泥水玻璃双液浆、水泥单液浆、水泥砂浆。 注浆应该在钻孔下管完成后立即进行，以便在钻凿相邻孔作为当前注浆孔的检查孔，注浆顺序按“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行注浆，并且所有管棚钢管内均用M30水泥砂浆充填，以加强钢管的强度。 3.3 超前小导管注浆 长管棚超前注浆加固范围有限，很难达到4m的加固圈，为此在开挖过程中，

7、应施做小导管注浆补强。 小导管采用42无缝钢管，每根长度4.5m，环向间距50cm，搭接间距1.5m，外插脚30°，并且小导管上的注浆孔采用梅花形布置，间距为20cm，孔径为5mm。 小导管采用分段式后退注浆，先注入长度为60cm的水泥水玻璃双液浆以加固最外层1m范围，造设止浆壳体，限制后注入水泥单液浆的扩散范围，防止水泥单液浆的流失；后注入的水泥单液浆以使固结体具有较高的强度及较好的耐久性。小导管补强注浆的目的是进一步提高塌方体固结强度，同时又起到超前支护及注浆锚固的双层作用。超前管棚与超前小导管联合支护见图6。 图6 超前管棚与超前小导管联合支护示意图 3.4 侧壁导坑法开挖 由

8、于围岩全部为强风化泥岩，软弱无自稳能力，经水浸泡后垮塌严重，且多为松散体，如采取传统的三台阶法进行施工，上台阶开挖成型困难，造成拱架无法安设，施工风险大。因此采用三台阶法与CRD法相结合的开挖方法，如图7，图8所示，即根据开挖断面将断面纵向划分为上、中、下三个台阶，并将上台阶划分为左、右2个小断面，首先开挖上台阶半幅，一侧开挖支护完成34榀拱架后，再进行另一侧半幅进行开挖，由于施工断面较小，开挖后围岩稳定性较好，不易发生坍塌，中下台阶左右侧错开开挖，与上台阶平行作业。 隧道开挖采用人工风镐配合挖掘机进行开挖，减少洞内放炮震动对初期支护造成的影响。隧道开挖与小导管施工穿插进行，即每施工一排小导管

9、，隧道开挖与初期支护施工三个循环。并且初期支护应紧随开挖，做到随挖随支。 图7 三台阶法施工断面图图8CRD法施工断面图 3.5 初期支护施做 初期支护参数进行加强，以保证能够承受松散体的压力。拱架采用I20a工字钢架，纵向间距50cm，锚杆采用42小导管代替系统锚杆，以加强与围岩的连接性。 同时由于强风化泥岩无自稳能力，初期支护承受压力较大，为控制初期支护受压后下沉变形量，拱架安装架设时采用扩大拱脚，以加大受力面积，减少拱顶下沉量。扩大拱脚见图9、图10。 初期支护完成后应尽快完成仰拱，形成闭合环，减少围岩变形量，并根据监控量测结果适时施工二次衬砌。 图9 拱架支护扩大拱脚示意图 图10 扩

10、大拱脚细部图 4、结束语 针对康家楼隧道出现的涌水突泥状况,通过采用超前管棚注浆、小导管环向注浆、侧壁导坑开挖、扩大钢拱架拱脚等方法，增加了施工的安全性,为确保工程的顺利完工创造了条件,同时也提高了隧道的长期稳定性及运营安全性，但在施工中应注意以下方面： 、加强超前地质预报和监控量测。施工中通过TSP、地质雷达和超前探孔,加强对涌水突泥段的探测，防止洞内涌出物清除后隧道洞身发生变形或再次出现坍塌。其次要加强监控量测工作，根据监控量测结果适时调整预留变形量，并根据监控量测结果尽快完善仰拱及二次衬砌施工，避免初期支护变形侵限。 、软弱围岩自身稳定性差，出现涌水突泥及初期支护变形情况下，以保证岩体稳

11、定性为主，坍塌渣体同样对周围岩壁有稳定支撑作用，可减缓岩体变形速度，切忌随意开挖。 、采用径向注浆,增设系统锚杆,增强二次衬砌的支撑能力,改善隧道支撑体系。对涌水突泥段和受断裂带影响段的初期支护进行补强,同时进行径向注浆,并增设系统锚杆,改善洞身围岩支撑体系,让洞身围岩注浆后达到较好的自身支撑能力;同时对该段二次衬砌增加钢筋配置,在可能的地段可加厚二次衬砌的混凝土厚度。 、做好涌突水水引排。隧道穿越康家楼隧道富水段落，隧道渗涌水量较大,给隧道施工及施工安全造成很大影响。通过对涌水点的涌水进行引排,将水引至排水沟，减少水压对初期支护的破坏。 参考文献： 1 黄成光 公路隧道施工北京：人民交通出版社，2001 2 张民庆. 宜万铁路重点难点隧