云南交投集团云南省公路工程监理咨询有限公司
摘要：由于我国地区存在着相对较大的差异，地形、地质及环境条件错综复杂，隧道施工本身就比较困难，加之洞内突泥、涌水情况时有发生，更是给隧道施工带来了重大安全隐患。涌水、突泥情况的发生不仅影响隧道施工进度，还对洞内施工人员、管理人员、施工仪器等的安全构成了严重威胁。
关键词：高速公路；隧道；涌水、突泥；处治方案研究；
高速公路隧道施工过程中经常会遇到地质变化及断层破碎地段，伴随地下水丰富，自然形成溶腔，在施工过程中涌水、突泥，给正常开挖造成诸多困难，在处治过程中稍有不慎又极易引发二次灾害，带来极大的安全隐患，还造成成本、工期的损失。因此，在出现涌水、突泥等不良地质灾害后，要确保处治方案的合理、可行，以便于顺利穿过不良地质段。本文主要结合达德隧道在开挖的过程中遇到的突泥、涌水为案例，结合当地的水文、地质环境，提出详细的处治方案，经过实际验证，该方案在成本节约、保证施工质量等方面有很大的提升。
一、工程概况
1.1隧道情况简介
本隧道起点达德村达德大河边上，接达德河大桥止点，本隧道路线全长3.6Km，隧道出口位于法窝村大桥起点，隧道为双向四车道分离式隧道，左线里程为：ZK31+516～ZK35+118，长度为3602m；右线里程为：K31+535～K35+145，长度为3610m。其中，IV2级围岩2875m，IV3级围岩1710m，V1级围岩2020m，V2级围岩607m。隧道左右幅出口段轴线方向约293º，隧道轴线与地形等高线近垂直相交，洞口自然坡度约35º～50º洞口处出露中风化白云质灰岩，边坡整体为岩质坡，洞顶上部存在5.00～10.00mm中密角硕覆盖层，自然状态下整体无滑动趋势，调绘访问斜坡无整体变形现象，故斜坡自然状态下整体稳定性较好，但局部存在掉块现象，边坡施工开挖会破坏其稳定性，形成临空面，边坡易失稳，存在垮塌、滑坡的可能。
1.2水文环境简介
随址区储备了丰富的地下水，以隧道轴线量测山脊为水岭，形成特殊的“U”型补给区，降水主要以沿节理裂隙渗透方式进行补给。其径流量受到地质构造、地形及风化程度的影响，随址区洞内地下水呈现出径流里程短、深度小、径流缓慢的特点，渗水成分散状向附近沟谷低地排泄。
1.3隧道涌水情况简介
隧道涌水量预测估算采用《铁路工程水文地质勘查规程》（TB10049-2004）推荐的降水入渗系数对该隧道进行涌水量预测评价。隧道左幅正常涌水量约1434.59m3/d，右幅正常涌水量约1434.85m3/d。区域内地下水受降水的影响较大，涌水量会成动态分布，而降水一般发生在夏季，因此，夏季隧道施工出现突泥、涌水的情况将大幅增加，综合分析隧道雨季可能最大涌水量确定为此次计算的隧道正常涌水量的3倍，预测隧道单线最大涌水量为4303.77m3/d。
1.4隧道涌水、突泥情况介绍
（1）2016年10月19日早晨6点，开挖至掌子面ZK32+788处时，掌子面掘进方向上台阶左拱脚处出现股状涌水，出水孔径约16cm，每小时出水量约为75立方。八点半左右，隧道掌子面上台阶左侧拱脚处有约4-5m³的坍塌堆积物，突水夹杂碎石、泥沙呈股状快速往外流出，施工现场技术人员采取喷浆回填方案进行处理。
（2）中午时分，隧道掌子面凸现夹杂大量泥沙的涌水，并成泥石流状喷涌而出，总量约300m³，快速掩埋了正在施工的喷浆和注浆设备。
（3）下午4：50分左右，突泥、涌水骤然增加，总量约4000余方，夹杂大量泥沙、碎石的涌水快速涌至二衬台车附近30米，冲埋了二衬台车、混凝土泵车，ZK32+788-800段上台阶基本被涌来的泥沙填满。
隧道涌水、突泥详见图1示意图
图1突泥发生后的隧道洞身被泥石掩埋情况示意图
（4）2017年1月初对隧道掌子面ZK32+793里程进行换拱处理时，上台阶拱脚位置发生大量突泥，总量约为1200m³，待涌泥量渐少后，相关人员清理掉涌渣，管理人员为防止再次发生涌泥，造成工程损失，于是做出暂停掌子面施工的决定。
1.5涌水、突泥点地质情况
隧道出口ZK32+788处围岩为全风化-强风化泥质白云岩、页岩、泥质夹砂岩组成，呈镶嵌破碎结构，地下水丰富，富水性强。
详细地质构造见图2
图2地质构造示意图
（图3）显示，涌水、突泥处于不明断层上，而该围岩主要为白云岩、砂岩、粉砂岩等。薄层状、中厚层状，裂隙发育、岩体破碎，富水性较强。
高频大地电磁法（EH4）物探显示，该段电阻率为60～100Ω.m。
图3高频大地电磁法物探图
1.6施工工法
隧道左幅ZK32+788原设计为Ⅳ级围岩，采用SF4c类衬砌类型支护。由于地质条件较差，根据第三方超前地质预报和现场围岩情况将该段变更为Ⅴ级围岩采用SF5b衬砌类型支护。
根据《达德隧道出口进洞专项方案》评审后，Ⅴ级围岩采用环形开挖预留核心土法进行掘进施工，现场实际严格按照本方案实施。
二、涌水、突泥处治方案
2.1处治原则
根据2016年11月12日指挥部下发第57期会议纪要、第三方提供的三维地质雷达结果及监控量测数据为依据，以安全施工为目的，对水以排为主，处理该段。
2.2处治步骤及方法
2.2.1第一步：ZK32+816-ZK32+841.8段钻孔注浆
（1）对ZK32+816-ZK32+841.8段根据第三方提供的地质预报与监控量测资料，判断该段初支背后空洞及侵限拱架。
（2）对目前外露的ZK32+816-ZK32+841.8段拱部120°范围进行钻孔注浆注浆采用Φ42×4小导管，L=4.5米，1.0×1.0米梅花型布置，注浆体采用1：1水泥浆，终压1.0Mpa，注浆过程中如出现其他情况，例如水泥浆流速过大等，需加强观测，并同时上报上级部门。
（3）初支注浆后进行监控量测，根据监控量测提供的数据确定该段是否稳固，稳固后经过现场监理认可，则对该段侵限拱架进行换拱，并复喷至设计厚度。
2.2.2第二步：ZK32+800-ZK32+816段
（1）对ZK32+800-ZK32+816段进行超前注浆固结隧道涌碴，注浆采用Φ42×4小导管，斜向下45°，小导管长L=4.5米，间距1.0×1.0米梅花型布置；采用1：1水泥浆，注浆终压1.0Mpa。
（2）对ZK32+800-ZK32+816上台阶隧道涌碴逐榀开挖，根据监控量测检测结果对侵限拱架进行更换，开挖方法采用环形导坑预留核心土法，并环向超前注浆，注浆采用Φ42×4小导管，L=4.5m，范围为120°，环向间距80cm，纵向间距60cm，外插角30-50°斜向掌子面方向打设，注浆体采用1：1水泥浆，终压1.0Mpa。
（3）逐步清理ZK32+800-ZK32+816段核心土（坍塌体），同时监测该段初期支护变形情况，如有破坏，及时通知指挥部及设计单位现场查看，再次决定处理方案。
（4）上台阶注浆完成后根据第三方检测结果，对初支背后有空洞位置进行二次注浆。
（5）逐步分层清理ZK32+800-ZK32+816段中、下台阶，根据监控量测检测结果对侵限拱架进行更换。
2.2.3第三步：ZK32+793-ZK32+800段
在ZK32+800处打设47根大管棚并注浆，管棚采用φ108钢管，环向间距40cm，长30m。浆体采用水灰比为1：1水泥浆。大管棚施工完毕后（详见3.3.1大管棚施工），根据云南航天检测对ZK32+788-ZK32+800段的三维地质预报，探明前方塌腔位置、范围、体积及围岩破碎稳定情况，进行施工。
云南航天工程物探检测股份有限公司于2016年10月对隧道ZK32+813处掌子面前方进行超前地质预报检测，其结果如图4.1；
云南航天工程物探检测股份有限公司2016年11月24日对隧道左幅ZK32+800处对掌子面前方进行三维超前地质预报其结果如图3.1；
两次检测结论为：时隔一月，隧道开挖进尺停滞不前，上次检测表现为空腔松散的地方，本次检测则积水增加，说明随时间推移，掌子面前方有充足的水分补给，继续开挖掌子面，有可能再次发生突泥、涌水。
2016年年底，我项目部完成ZK32+770～ZK32+800大管棚的建设，开始对ZK32+800进行短距离开挖，具体开挖施工方式如下：
（1）对ZK32+788-ZK32+800上台阶隧道涌碴逐榀开挖，根据量测结果，对侵限拱架进行更换。
（2）在开挖过程中加强监控量测工作，发现异常，及时停工撤离人员设备并报指挥部。3、初期支护背后集中出水点埋设Ф150mm的双侧壁打孔波纹管外裹双层土工布，沿初期支护接至排水沟，同时根据现场出水情况适当增设Ф50mm软式透水管。
（3）针对该段特殊地质情况，根据量测结果，如该段初期支护确需全部换拱，预留变形量按20cm预留，如该段是局部换拱，预留变形量按设计图预留。
（4）开挖前打设超前探孔，对前方围岩注浆情况及地质情况进行探查，将钻孔情况和超前地质预报进行对比，以便对前方围岩作出正确的判断；若注浆不密实进行补注浆，若前方掌子面围岩松散、破碎则对掌断面进行注浆，小导管注浆长度6米，搭接2米，按1*1梅花型布置。
涌水、突泥处治布置详见图4.
图4涌水、突泥处治布置
2017年1月3日晚处理至ZK32+793里程时，在上台阶左拱脚处再次发生突泥，本次突泥量约1200m³，我工区及时撤离人员及机械设备，封闭掌子面，并安排稳定后对涌碴进行清理、突泥点进行注浆加固、设置疏导孔排水和打设3了个30米的超前探孔。并通知云南公路工程实验检测中心进行TSP超前地质预报。
2017年1月12日上午再次发生突泥。
超前探孔位置如下图，根据钻孔速度、卡钻现象、钻孔流出浆液和钻孔后出水量进行描述如下：
1号孔（ZK32+793～ZK32+863）在5~7米处（ZK32+788～ZK32+886）推进时出现卡钻，由此推断该处为空腔或堆积体，其他地段以缓慢的速度钻进，钻进过程中有黄色的泥浆，探孔后涌水量较为丰富，因此该岩层为泥质白云岩和泥质夹砂岩，岩体松散、破碎偶有泥质填充。
2、3号孔（ZK32+793～ZK32+863）在6~8米处（ZK32+788～ZK32+886）钻进过程中出现的情况与1号孔相似，所以得出的结论与1号孔一样。
云南公路工程实验检测中心进行TSP超前地质预报P波速三维图如下
ZK32+790～ZK32+785区左侧岩体松散、破碎，含水量丰富，ZK32+766～ZK32+755开挖线外左侧岩体破碎。
2.2.4第四步：ZK32+750-ZK32+793段
根据现场情况、超前探孔以及第三方超前地质预报显示掌子面ZK32+793往前在拱顶及左侧围岩破碎～极破碎且地下水丰富，出水状态为淋雨状～股状涌水。
左侧突泥点宽度约3.5米，从突泥点向掌子面密布打设大管棚，大管棚中心间距为20cm，宽度向左右侧延伸1米，总宽度为5.5米、布设28根φ108大管棚，大管棚内设4根φ22螺纹钢，钢管内填充水泥-水玻璃浆，以此增加管棚的刚度，将左侧5.5米范围内形成密布排桩形式抵抗拱顶上方破碎松散体滑移。管棚及注浆参数如下：
①管棚规格：管棚长度为30m，用每节长4m～6m的φ108×6mm热轧无缝钢花管以丝扣形式连接而成，同一断面内接头数量不得超过总钢管的50%。
②钢花管上钻注浆孔，孔径12mm，孔间距15cm，呈梅花状布设，尾部留250cm不钻孔的止浆段，钢管轴线与衬砌外缘线夹角100～150。
③C：S=1：（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比0.8：1～1：1，水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度350Bé。
④注浆压力：初始压力0.5～1.0MPa，终止压力2.0MPa。
ZK32+793～ZK32+800径向6米范围内拱部1200范围进行钻孔注浆，注浆采用Φ42×4小导管，L=4.5米，1.0×1米梅花型布置，注浆采用水泥～水玻璃双液浆，终压1.0Mpa。
待左侧大管棚加固完成后，联系第三方检测单位对前方大管棚注浆情况进行进行检测，对ZK32+788～ZK32+793上台阶侵限拱架进行更换。在开挖施工ZK32+750～ZK32+793时，初期支护采用I25a工字钢，工字钢间距50cm，喷射混凝土厚度32cm，Φ8双层钢筋网15×15cm，径向采用采用Φ42×4钢花管对围岩进行注浆加固，管长L=5米，间距100×50cm梅花状布设，注浆体采用水泥～水玻璃双液浆，浆液浓度根据岩体条件适当调整，初拟参数：C：S=1：（0.6～1.0）（体积比），水泥浆水灰比0.8：1～1：1，水玻璃模数2.6～2.8，水玻璃浓度350Bé，注浆压力：0.5~1.0Mpa。二次衬砌采用钢筋混凝土结构，其设计及数量与SF5a型衬砌一致。
三、处治难点
隧道ZK32+788-ZK32+800段涌水、突泥注浆处治难度大，施工管棚及小导管注浆加围岩，采用水泥浆进行单液注浆，注浆效果不理想，主要原因该段受地下富水影响，水压大，注入浆液随地下水大量流出，达不注浆加固围岩的效果。因此建议将注浆材料改为水泥、水玻璃进行双液注浆，并合理调配凝结时间。
涌水、突泥段前方多是堆积渣体，大管棚、小导管施作长度难以保证。采用跟管钻机管棚施工时存在卡钻或者是管棚套管损坏无法达到设计长度。建议根据现场注浆实际情况进行补打大管棚、小导管，确保围岩达到注浆效果。
四、隧道突水、突泥处理
采用先进的勘探技术，查明施工前方地下水分布、储水量之后，进行详细分析，有可能发生突水突泥或大涌水情况下，适时采取预注浆。在预注浆前，应认真分析设计提供的详勘成果，探明断层破碎带的发育、地下水等的情况，超前钻孔应打在预测突水位置前5～10m。
（1）若隧道通过厚度大于30米的软塑断层破碎带及溶洞软塑充填体时，2/3探水孔出水，总流量每小时达到10m3的条件下，采用全断面帷幕注浆；隧道通过岩溶、非岩溶地带、厚度小于30m的断层破碎带及溶蚀裂缝，任一探水孔流量大于每小时2m3，每小时总流量小于10m3，采用全断面周边预注浆。
（2）隧道开挖线以外6m为注浆的范围，注浆长度为30m，全断面布孔共计183个，一个注浆段完成后留6m不开挖作为下一注浆段的止浆岩盘。
（3）注浆孔以隧道中轴为中心呈散状布设，浆液扩散半径为2m，孔底间距约为3m，开孔直径约为3m，开孔直径Φ115，终孔直径Φ75。
（4）一个注浆段的全部注浆孔注浆完成后，在主要出水点旁布设约5个检查孔，然后进行压水测试，在0.75Mpa的压力下，吸水量在每分钟2升以下，则停止注浆，否则应补孔注浆。
五、结语
通过处理该隧道涌水、突泥的案子，针对此类隧道突发情况的处治有了进一步的认识，也积攒了丰富的实战经验，在今后的隧道施工中，可作为典型来学习。
参考文献：
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（2）王明恕，等全长锚固锚杆的力学模型及其应用[J]
（3）蒙彦，雷明堂，岩溶区隧道涌水研究现状及建议[J]
（4）JTGF80∕1-2004公路工程质量检验评定标准第一册土建工程