处理某隧道涌水突泥灾害

摘要：结合某隧道涌水突泥灾害的工程实例，介绍了灾害发生原因及及处理方案，并提出防止类似情况的一些有益建议。

关键词：隧道；涌水；突泥；实施

1 工程概况

某隧道位于广东省清远市境内，全长4214m，2008年2月，该隧道仅余DK2080＋990～DK2081＋100段没有开挖。2月10日晚，出口工区开挖至DK2081+097，隧道中线左2m拱顶处揭示一直径约80cm的裂隙并发生涌水突泥，从2008年2月11日到2月14日先后陆续发生了5次，造成668m已开挖段被淤积，淤积物为褐黄色粉质黏土、粉土、粉细砂夹角砾、碎石、块石等，淤积物达3.2万m3。

2 工程地质条件

(1)设计地质条件

K2080+190～DK2081+350段为泥盆系中下统桂头群下亚群（D1-2gta）弱风化中厚～厚层状石英砂岩，局部夹薄层页岩。DK2081+350附近为花岗岩与石英砂岩的接触带。

DK2081+097处，隧道埋深约300m，该段围岩为弱风化、微风化的中厚～厚层状石英砂岩夹薄层页岩，设计围岩为II级。

(2)突水涌泥发生后补勘的地质条件

根据隧道开挖揭示地质情况、超前地质钻探、物探（TSP203）、工程地质测绘。DK2080+943～DK2081+000段岩性为厚层～巨厚层青灰色的石英砂岩，岩体完整，地下水不发育。DK2081+015～DK2081+025段节理裂隙很发育，岩体破碎，部分呈褐黄色，裂隙间部分充填黏性土。DK2081+030～＋094段为灰白色石英岩，岩体破碎～极破碎，该段发育较多断层裂隙，裂隙中充填断层角砾、断层泥，该段地下水发育，部分段洞顶因突泥形成较大空洞。

3 涌水突泥原因分析

根据地质补勘资料结合地面工程地质调绘复查，隧道洞身于DK2081+030～+094段发育一隐伏张性断层，隐伏断层存在的理由：

（1）从区域构造，断层方向的一组节理N56°～85°E／61°～84°SE，强烈发育，而岩层单斜，产状N45～60°E/50～60°NW。

（2）DK2081+051～+094段岩性为由石英砂岩严重变质而成的石英岩，岩体中近垂直向发育较密集的张裂隙，断层两侧越靠近该段，岩体越破碎，岩石变质程度越严重，石英含量越高。

（3）DK2081+097掌子面的断层裂隙形态、突出的泥的成份主要为断层角砾岩、风化的断层角砾岩及断层泥（粉土、砂土夹角砾、碎石、块石），其次是少量地表水沿断层裂隙的运移中带入的地表黏性土。

（4）DK2081+004掌子面，岩体较破碎、挤压镜面发育，构造裂隙中充填大量岩脉，也证明该断层的存在。

该断层破碎带在隧道洞身附近的宽度约为65m。DK2081+030～+094段地下水涌出量基本稳定，约为5000m3/d，表明沿断层方向有远处地下水的补给，涌泥突水由该断层所致。

由于该断层破碎带为良好的储水与导水通道，有利于地下水及土颗粒的运移；断层带内富集了大量的断层泥、断层角砾，经一定风化作用，断层角砾部分风化成细颗粒土、表土也由于水的运移而充填于裂隙中、加之断层带富含地下水，开挖该断层裂隙时，出现涌水突泥。

4 断层水对隧道结构影响分析

根据隧道开挖的情况，推测该断层两侧为完整的石英砂岩，透水、储水能力较差，地下水不发育。断层带为相对独立的地下水储存与运移通道，富含地下水。该段受降雨等引起的地下水位、泾流条件的变化，可能引起远处断层破碎带中大量泥砂涌入隧道，施工期间仍有可能再次遇到涌泥、突水或断层带的坍塌、掉块等危害。

根据隧道开挖情况，断层两侧岩体完整，隧道开挖后洞内干燥，表明断层破碎带为主要的导水通道，地下水主要沿断层带径流，在断层地面露头附近排泄，根据工程地质测绘资料，该张性断层地面较近出露的低点位于隧道左侧约1500m，标高约为272m，DK2081+097处隧道标高约为52m。综合分析此情况下断层水地表排泄点、水力坡度（水力坡度按10‰）等，该断层附近隧道洞身处断层水的最大水头高差约235m，选取水压力折减系数为0.8，作用于该断层附近隧道洞身的最大外水压力：

F=103×9.8×235×0.8=1.84MPa

5 该段处理的两大难题及相应措施

(1)涌水突泥形成的巨大空腔

为保证施工安全及隧道结构在运营期间的安全，必须对由于涌水突泥而形成的空洞进行处理，经认真比对，对DK2081+030～+107段采用超前周边注浆加固，其范围为各分步开挖轮廓线外约5m，以保证在隧道初期支护背后5m范围内没有空洞，既防止施工期间涌水突泥的再次发生，也确保衬砌结构的永久安全。

注浆采用单液浆或双液浆，根据注浆效果灵活掌握。

(2)水压力对结构的影响

如对该段隧道断层地下水采用全部封堵的方案，则有可能在运营若干年后，作用于该段隧道洞身附近的最大外水压力为1.84MPa，要抵御如此大的水压力，不仅支护及二次衬砌要有足够的加强，采用注浆堵水也将工程巨大，而且在运营期间需要建立长期的观测机制，耗费人力、物力。

再者隧道洞顶较大范围无地表水源点、农田、村庄及居民，因此地下水的漏失对环境无影响，因此对该段充填于断层裂隙中的砂、土进行封堵，对地下水采用堵排结合的整治方案。

先对断层裂隙中的砂、土进行封堵，采用超前周边注浆防止施工期间涌水突泥的再次发生，确保衬砌结构的永久安全，阻断断层裂隙中充填泥沙向隧道范围运移，保证隧道内各排水盲管畅通不堵塞。

其次为有效地引排断层地下水，该段环向排水盲管加密至每2m设一道，这样可以及时有效地将渗透过初期支护的断层地下水引入隧道侧沟内排出，释放由于水位升高给衬砌带来的压力。

6 实施结果

由于对该段进行了详细的地质探测，对后续施工可能产生的困难进行了充分的预估，并制定了各种应对措施，该段隧道于2008年9月顺利贯通，通过一年多的观察，衬砌表面无水渍、无裂纹，相应的排水盲管排水畅通，解决了该段处理的两大难题。

7 结束语

在大断面隧道施工中风险无处不在，处处不可掉以轻心，通过该案例有几点体会：

(1)在两种不同性质的围岩交界处，一定会有一个大的张型断层，该断层可能在交界处，也可能离开该交界点一定距离，施工时万不可以为过了设计的交界点就万事大吉，相反更要小心谨慎，该案例中张型断层就离开设计的接触带250多米，离开实际开挖揭示的接触带120多米；

(2)现阶段的长大隧道设计，由于受勘察设计方法限制，地质情况一般是不太准确。为此一定要加强施工过程中的超前地质预报工作，TSP203、红外探水、地质雷达等需要的专业人员综合素质很高，要精通地质专业、电子专业等，这样的人员比较稀少，由于地质体的各向异性，决定了采用物探法进行地质超前预报的多解性，造成分析结果差别巨大，更有些专业素质不高的分析人员为了减少误判的责任，照抄设计的围岩级别，这样造成隧道施工风险控制形同虚设，给国家、集体带来巨大损失。现阶段的隧道设计，尤其长大隧道设计，为了避免类似情况发生，最有效的办法是要加强超前地质钻探的数量，一般沿隧道外轮廓不少于7个孔，地质复杂时要达到9个孔。为了加快钻探进度，应配置RPD-150C多功能钻机，该钻机水平钻孔深度可达150m，钻速Vmax=12m/h，记录自动化、数据详细。短小隧道可以采用加深炮眼的办法达到超前钻探结果。

(3)加强隧道施工管理中的风险控制，并对各种风险制订切实可行的操作预案，超前地质钻孔结果的研判要经过三人以上的分析，尤其是地质发生变化时更要如此。

参考文献

[1]黄杰，天池隧道岩溶涌水突泥成分分析及处理措施[J]山西建筑，2009-08-01