隧道围岩突泥涌水成因与加固处理:隧道围岩等级划分表

　　摘 要：结合洋碰隧道工程水文地质特征及整个施工过程，探讨了隧道突泥涌水灾害产生的原因、处理措施及加固效果。分析研究表明：（1）岩溶和断层发育修建隧道，采用超前地质预报和超前地质钻探是十分必要的；（2）超前周边预注浆结合超前小导管注浆组成的超前支护体系，能够有效实现围岩加固；（3）采用注浆、锚杆、锚索三种技术联合加固方法，能够弥补采用单一加固模式的不足，起到很好的围岩加固止水效果。
　　关键词：隧道；围岩；突泥涌水；超前支护体系；联合加固
　　引 言
　　在岩溶区的隧道修建过程中，突水突泥是造成施工地质灾害的主要原因[1,2]。特别是复杂地质条件、强岩溶富水区长大隧道的安全快速修建技术是当前交通建设急需解决的关键问题[3～5]。故加强对复杂岩溶地区的隧道稳定性及施工技术的研究，有着重大的技术价值和经济意义。
　　1 工程概况
　　洋碰隧道是京珠高速公路粤境北段重要工程之一，位于乳源县乳城镇北西约6km，为分离式单向行车双向隧道。隧道左线起讫里程为LK76+287～LK78+340，全长2053m，，高差41.30m；右线起讫里程为RK76+300～RK78+410，全长2110m，高差42.21m。路线西高东低，坡度为-2%。
　　2 工程水文地质条件
　　2.1 工程地质条件
　　在区域地质构造上，洋碰隧道位于近南北向大瑶山复背向斜南倾覆端南西部位，隧道出口为寒武系八村群砂岩，北部和南部中低山地段出露泥盆系桂头群砂岩（ ），少量页岩和砾岩，中部的鞍部山丘缓坡地带为泥盆系东岗岭组深灰色中厚层～厚层状隐晶质灰岩（ ），如图1。
　　断裂构造十分发育，以NE走向的F13为主干断层，2km2范围内共有大小断层19条（图1）。其中F7、F8断层在隧道左线LK76+740～LK76+600段交汇，对隧道施工带来相当严重影响；F12、F16断层在隧道右线RK78+030附近交汇，F12、F13断层在左线LK77+871～LK77+790段左侧70m交汇，造成该段施工发生大量涌水。
　　图1 洋碰隧道地质构造断面图
　　2.2 水文地质条件
　　按岩性和地下水赋存特点，工作区存在三类地下水，即赋存于松散覆盖土层中的孔隙水、赋存于碎屑岩中的裂隙水和赋存于灰岩中的岩溶水。地下水由大气降水补给，水量丰富，以泉的形式排泄。其中灰岩地段地质复杂，断层裂隙、溶洞、溶沟、溶槽等构成地下水补充通道，对隧道开挖施工极其不利。
　　3 施工方案与事故原因分析
　　3.1 进口段
　　进口左右线RK76+401～RK76+610段，隧道处于残积亚粘土与灰岩的接触面或完全处于亚粘土层中，土石界面处灰岩面上部存有一定量的上层滞水和孔隙潜水。
　　根据工作区实际地质情况，左线除LK76+385～+400段采用明挖施工外，其它段均采用台阶法加临时仰拱进行施工。右线采用CRD工法进行施工，采用长管棚及超前小导管作为辅助施工措施。
　　本段施工过程中仅出现小股滴水或涌水，未发生工程事故，但施工过程中应注意以下几点：
　　1、施工方法严格按工序顺序进行，上台阶开挖面与中层临时仰拱及时封闭成环。
　　2、上台阶与下台阶开挖距离土宜过长，以便及时施工作正式仰拱并为施作二次衬砌做准备。
　　3、为有效控制拱顶下沉，拱脚除加垫木后可采用扩大拱脚和加设拱脚注浆。
　　4、采用CRD法施工，上、中层临时仰拱与永久钢架间的连接十分重要，其相应钢架在制作前焊接连接板，钢架间的连接使用螺栓。
　　3.2 F7、F8断层带
　　洋碰隧道进口左线施工至LK76+747时，掌子面大部分为亚粘土加强风化灰岩碎块，比设计里程提前进入F7断层。原设计方案为，围岩类别Ⅲ类，按台阶法施工，超前小导管作为辅助施工措施，复合式混凝土衬砌。
　　2000年9月12日，隧道右侧山体地表出现不同程度裂缝8条，裂缝最宽达15cm，错台15～17cm，同时5个拱顶监测面均发生较大程度下沉。通过分析，主要有以下2个原因：（1）土层失水；（2）地基承载力不足，初期支护刚度不够。
　　2001年1月26日，进口右线施工至RK76+833时，掌子面右侧拱肩处发生突泥涌水，突水口1m*1.5m，总涌泥水量3000m3。分析表明：该段为土石界面，客观上存在一个长期存水的砂岩凹面，亚粘土层长期被岩凹水浸泡，形成泥浆体，施工揭开后，由势变动，形成冲击。
　　3.3 右线出口段
　　从设计的工程地质情况看，出口右线RK78+014～060处于F12、F16断层交汇处中心及其影响带上，岩体完整性差，局部比较破碎，采用CRD法施工。
　　1999年10月21日，掌子面左上侧部大面积出现突水，同时出现掉块，滑移现象，突水量约为20000～25000t/d，5小时后，突水量减小，但仍维持在4000～6000t/d左右。经专家讨论分析后认为，该段突泥涌水是由于大的断层裂隙造成的，施工正处于F12、F16断层交汇处，可能与F13主断层的水力联系强烈，由于断层内赋存的压力水造成了突泥涌水。
　　3.4 左线出口F13断层带
　　该地段水文地质条件最为复杂，F13为主干断层，岩体破碎程度较高，灰岩分布地段富集岩溶地下水，砂岩区裂隙水发育，特别是断层多为富水或导水断层，与地面山沟水力联系密切。原设计方案为台阶法施工，超前小导管作为辅助施工措施，复合式混凝土衬砌。
　　2000年1月30日，当隧道左线开挖至LK77+849.5处时，上半断面右侧拱脚处支背突然出现涌水，且右侧初支喷混凝土面出现竖向裂纹并伴有大面积淋水。2000年4月6日，LK77+832右拱脚处发生大量集中涌水，涌水点呈不规则孔状，直径250mm～350mm，涌水量300～400m3/h。分析原因为：F13断层水平错距大，断层带波及地表，与地表水联系通道多，含水量丰富，尤其在主断层与分支断层交汇处，涌水可能性极高。