明月山特长隧道涌水突泥综合处理措施

2007年12月ModernTunnellingTechnologyDec.2007

文章编号:1009-6582(2007)06-0066-04

明月山特长隧道涌水突泥综合处理措施

秦仁佩　肖　均　蒋　锋

(中铁二局集团建设公司,成都610031)

摘　要　明月山隧道为具有多种不良地质的特长公路隧道,施工中发生了特大涌水、突泥灾害,造成严重坍塌事故。通过对隧道涌、突水灾害产生的原因及坍塌形态进行详细的分析研究,采取了一系列行之有效的处理措施,并对地表、洞身及坍塌体进行了固结和加固,快速而有效地完成了突泥及坍方段施工。文章介绍了隧道涌水、突泥灾害的概况和采取的综合处理措施。

关键词　特长公路隧道　涌水突泥　坍塌　处理措施中图分类号:U457+.2　　　文献标识码:A

1　前　言

明月山隧道为沪蓉国道主干线重庆垫江至四川邻水省界交界的一座特长隧道,为高速公路双线隧道,隧道全长6557m。隧道穿越明月山煤层采空区和断层,地质复杂多变,主要不良地质有断层、瓦斯、煤层采空区、溶洞、特大涌水、突泥等,隧道受不良地质构造影响严重;由于岩层节理发育、岩体破碎,围岩稳定性较差,易坍塌;特大涌水较为突出,并连续15个月出现日涌水量5万吨以上,且最大日涌水量达18万吨。隧道由进口向出口方向掘进(即由小里程向大里程方向掘进),当施工至K5+573掌子面时,隧道拱顶上方发生突水、突泥,大量淤泥涌入隧道,掩埋隧道150多米;随即在K5+610处的地表发生塌陷,形成一个长16m、宽8m、深6～12m的陷坑,陷坑周围出现大面积开裂,开裂范围6700多平方米。突泥后的洞内情况及地表陷坑如图1、图2所示。

图1　洞身被淤泥掩埋的情景

Fig.1　Generalviewofthemud-buriedtunnel

2　突泥勘探及分析

突泥发生后,随即采用高密度电法对明月山隧道坍塌地区进行了详细的勘探,邀请并组织专家对现场进行了详细的调查和分析。物探结果及分析显示:

(1)在洞顶高程附近K5+529～+577段左5m、K5+537～+578段左中线、K5+533～+577段右5m范围内岩体为坍塌体,工区内坍塌严重,坍

修改稿返回日期:2007-07-16作者简介:秦仁佩,男,高级工程师.

图2　突泥后的地表陷坑

Fig.2　Depressionongroundsurfaceaftermudoutburst

塌体体积较大,且已露顶。

(2)在本隧道掌子面附近未施工地段,岩溶强烈发育,岩体破碎或富水,并有塌方、涌水、突泥等危

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明月山特长隧道涌水突泥综合处理措施

害性地质现象发生。特别是在洞身高程K5+610～+828段左5m、K5+616～+856段左中线、K5+616～+871段右5m均为Ⅰ类异常。

(3)隧道洞内突泥涌出物主要为角砾石混和

物、大型孤石(长2～3m)及泥浆,含有灰岩、白云岩块石,并伴有大量地下水涌出。

(4)目前明月山隧道施工正进入明月山背斜核部F1断层挤压破碎带,地质情况复杂、围岩软弱破碎、岩溶发育,遇到岩溶管道而发生了严重突水、突泥等地质灾害。

3　突泥处理施工方案

3.1　地表封闭、加固

根据物探结果及山体地表情况,为保证隧道洞身支护体系及结构安全、保障山顶居民生产生活、保护生态环境,采用地表先行封闭,然后进行地表注浆加固的施工方案,如图3。

混合物堆积体掩盖隧道洞身较长,并封闭整个掌子面和80多米洞身,对掌子面附近的高位倾斜岩溶管道的混合物形成一定阻力,而涌出物流塑性强,自稳性较差,当直接清除洞内涌出物时可能导致二次灾难的后果。为此,对洞内涌出物采用分段清除、分段加固、再清除的施工方案。

(1)对K5+429～K5+518段的涌出物直接清除。(2)K5+518～K5+573段涌泥采用分段注浆固结后再清除,共三个循环(图4),每次注浆固结30m,挖除20m。第一循环在K5+518处设3m厚C30混凝土止浆墙,墙身嵌入围岩不小于0.5m,且止浆墙与洞壁围岩采用中空注浆锚杆连接,间排距均为50cm,梅花型布置,锚杆长4.5m,锚入洞壁3m或3.5m,外露1.5m或1m,锚杆设置方向与隧道轴线成45°角,向前进方向打入;注浆前在止浆墙或止浆岩盘内埋设<127无缝钢管作为孔口管,孔口管长3m;纵断面上注浆孔由工作面向开挖方向平行延伸,横断面上注浆孔按矩形布置,间距2m×2m,开孔直径<115,终孔直径<75;注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆,浆液浓度应根据现场实际情况加以调整,初拟为: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35Be’;注浆顺序按“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行;单孔注浆采用分段前进式注浆工艺,注浆分段长度为3～5m。3.3　大管棚施工

图3　突泥地表注浆示意(单位:m)

Fig.3　Surfacegroutingonthemudoutburstsection

(1)对坍陷区周边裂缝用粘土进行填塞,塌陷

区四周挖土沟作截水沟,其规格为底宽60cm、两侧坡比1∶1的梯形水沟,拦截地表水。

(2)对陷坑四周及坑底喷射C20混凝土进行临时封闭,并及时用抽水机将坑内积水排到未影响段地表外。

(3)平整坍方影响范围场地,进行地表深孔注浆。注浆施工顺序:区域内按照围、挤、压的原则进行,先注周边孔,再在中间插孔注浆挤密,最后逐渐压实,钻一孔注一孔,不得将全部孔钻完后再注浆。3.2　洞内涌出物的清理和改良加固

当涌出物清除至掌子面附近时,采用超前大管

棚预注浆施工方案通过了突泥坍方段。3.3.1　大管棚设计

超前支护采用<108大管棚,单根长20m,环向间距30cm,搭接长度3m,拱部按150°范围布置(图5)。3.3.2　注浆参数设计

(1)注浆材料及配合比:注浆浆液采用水泥浆,水泥采用32.5(R)普通硅酸盐水泥,水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1。

(2)注浆压力:0.5～1.0MPa。(3)浆液扩散半径:不小于0.5m。(4)单根钢管注浆量:

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η×α×βQ=π×r×L+π×R×L×式中:r为钢管半径;L为钢管总长度,考虑与钻

机连接,取25m;R为浆液扩散半径,取0.5m;η为地层孔隙率,堆积体η为12%;α为浆液有效充填率,取0.9;β为浆液损耗系数,取1.15。

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隧道洞内突泥涌出物主要为角砾石混和物、大型孤石(长2～3m)及泥浆,含有灰岩、白云岩块石。

现代隧道技术

图4　分段注浆固结纵断面及注浆孔横断面示意(单位:cm)

Fig.4　Longitudinalprofileofgroutingbysectionsandgroutingholesinthecross-section

(3)注浆

①安装好钢管后即对孔内注浆,随时检查注浆

质量。

②注浆参数:C∶S=1∶(0.6～1.0)(体积比),水泥浆水灰比为0.8∶1～1∶1,水玻璃模数为2.6～2.8,水玻璃浓度为35Be’;注浆顺序按“由外

图5　大管棚支护隧道横断面示意(单位:cm)

Fig.5　Cross-sectionshowingthebigpipe-roofing

ofthetunnel

到内、间隔跳孔”的原则进行。

③液压注浆机初压控制在0.5～1.0MPa范围,终压为1MPa,持压15min后停止注浆。单孔进浆量应小于10L/min,若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,直至符合注浆质量标准,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙均为浆液充填,方可终止注浆。

(4)注浆效果检查

检查孔一般地段涌水量应小于0.4L/min,或进行压水试验,在1.0MPa压力下检查孔进水量应小于2L/min・m,否则应加密钻孔注浆。

经计算,单根钢管注浆量Q=2.66m。3.3.3　管棚施工

(1)钻孔

①从套拱中预埋的钢套管作为导向管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙,以确保在掌子面进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。

②为避免钻杆太长、钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象,开钻上挑角度控制在3°～5°之间,并用经纬仪、测斜仪等检测孔深、倾角、外插角。

(2)安装管棚钢管

①钻孔完成后及时安设管棚钢管,以避免出现塌孔。

②钢管应在专用的管床上加工好丝扣,棚管四周钻<8出浆孔;管头焊成圆锥形,以便于入孔。

③接长钢管应满足受力要求,相邻钢管的接头应前后错开。同一横断面内的接头数不大于50%,相邻钢管接头至少错开1m。・68・

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4　其它措施

(1)加强超前地质预报和监控量测

采用地质雷达和超前探孔,加强对突泥坍塌段围岩及坍塌体的探测,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。

(2)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。

对坍塌段和坍塌影响段的初期支护进行补强,同时进行径向注浆,注浆深度为8～10m,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。

明月山特长隧道涌水突泥综合处理措施

(3)做好涌水引排

隧道穿越明月山岩溶地段,地下水丰富,隧道涌水量较大(目前隧道涌水降低到20L/s),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和归槽(采用人工筑槽),将水引至排水沟。

况,采用了一系列行之有效的综合处理措施,施工过程简洁明快,操作性强,达到了快速施工条件。经过20天的施工处理,明月山隧道就完成了地表和洞身

5　结束语

针对明月山隧道出现的涌水突泥及地表坍塌状

的注浆加固,并清除了洞内淤泥,恢复了正常施工。

通过采用大管棚超前支护施工工艺,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。

Comprehensivetreatmentofthewatergushingandmudoutburst

inMingyueshansuperlongtunnel

QinRenpei　XiaoJun　JiangFeng

(ConstructionCompany,the2ndEngineeringBureauGroup,C.R.E.C.,Chengdu610031)

Abstract　SeriouswatergushingandmudoutburstoccurredduringtheconstructionofthesuperlongMinyueshanhighwaytunnelwithvariousadversegeologicalfeatureswhichbroughtaboutseriouscollapses.Aseriesofeffectivecountermeasureswereadoptedinaccordancewiththedetailedanalysesandstudiesforthereasonsoftheoccurrenceofwatergushingandmudoutburstinthetunnelandtheconfigurationofcollapses,consolidationandstrengtheningofthesurface,thecollapseandthetunnelwerecarriedoutthathelpedtopassthroughthesectionwithmudout2burstandcollapseseffectively.Thepaperbriefsthewatergushingandmudoutburstinthetunnelandcorrespond2ingcomprehensivecountermeasures.

Keywords　Superlonghighwaytunnel;Watergushingandmudoutburst;Collapses;Treatment

(上接第54页)

参考文献

[1]朱鹏飞.宜万线隧道工程施工地质超前预测预报策划与应用效果评价[J].现代隧道技术.2005,42(5):52～59[2]张民庆.宜万铁路重点难点隧道工程地质难题与施工对策浅析[J].现代隧道技术增刊,2004,117～131[3]张民庆,黄鸿健,田四明.岩溶隧道安全设计、施工与管理[J].铁道工程学报.2007,(1):75～85[4]铁道第四勘察设计院.宜万线复杂岩溶隧道施工防灾报警系统设计方案[R].湖北武汉:2006

Designofdisaster-preventingandalarmsystemforwatergushing

andmudoutburstincomplexkarsttunnels

HuZiping

(TheFourthSurvey&DesignInstitute,C.R.C.C.,Wuhan430063)

Abstract　InMaluqingtunnelonYichang-Wanzhourailwaytherebrokeoutsuddenwatergushingandmudout2burston21January2006.Thedisastercausedgreateconomicloseandpersonnelcasualtywhichattractedthecon2cernoftherailwayauthorities.Yichang-Wanzhourailwayisonethatfeaturescomplexgeologicconditions.Tunnelprojectsonthislineoftenencounterkarstswhichinvolvethepossibilityofwatergushingandmudoutburstandtheyarebuiltwithhighrisks.Toavoidtherisksandtodecreasetheeconomicloseandpersonnelcasualtyinthecon2struction,inthedesigntherisksareclassifiedforkarsttunnelsaccordingtoengineeringgeologic,hydrologygeolog2icandtunnelconditions.Forthefirstriskcategorytunnelsthedesignofdisaster-preventingandalarmsystemsin2cludesdisasterforecast,water-stoppingthroughgroutingandsafeevacuation.ThedesignisthefirstonebothathomeandabroadwhichwasappliedonYichang-Wanzhourailwaywithgoodresultsobtained.

Keywords　Karsttunnels;Watergushingandmudoutburst;Disaster-preventingandalarmsystem;Design

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