隧洞区域断层带洞内泥石流处理技术

沈家文，王明聪，付永春

(云南建工水利水电建设有限公司，昆明 650041)

隧洞区域断层带洞内泥石流处理技术

沈家文，王明聪，付永春

(云南建工水利水电建设有限公司，昆明 650041)

隧洞区域断层带发生泥石流是洞控过程中难以处理的技术难题。本文结合工程实例，系统介绍了不同泥石流的处理方法，对一些措施的可行性进行了探讨。

断层;泥石流;洞控;超前地质预报

其工程隧洞支洞上游从桩号18+427开始进入兔耳关断层(F11)。根据勘察报告，此断层出露宽度50m，断层破碎松散，由泥类碎石及少量孤石组成，隧洞埋深200～220m，地下水位高于隧洞约80～100m，地下水丰富。施工过程中先后发生3次较大的地下泥石流。

1 第一次泥石流情况及处理措施

1.1 泥石流情况描述

2012年5月2日22 ∶30发生塌方，空腔高度达7m，5月4日掌子面发生渗水、涌砂、涌泥，涌出长度55m左右，平均厚度1.5m，方量约470m3。

1.2 处理措施

a.强支护钢支撑间距0.5m，连接筋采用φ22，其余参数按照原Ⅴ类围岩加强支护方案执行。

b.采用砂袋封堵掌子面，防止顶部掏空，采用砂袋把涌出的砂进行封堵及上层压稳。

c.预埋φ114排水管对渗水进行集中引排。

d.掌子面采用φ127～φ89双层大管棚超前支护，环向间距0.4m，L=20m，钻孔过程中由于塌孔较严重，管内灌注砂浆(水泥∶砂=1∶1.5)或纯水泥浆进行固结灌浆，固结灌浆后继续造孔至设计深度。局部渗水较大的地方，采用双液灌浆。

2 第二次泥石流情况及处理措施

2.1 泥石流情况描述

2012年6月23日19 ∶10，在第一次塌方处理完毕后打开掌子面，突然发生泥石流。发生泥石流时，操作人员正在进行钢支撑支护，由于监控措施到位，发现泥石流涌出时，施工人员已及时撤离工作面。20∶30，泥石流已流至支洞平段及支洞下游段，约5040m3。泥石流伴随着大量水(560 m3/h)将支洞段淹没，深度约1.7m，洞内设备全部被掩埋，集水井内水泵因泥石流淤积无法工作，洞内积水迅速上升。泥石流成分为颗粒状泥岩、页岩、灰岩和泥状胶结体，10mm以下细颗粒含量78%。

2.2 处理措施

a.增加抽水设备及时降水。

b.降水至可操作时，做清理试验，若不流动则清除泥石至掌子面;若泥石流动，就采用砂袋封堵工作面，喷射30cm厚C20混凝土进行封闭。钻孔插入L=10.0m、φ114灌浆花管(采用焊管制作，数量经现场试验确定)，对封堵工作面全断面灌注纯水泥浆进行固结灌浆，局部渗水较大的地方，采用双液灌浆。灌浆结束后开挖5.00m，再次钻孔埋设灌浆管进行下次循环固结灌浆，直至清除泥石至掌子面。

c.对掌子面泥石流空腔进行灌注砂浆(局部注纯水泥浆)回填。顶部大角度布设φ114管棚。掌子面后采用Ⅴ类围岩加强开挖支护(顶部超前管棚采用φ50，L=4.5m，间距20～30cm。钢拱架间距0.5～1.2m，加强筋采用 φ22，间距40cm，8根 φ50、L=4.5m 管棚锁脚，全断面挂网φ6.5@15cm×15cm，喷射C20混凝土进行回填)。

3 第三次泥石流情况及处理措施

3.1 泥石流状况描述

2012年8月10日，在清理泥石流距掌子面18m处，准备封堵灌浆时再次发生地下泥石流，并伴随着较大的坍塌声。至12∶40，泥石流涌至斜井三岔口，由于泥沙涌入集水井，导致洞内抽排水系统瘫痪。与此同时，地表面出现一个直径25m、深度24m左右的塌陷坑。经测量，其塌方位置在13号施工支洞发生泥石流的掌子面正上方，见图1。

泥石流为破碎泥岩、白云岩、石灰岩和泥状胶结体类大量稀泥，10mm以下细颗粒含量79.1%，涌水量590m3/h。

图1 塌陷坑与13号支洞洞轴平面

3.2 处理措施

3.2.1 超前固结灌浆和超前排水

在塌方渣体清除至掌子面12m左右时，先打3个25m左右的超前钻孔查清掌子面前方的情况，对隧洞全断面及顶部5m厚的渣体进行超前固结灌浆，灌浆孔深度为25m。灌浆完成后打检查孔检查灌浆效果，如果渣体可固结，无须开挖剩余的12m塌方体。灌浆完成后，利用检查孔等作为超前排水孔进行超前排水减压。

3.2.2 超前支护措施

a.顶拱180°范围内打 φ108、C=20～25m 超前大管棚，外倾角5～8°，环向间距25m，搭接长度7～10m。

b.全断面(底板除外)打φ48、C=4.5m超前注浆小导管，外倾角25°，搭接长度2m，顶拱范围内间距20cm，侧墙范围内间距30cm。

c.开挖方案。开挖按短进尺进行，每循环进尺50cm，开挖后及时喷10cm厚C20混凝土封闭掌子面，并采用分台阶、预留核心土方法开挖。

d.系统支护措施。I20a钢拱架间距50cm，每榀拱架打8跟φ48、L=4.5锁脚钢管，相邻两榀拱架采用φ22间距30～50cm钢筋纵向连接，钢拱架底脚用I25a槽钢支撑，槽钢设置在块石垫上。挂φ6.5@15cm×15cm钢筋网，喷20cm厚C20混凝土。底板用块碎石换填后浇筑混凝土，块碎石垫层厚40cm，C20混凝土垫层厚30cm。

e.永久衬砌。在完成塌方段处理后，立即进行该段的永久衬砌，衬砌滞后开挖支护的长度不得超过15m。

4 现场实施情况

按设计要求处理第一、二次泥石流时，基本顺利。第三次泥石流发生后，按设计要求处理时，首先固结灌浆存在问题。掌子面封堵后，按要求打了超前排水减压孔。由于洞内涌水量大(560m3/h)，注浆时，大量浆液从超前排水减压孔溢出，渣体不能固结，虽然调整了浆液配合比(掺水玻璃、聚氨酯、聚丙烯)，依然不能固结。经现场分析，泥石流不能固结的原因主要有两方面：ⓐ洞内涌水量大、流速快，使大量浆体材料在短时间内被流水带走;ⓑ泥石流的渣体发生了变化。第三次泥石流发生后，地表大量黏土夹杂在渣体间，含量达79.1%，由于黏土渗透性差，不吃浆，浆液难以渗入。

5 改进措施

经过反复讨论，决定采用改线方案。改线方案有西线方案和东线方案两种，最终采用东线方案，见图2。

图2 隧洞线路调整

由于原有线路灌浆不能固结，从地面进行处理难度大(埋深210m)，且没有成熟的技术。虽然改线延长隧洞22m，但由于改线后原状土没有被扰动，按V类围岩支护的方案能顺利通过;而且由于该段反复坍塌，原有断层的应力已基本释放，改线后的洞控土压力小，原有的隧洞可形成排水通道，对洞控有利。采用改线方案后，洞控得以顺利进行。

6 结语

a.对区域断层地带，必须进行专项地质勘察，以查明地质情况，使设计的洞控方案更有针对性。

b.在洞控至区域断层位置时，必须做超前地质预报。在洞控前，每控一段必须先打3个25m左右的超前钻孔查清掌子面的情况，直至通过断层带。

c.对发生过泥石流的隧洞，从原有线路通过难度大，安全风险高，工期长，改线是较为经济的方案。

d.对区域断层洞控，必须制定详细的实施性方案，以保证洞控后临空时间最小。

e.从清理洞内泥石流的情况看，没有支护时可采用机械清理，但离掌子面必须有一个安全距离，不得小于10倍洞高。该工程洞高5.4m，离掌子面70m位置封堵后改线。

Processing Technology of Tunnel Regional Fault Zone Cave Debris Flow

SHEN Jia-wen，WANG Ming-cong，FU Yong-chun
(Yunnan Construction Engineering Water Resources and Hydropower Construction Co.，Ltd.，Kunming650041，China)

Debris flow in tunnel regional fault zone is a technical problem which can not be easily solved in cave control process.Some engineering examples are combined in the paper for systematically describing treatment methods of different debris flows and discussing the feasibility of some measures.

fault;debris flow;cave control;ahead geological prediction

TV52

A

1005-4774(2013)12-0010-03