狮子山隧道突泥涌水施工技术

魏亚林

摘要：本文以狮子山隧道突泥涌水为背景，介绍了狮子山隧道治理突泥涌水所采用的洞渣反压回填、塌腔砼充填、超前大管棚、初期支护、超前预注浆等施工措施，为日后同类工程的施工提供了宝贵的借鉴经验

关键词：大管棚 套拱 突泥涌水 塌腔 充填

1、工程概况

狮子山隧道总长4036米，为上下分离四车道，其中左线长2036米，右线长1970米，最大埋深286.72米，属溶蚀、剥蚀中山山岭地貌单元，岩溶石芽地貌。该段总体地形为中间高，两侧低，呈马鞍型，地表形态波状起伏较大，施工难度大。

该隧道围岩以Ⅳ级围岩为主，主要为含碎石亚粘土及强风化泥质砂岩，表层为耕植土，含碎石亚粘土，土质不均，碎石棱角状，下覆岩层为强风化泥质砂岩，灰绿色、紫红色，结构构造已大部分破坏，层理不甚清晰，节理发育，岩体为碎石镶嵌结构，根据工程物探资料推测，洞身K146+840～+900段穿过断裂构造，附近围岩破碎，围岩类别为Ⅴ级，隧道穿越断裂构造处地下水较丰富。

2、施工情况

狮子山隧道进口自进洞施工以来，掌子面经常有小股状地下水渗出，2005年4月27日，当施工至K146+856时，掌子面出水量突然急剧加大，最大出水量达到76立方米/小时，并伴有大量泥石流突出，隧道掌子面前方出现大面积坍塌，5月3日，水量趋势出现减弱，至5月10日后，隧道出水量出现稳定，但仍保持在20立方/小時。

3、隧道突泥涌水段施工处理措施

根据地质雷达的探测情况，建设单位、设计单位、监理单位、施工单位共同研究确定了以下处理方案：

3.1、回填洞渣封闭塌腔

按照1：1的坡率回填洞渣至掌子面拱顶以封闭塌腔，洞渣回填以后喷射C25砼进行表面固化，喷射厚度不小于30cm。

封闭塌腔过程中预埋泄水管及注浆管，泄水管要深入塌腔里面，以免塌腔积水泥化围岩，泄水管10至15根，采用Φ108×5打孔无缝钢管，长12米，其中拱顶3根，两侧拱肩各4根，掌子面中心根据水量大小及位置布置4～8根；

3.2、塌腔砼填充加固

隧道出水量稳定以后，对隧道塌腔内压住C25砼，砼压注数量参照加固至拱顶以上3m计算，砼采用早强砼，待砼形成强度后，方可进行洞身开挖与支护。

3.3、掌子面后方初支套拱加固措施

为避免隧道塌方扩大，对掌子面后方10米范围内初支进行加固，沿初支内侧增加I25b工字钢支撑，间距50cm一榀，工字钢环向采用φ50小导管进行焊接连接，间距0.8m。套拱拱腰及拱底采用锁脚锚杆锚固。

3.4、掌子面前方塌腔超前φ108mm管棚加固

掌子面设导向墙，拱部140°范围打设φ108mm大管棚，长度20m，环向间距3根/m；并辅助φ50mm超前小导管施工，小导管长6m，纵向每5榀打一环，环向间距3根/m。管棚导管中增设钢筋笼，以提高导管的抗弯能力，钢筋笼由四根φ16主筋和固定环组成，管棚及小导管进行管内充填注浆，大管棚外插角3～5°，小导管外插角10～15°。

3.5掌子面前方超前预注浆封堵方法

对掌子面前方进行地质雷达扫描及红外探水扫描发现，掌子面前方仍有发生大规模突泥涌水的可能，为避免再次发生突泥涌水现象，对掌子面前方采取预注浆加固措施，预注浆加固前先采取引排措施，然后进行注浆。超前预注浆加固范围为隧道开挖轮廓线以外5m，注浆段长取20m。如开挖后存在薄弱部位，采用局部补充注浆或径向小导管注浆。如果前一循环开挖过程中发生涌水，后一循环注浆开始前同样施作止浆墙。

3.6掌子面前方初期支护加强措施

⑴对掌子面前方进行地质雷达扫描以探明所形成的空洞分布情况并根据探测结果及时调整施工方案。

⑵隧道开挖预留变形量增加到15～20cm；

⑶施工方法：采用三台阶（预留核心土）+临时仰拱法，初支喷层厚35cm，拱墙、仰拱设置φ8×φ8钢筋网，I25b工字钢（全环封闭），间距0.6m。拱墙每个节点设4根锁脚锚管（φ42，t=3.5mm，长5m）。边墙设置φ22砂浆锚杆（长3.5m，环纵向间距1m×1m）。临时仰拱采用I20a型钢，每两榀拱架设一道，喷层厚度20cm，

⑷围岩由Ⅴ级围岩复合式衬砌变更为Ⅴ级加强复合式衬砌。

3.7、施工控制措施

⑴严格按照“短进尺，强支护、快封闭、勤量测”的施工标准指导施工。

⑵施工中应加强超前地质预报及红外探水预报，加强监控量测，根据量测数据，动态调整施工方案。

⑶打设超前排水平孔，及时排出围岩内的积水。

⑷加强超前小导管注浆、管棚、钢架、钢筋网、喷射混凝土等多种支护手段，构成强支护体系。

3.8、隧道突泥涌水的防范措施

为避免隧道出现突泥涌水情况，必须加强隧道的超前地质预报。

隧道施工前，对全隧道采用长距离的TSP200地震反射法地质预报，宏观掌握掌子面前方的地质情况，采用红外探水在富水带30米左右处进行一次中长距离的探测，对围岩的地质情况及富水程度再次进行预测和验证。如有异常对异常处采用钻孔进行验证，并指导施工，最后探明情况后施工采用施打5米的超前探孔进行每个开挖循环的跟踪预报和探测。超前探孔的布置在二圈眼的位置，拱顶1个、两边各1个，根据情况再增加，保证上台阶有3个以上的探孔，并及时进行信息收集、处理、反馈，并根据预报结果，及时报相关单位，调整设计，改变施工方案及施工方法。根据超前地质预报所揭示地质断层及地下水的水量情况，结合以往施工经验和结构设计要求，视地质情况采取超前预注浆、超前小导管注浆等支护方式对破碎围岩进行超前支护，施工工法采用台阶法施工环行开挖，预留核心土，并及时进行型钢支撑+喷锚网联合支护体系的施工。

四、经验总结

为避免隧道出现突泥涌水情况，必须加强隧道的超前地质预报。

可采用长距离的TSP200地震反射法地质预报进行宏观预测，再采用红外探水对30米范围内的中长距的预测，必要时采用施打5米的超前探孔进行每个开挖循环的跟踪预报和探测。要及时进行信息收集、处理、反馈，并根据预报结果，及时报相关单位，调整设计，改变施工方案及施工方法。根据超前地质预报所揭示地质断层及地下水的水量情况，采取超前预注浆+三台阶预留核心土+型钢支撑+喷锚网联合支护+临时仰拱是预防隧道突泥涌水现象的有效措施。

隧道出现突泥涌水情况后，要及时对掌子面后方采用洞渣反压回填、塌腔砼充填加固、已施工初期支护加强等措施防止险情进一步扩大，掌子面前方根据塌腔长度及地下水情况采取超前大管棚+小导管注浆+超前预注浆+型钢支撑+喷锚网联合体系+临时仰拱的复合处理措施。

经过近3个月的施工总结证明，塌方、突泥地段超前大管棚+小导管注浆+超前预注浆+型钢支撑+喷锚网联合体系+临时仰拱的复合处理措施是处理突泥涌水的有效措施，为以后富水软弱围岩施工提供了宝贵的借鉴经验。