高速公路隧道涌水塌方成因分析及处治技术

黄 宗 英

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 511400)



高速公路隧道涌水塌方成因分析及处治技术

黄 宗 英

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广东 广州 511400)

根据广东省某高速公路隧洞涌水塌方的实际情况，探讨了涌水塌方的成因，并采用FLAC数值软件，模拟分析了断层破碎带条件下隧道开挖时围岩的受力特征，结合模拟结果，提出了隧道涌水塌方的处治技术。

隧道，涌水塌方，掌子面，锚杆，管棚

近年来，我国交通事业快速发展，同时加快了高速公路隧道的建设。但是在隧道的建设过程中，经常会遇到地质条件比较复杂的区域，一旦某项工序出现问题，就会直接导致涌水事故、塌方事故的产生，进而对隧道的建设造成严重影响，甚至会威胁到社会民众的生命安全。可见，高速公路隧道施工中的涌水塌方问题处治，对隧道的质量有直接的影响，我们一定要对其引起重视。基于此，文章对高速公路隧道涌水塌方的成因以及处治技术进行了详细分析，有利于隧道工程的顺利施工。

1 工程概述

广东省某高速公路左右分离式隧道，长约1.7 km，最大埋深约127 m。在施工过程中，该隧道采用的是钻爆发式分台阶施工法，并将复合式衬砌当作唯一的支护系统，利用整体浇筑的方式来实施二次衬砌。

根据卫星遥感图片和航测图片的解译、电法联剖物探实测资料、野外实地地质调查,认为隧道区属于北江大断裂东侧影响带,区内北东向断裂和北西断裂构造极为发育,并推测在ZK56+215～ZK57+070区段有古代滑坡体存在(下切深度不明)。在隧道进口端发育有三条北东向断层,其具体位置是:ZK56+435；ZK56+455(即现塌方区)；ZK57+055(即上部水塘塌陷处)。三条断裂构造的走向与隧道走向近于垂直,前两条断裂倾角60°～70°,倾向东南,后者近于直立。结合周边地区区域地质资料分析,该地区的断裂构造具有多期次活动的特点,压扭性与强性活动交替重复出现,现多表现为压性或压扭性,断层破碎带及影响带宽度较小,多呈紧闭状[1]。

隧道的选址区位于地表水，大部分都分布在季节性冲沟周围。地下水主要由断层破碎带空隙裂隙水、碎屑岩类空隙裂隙水以及第四系松散空隙水组成，其主要补给来源为大气降水，地下水是在隧道钻孔时发现的，水位埋深大约在1.3 m～45.8 m之间。隧道穿越多条断层破碎带，由钻孔CSK37可知，直径大概在1.4 m。在地质调绘的基础上，发现该隧道YK57+010右68 m为湿陷性土质，宽为1.6×1.6，全年都有水流经过，且水量会随着季节的改变而变化。在实际调查时，水流的速度为0.8 L/s，主要为当地居民提供用水。

2 高速公路隧洞涌水塌方成因

2.1 涌水塌方实际情况

左洞开挖至ZK56+782时，掌子面潮湿，局部有水渗出，处理后继续开挖。在2014年11月20日的凌晨4点时，掌子面开挖至ZK56+787，内侧拱肩部位有较大涌水现象，水头喷出约为0.8 m，虽有洞内排水措施，但洞内仍有积水。21日上午9时，左洞内侧拱肩部位发生塌方，超前支护及5榀拱架遭到破坏，塌方量约为100 m3。现场各方紧急召开会议，决定加强隧道监控量测，等涌水变小后采用双液帷幕注浆堵水，更换受损拱架并变更本段围岩支护为Ⅴ级加强，超前支护变更为双层注浆小导管。

2.2 涌水塌方成因分析

通过分析隧道涌水塌方的发生频率、突涌物成分，再结合超前地质的预报情况，我们可以得知该隧道发生涌水塌方地区的断层破碎带现象是因为构造破碎带溶蚀而产生，断层破碎带的填充强度要高于破碎岩块和泥浆，而且左右洞中涌水、塌方基本上都是同一个破碎带，水系相连，隧道轴线与破碎带之间形成了一个80°的角。另外，断层破碎带以及丰富的地下水都为涌水塌方现象的产生提供了相应的条件，在隧道挖到破碎带处时，会受到地下水较强的静水压力，不断冲刷着裂隙，导致涌水塌方现象的产生[2]。

3 数值模拟分析

为了对高速公路隧道涌水塌方的成因进行详细分析，有效解释断层破碎带在隧道开挖中的重要作用，可以采用FLAC数值软件对断层破碎带条件下隧道开挖时围岩受力变形情况进行模拟。首先，建立有效模型。为了便于有关部门对其进行分析，可以假设断层破碎带出现在隧道的上方，而且里面掺杂着泥水混合物，隧道跨度可以假设为15 m，高度假设为9 m，在摩尔—库仑准则下进行相关问题的分析，同时进行网格的划分；其次，模型分析结果。通过实际模拟，可以发现围岩会沿纵向出现变形的情况，其应力增加，这时隧道掌子面与断层破碎带的距离为15 m。另外，断层破碎带下面掌子面处，围岩变形情况异常严重，而且应力在不断加强，由此可见，如果隧道中存放到断层破碎带，那么就特别容易出现涌水塌方现象。因此，我们一定要对地质的情况进行提前分析，并利用有效措施进行解决处理。

4 高速公路隧道涌水塌方的处治技术

4.1 确保掌子面稳定

保证掌子面的稳定，是处治隧道涌水塌方问题一项非常重要的技术。在具体施工过程中，可以利用15 cm厚的喷混将掌子面封闭起来，并在掌子面周围架设一些临时的钢架进行支撑。临时钢架可以通过角撑的作用将钢架固定在围岩上面或者是已经完工的拱架上面。而地表可以利用砂浆进行封闭，对于可见的渗水裂缝可以在填补灌浆的方法下实现封闭，防止出现地下水下渗的现象。另外，当快要完成超前支护工作时，一定不要急于开展清渣工作，要在做好稳定措施，保证涌水塌方地段的安全之后，才能开展下一项工作。

4.2 超前锚杆施工

在进行超前支护工作时，可以使用直径为76 m的自进式锚杆，每个锚杆的环向距离要控制在20 cm左右，倾角要在10°～15°之间。具体施工要从已经完工的阶段入手，锚杆底部桩号为YK57+036，进入围岩前段的长度应该不小于2 m。当钻进锚杆时，要对断层破碎带内的泥土进行注浆加固。

4.3 有效利用超前管棚与加密钢架

因为该隧道涌水量比较大，对断层破碎带造成了非常严重的影响，因此，对于断层破碎带可以利用超前大管棚预注浆进行加固，大管棚可以用直径为110 m，厚度为12 mm的无缝钢管代替，而长度要按照断层破碎带的长度进行确定。在实际施工时，管棚之外的插角要从2°～3°处打入围岩，钻进过程中一定要注意不能将注浆孔堵住，施工完成之后要注浆加固断层破碎带段。为了确保开挖过程的稳定性，还应该加强初期支护的强度，并采用Ⅰ18型的钢架，将间距缩短为2 m[3]。

4.4 注重地下水的导排

在挖掘掌子面时，待仰拱开挖结束之后，要在钻孔所揭露情况的基础上，将排水管预埋在底部，其管的直径大概在15 cm，从而起到减小破碎带水系的受损坏程度。

5 结语

涌水塌方事故对高速公路隧道造成的影响巨大，我们一定要采取相应的处治技术进行处理，从而实现高速公路隧道的顺利施工，为人们的出行安全提供一定保障。

[1] 高保童,王 琪.隧道涌水塌方成因机制分析及处治技术[J].公路交通科技(应用技术版),2015(11):190-192.

[2] 舒 彪.高速公路隧道涌水塌方成因分析及处治技术[J].珠江水运,2016(4):76-77.

[3] 许国平.巴怀隧道特大塌方成因机制及处治措施探讨[J].公路交通科技(应用技术版),2012(6):361-364.

On analysis of reasons for water burst and collapses of highway tunnels and their treatment

Huang Zongying

(GuangdongNanyueTransportationInvestment&ConstructionCo.,Ltd,Guangzhou511400,China)

According to the water burst and collapse of some highway tunnels in Guangdong, the paper explores the reasons for the water burst, and adopts FLAC numeric software to simulate and analyze the stressed features of the surrounding rocks in the tunnel excavation under the fault fracture zone, and points out the treatment of the tunnel burst and collapses.

tunnel, burst and collapse, tunnel face, anchor rod, pipe shed

1009-6825(2017)11-0182-02

2017-02-06

黄宗英(1983- )，男，硕士，工程师

U457.2

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