南平九峰隧道涌水突泥综合整治处理

■赵晓峰

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350000）

1 引言

近年来，随着我国城镇化的快速发展，对道路和空间的需求逐渐加大，在闽北地区不乏城市中长山岭隧道工程，中长隧道在开挖及掘进过程中往往会遇到复杂的地质情况，仅靠设计前期的地质勘探工作来了解现场地质是不够全面的。 山岭隧道复杂的地质条件包括断层构造带、 软弱围岩涌水地质等。当隧道施工穿越软弱围岩地质区域时，时常发生涌水突泥等施工地质灾害，例如全长6557 m 的明月山特长隧道受不良地质构造影响严重， 连续数月涌水量在5 万t 以上[1]。 隧道施工中涌水突泥的发生极大程度上威胁着施工安全， 对其进行有效的处理及预防对隧道施工安全及隧道防渗漏具有重要意义[2]。

2 南平九峰隧道工程概况

南平九峰隧道左洞长1411 m，右洞长1380 m，左洞起点桩号：B0+226，终点桩号：B1+640，右洞起点桩号：A0+230，终点桩号：A1+610。 隧道进口位于平面曲线范围内，出口位于平面直线范围内。 隧道纵坡坡率/坡长：左洞为2.95%/1411 m，右洞2.95%/1380 m，隧道最大埋深为200 m，隧道穿越的地层主要为南平九峰山泥盆系粉砂岩。 九峰隧道结构设计原理按新奥法设计施工，为复合衬砌结构；路面为复合路面结构；以注浆管棚导管、超前锚杆等为施工辅助支护措施。

南平九峰山位于南平延平区南面，是闽江起点第一山，山体岩性以粉砂岩为主，为坚硬岩，岩体较为完整， 局部节理裂隙密集发育。 九峰隧道为长隧道，按上下行设计为左右两条独立的隧道，隧道洞身中段以中风化粉砂岩为主，穿越多条节理裂隙密集、岩体破碎带，隧道侧壁稳定性差，拱顶无支护将产生小坍塌，地下水主要为基岩裂隙水，开挖时主要呈淋雨-点滴状出水，水文地质条件较复杂(图1)。

图1 九峰隧道右线纵断面

3 九峰隧道工涌水突泥成因分析

3.1 涌水突泥实际情况概述

九峰隧道于2018 年9 月1 日晚上20:35，B 线B0+883 上导开挖完成后出渣3 车， 现场施工人员发现有大量的泥水流出，且洞内发出异响。 现场管理人员立即叫停出渣作业， 迅速引导人员机械撤出洞外，随后大量突泥涌出。晚上22:00 左右，洞口观察水量变小，现场人员进洞查看，泥浆涌到距掌子面91 m 处，下台阶左侧开挖处堆满淤泥。 淤泥厚度0.6～2 m，夹杂石块。 当晚23:00 左右突泥现象基本稳定，掌子面右侧拱腰位置有较大出水，其中一处为较大股状水，其余为裂隙水渗出(图2)。

图2 B0+883 掌子面突泥涌水

3.2 涌水突泥成因分析

2018 年9 月1 日晚23:00 左右涌水持续，突泥已稳定， 但B0+883 掌子面洞顶右侧有一处常年冒水的泉眼和水塘，水塘水位下降明显，泉眼处无冒水现象。 经勘察隧道沿线地表附近范围存在冲沟，覆盖层厚度为61 m，地表植被、地面未发现下沉和开裂现象。

九峰隧道事故突发地位于原设计处于FB1FB2 构造断裂带之间的破碎带，开挖时易产生局部涌水及岩块崩落，后根据地质探测结果及超前钻孔验证资料掌子面右侧前方为受断层破碎带影响的V 级围岩。 该断层破碎带与隧道大角度斜交，掌子面右侧距离断层破碎带2～3 m，左侧距离断层破碎带约18 m。推测掌子面突水涌泥是由于右侧断层破碎带与掌子面前方约10 m 处与隧道轴线大角度相交的断层破碎带相互交叉切割，受爆破震动形成新的裂隙或既有裂隙扩大两者相连通而发生。

此次突泥量大，涌水时间持续较长，原因在于开挖过程中破坏了长期积累的泥腔、掌子面和周边围岩呈镶嵌块状结构，泥腔与附近破碎带或基岩裂隙贯通，导致积泥、水在断层破碎带区域大量涌出，经估算日出水量约2000 m3，水流可能会成长期状态。

4 九峰隧道涌水突泥处治措施

根据九峰隧道施工实际情况，综合各参建单位的意见，分两阶段对该突泥涌水段进行处理。 第一阶段的主要措施为：对掌子面立即设止浆墙进行反压引排，防止突涌扩大，同时出水点保持继续排水，不扰动周边围岩，并实时观测掌子面及隧道洞顶沿线覆盖层情况； 对B0+863～B0+883 段初期支护进行注浆补强加固。 第二阶段的主要措施为：待涌水情况稳定之后，在确保安全的前提下，监控量测单位对掌子面前方进行TGP 隧道超前地质预报分析，根据其成果、设计资料、地表现场踏勘及洞内初期支护的量测沉降数据等相关资料为后续施工提供可靠支撑，采取小导管、长管棚等超前支护，确保安全通过该段落[3]。 两阶段采取的具体措施如下。

4.1 第一阶段掌子面前处治措施

根据九峰隧道掌子面涌水突泥实际并结合地质、突涌成因分析，采取的处理方案如下：

（1）B0+883 掌子面右侧采用编织袋装填砂子反压封堵， 在反压沙袋中预埋土工布反包的Φ108钢花管排水，并在反压沙袋外侧采用I14 工字钢作临时支撑，确保在涌排水期间掌子面围岩稳定。

（2）B0+863～B0+883 段初期支护每个拱脚补打4 根锁脚钢管（Φ70 俯角45°）及增设上台阶拱底临时仰拱；由B0+875 开始，自右侧导坑上台阶初期支护的顶部自上而下采用4 m Φ42 壁厚3.5 mm 钢花管径向注浆，注浆采用水泥—水玻璃双浆液，间距1 m×1 m 呈梅花形布置， 注浆压力0.1～0.5 MPa，水灰比0.5∶1；确保后方初期支护安全。

（3）B0+883 掌子面右侧导坑采用局部断面超前预注浆加固，加固范围至右侧开挖线以外3 m，局部断面预注浆采用30 cm 厚的C30 素混凝土作为止浆墙封闭掌子面，掌子面稳定后，掌子面采取挂网锚喷支护封闭25cm 厚的混凝土作为止浆墙，止浆墙完成后，右侧埋设20 m 长钢花管引排，开挖前在掌子面打设3 孔30 m 超前探水孔引排断层压力水。

4.2 第二阶段掌子面掘进处治措施

掌子面稳定后，对掌子面前方B0+883～B0+925段（长度范围42 m），通过TGP 隧道超前地质预报进行分析（图3）：该段围岩为粉砂岩，隧道围岩受多组构造面切割，岩体破碎，对突水涌泥处采取局部多循环帷幕注浆止水措施。 纵波波速先衰减后增加，横波波速逐渐衰减，由此推测该段构造带B0+893～B0+925 范围内具有富集地下水的条件， 地下水发育为富水地段， 发生突水涌泥的风险较高，因此商定在该范围内按Ⅴa 级围岩支护类型施工，小进尺开挖掘进， 尽可能减小爆破对围岩的扰动，同时增设探水孔及时做好防排水措施，确保先探水排水后掘进[4]。

图3 TGP 综合地质预报成果

（1）B0+883～B0+893 段 落 拱 墙 左 侧60°右 侧90°范围采用Φ89 钢管作为超前预支护， 超前支护长度10 m，环向间距0.4 m，纵向间距6.0 m，搭接长度4.0 m，施作3～4 根钢花管即开始注浆，注浆采用水泥-水玻璃双浆液， 根据现场情况局部加强超前小导管； 在超前钢管的保护下逐榀按预留核心土环形方式开挖掘进，采用“微爆破，低振动，短进尺”等控制措施，减少对围岩的扰动，中下台阶左右侧错开开挖，严禁拱脚悬空、浸泡水。衬砌采用Ⅴa 型衬砌形式，I22b 工字钢架每榀间距50 cm，拱脚设40 cm×40 cm 钢垫板，C25 喷射砼厚度28 cm， 双层钢筋网片，系统锚杆采用长4 m Φ42 注浆小导管，环形间距1 m， 纵向间距3 m，Φ25 连接钢筋间距50 cm，锁脚锚杆为4 根L=5.0 m Φ50×5.0 mm 锁脚钢管。

（2）隧道施工至B0+893 视初期支护出水情况采用局部范围径向注浆堵水达到限量排放的目的，后续施工每10 m 钻设超前探孔、每20 m 进行一次TGP 地质雷达近距离超前地质探测，根据前方地质探测预报及超前探孔资料， 判断是否需要施作断面帷幕注浆，并加强变形监测，直至通过断层破碎带[5]。

（3）对九峰隧道进口B 线的拱顶下沉监测数据分析，B0+700 至掌子面段初支及围岩整体仍处于缓慢变形状态，未完全稳定，有待继续监测，前段初支及围岩已处于基本稳定状态，可按施工工序进行二衬浇筑。 隧道掘进应尽可能减小施工对岩体的扰动，并控制好每一次掘进尺度，加强初期支护，保护监控量测点确保量测数据的连续可靠性(表1)，二衬浇筑及下台阶开挖及时跟进，确保隧道掘进安全有序。

表1 B 线进口隧道拱顶下沉9 月14 日监测成果

4.3 处治效果

通过上述两个阶段的处治，在后续的隧道掘进过程中严格按处治方案组织实施，安全顺利通过了隧道涌水突泥段施工，并在监控量测监测数据稳定的情况下，完成了二次衬砌浇筑，且未发现隧道二衬开裂、渗漏水现象（图4）。

5 遇不良地质突涌预防策略措施

5.1 加强地质预报和监控量测

针对九峰山节理裂隙密集带较为复杂，九峰隧道在穿越复杂地质层时，若出现大降水，涌水突泥现象可能还会发生，为避免后续施工造成较大地质灾害，要采取以疏排地下水为主，防排结合，必要时采用帷幕注浆止水。具体如下：（1）采用TGP 地质预报系统贯穿隧道施工全过程，超前钻探综合探明前方地质情况，地质预报结果遇复杂地质情况如断层碎裂带，项目部需做出处理方案，参建相关单位参与方案讨论，最终得出处理措施[6]。 （2）对掌子面量测点进行加密布设，每2～5 m 增至1 个断面，每个断面7 个测点，监测频率由每天1 次增至每天3次，当日量测监控数据当天进行整理和分析并反馈现场技术人员指导后续施工，为调整支护参数提供可靠依据。 （3）超前管棚支护：掌子面导坑采用局部断面注浆， 设置Φ89 超前管棚支护， 局部加强采用Φ108 钢花管，超前支护长度采用10 m 间距；锁脚锚杆采用Φ50 钢花管并增长锚杆长度，保证后期施工安全。

5.2 设置逃生通道加强组织管理

（1）掌子面至二衬段须设立专用逃生通道，并配备救生圈、救生衣等安全物资，确保险情发生时，施工人员能迅速撤离。 （2）加强班组安全信息化管理，做好作业班组手机APP 安全信息采集，施工过程中发现有突泥涌水先兆时，班组必须停止施工并立即组织人员、机械迅速撤离。 （3）每季度须对隧道洞内的作业人员进行险情撤离应急演练，使作业人员熟悉隧道内的安全设施和应急响应，确保发生突泥涌水状况时，第一时间启动警报系统，各工作面作业人员能按应急预案迅速安全撤出。

6 结语

隧道施工过程中涌水突泥的状况较为普遍，九峰隧道出现的涌水突泥，提醒相关工作人员在后续施工必须随时做好面对紧急状况的准备。 本文基于九峰隧道涌水突泥的实际情况，详细描述了突涌灾害发后的相关处理，快速清理洞内突涌物，进行编织袋填砂反压封堵架设工字钢作临时支撑及时恢复正常施工，采用大管棚超前支护，后续加密TGP超前地质雷达探测预报、监控量测点，以及针对涌水突泥处预防策略思考，施工中遇复杂地质做好应急预案演练及整治处理措施，确保施工安全。