隧道断层破碎带涌水突泥地质灾害处治技术研究

钟黎阳

摘要：针对隧道断层破碎带涌水突泥地质灾害问题，进行灾害处治技术的研究。在明确工程概况与涌水突泥灾害过程后，通过管棚预支护结构设计、管棚施工、径向注浆加固，实现地质灾害处治。通过支护加固后的沉降分析可知，应用新的处治技术，能够有效避免破碎带涌水突泥地质灾害发生，满足工程施工需求，对类似工程项目具有一定借鉴意义。

关键词：破碎带；地质灾害；突泥；涌水；断层

0   引言

隧道工程是一个十分复杂的系统化工程，施工过程中极易出现涌水突泥灾害，从而给隧道施工带来极大的风险[1]。因受地质作用的综合影响，隧道断层破碎带会产生地质迁移，其中可能存在着一些软弱的夹层。如果在这一区域内降水较多，或地下水十分丰富，那么此在该区域开展隧道挖掘施工，就很容易发生涌水、突泥等突发性地质灾害[2]。

隧道断层破碎带破裂引发的灾害很难精确预报。针对此灾害，如果未能及时采取措施进行灾害处理，可能影响到隧道的正常运营，给周围群众的生产和生活造成不利影响[3]。以日本惠纳山公路隧道为例，由于断层破碎带的存在，使得隧道在使用中发生了很大变形，严重影响了隧道的正常使用[4]。本文以某隧道工程为例，对地质灾害的处治展开设计与研究。

1   工程涌水突泥灾害状况

某隧道工程项目基本情况如表1所示。对此隧道从进口方向开始施工，施工过程中，隧道标高号EK18+215位置出现异常爆破事故，随即出现了大规模的隧道涌水突泥事故[5]。大量的淤泥从出土路左边斜坡上的一个临时排水渠，流入到出土路排水渠中，淤泥在出土路约1m厚，从出土路上冒出超过15000m3。随着时间的推进，施工中的一些机械设备、材料被泥浆浸泡[6]，灾害现场状况见图1。

发生此灾害后，第2日上午安排技术人员进行现场勘查，发现隧道边坡位置已经出现了漏斗状的塌陷，错台结构、过道位置已经出现了裂纹，对现场反馈的各种灾害事故图像进行汇总，如图2所示。

2   隧道断层破碎带涌水突泥地质灾害处治

2.1   管棚预支护结构设计

为了避免隧道断层破碎带发生涌水突泥地质灾害问题，引入管棚预支护技术，对其进行处治。对于管棚预支护结构设计，确定钢管的长度、管径、钢管配置间距、水平搭接长度等参数[7]。随着支护长度的增大，管棚施工的辅助时间逐渐减少。若使用隧道式钻机进行管棚施工，则会受到钻孔工艺、钻机设备等因素的限制。

若管棚支护长度较长，则会使钢管产生挠曲，进而影响管棚施工质量[8]。同时，管棚支护长度不宜太短，否则将导致每次施工都要重新布置一个管棚工作室，从而增加造价，并影响工程进度。一般情况下，管棚的支护长度应控制在10～40m范围内，管棚钢管的横截面直径应当控制在40～180mm范围内。

2.2   管棚施工

2.2.1   注浆准备

在完成对管棚预支护结构设计并确定各项参数后，开始进行管棚施工。在断裂带地质情况下，隧道内管棚施工前必须先对掌子面进行注浆，以保证施工面的稳定性。在工作面后方一定距离处设置管棚施工工作室，管棚施工工作室区域的开挖半径应大于正常开挖半径1m。

使用水平注浆方式，注浆材料取水灰比0.6：1～3：1（质量比），注浆压力为0.5～1.0MPa，根据现场的试验测试来确定浆液配合比和注浆压力。將套拱作为施作管棚的固定端，套拱采用C25混凝土，必要时可适当加入早强剂。为了保证管棚施工过程中套拱的稳定性，需要增加一些临时支撑结构。

2.2.2   钻孔

在施工过程中，将平台的支撑点安装到地面上，并确保其连接牢固、稳固，以避免施钻时出现不均匀沉陷、摇摆、偏移等现象，从而影响到钻孔的质量。调整井架高度，使井架与井架方向平行。采用钻杆导向、经纬仪与吊绳相结合的方法，对钻杆进行持续地调节，以确保钻孔管径与钻杆直径相一致。

将钻具置于导向筒内，使钻杆、固定转杆的旋转轴与导向筒处于一条直线上。初钻时钻头为止水式，待钻深到一定程度后，切断水压，拔出钻头，再接上钻头继续钻。钻孔时，要定时测量钻孔位置，通过钻进情况来判断成孔质量。每钻进5m，要复查钻孔角度，保证钻孔方向正确。如果井眼向下倾斜过大，可以用水泥砂浆对倾斜部位进行填实，然后在倾斜部位重新钻孔；如果是朝上倾斜，可以更换特制的合金钻头进行二次钻孔。

2.2.3   下管并注浆

下管时，相同断面位置上接头的数目不能超过50%，一孔钻完后就顶进一根大管棚。可采用钢花管跟进的方法，一段一段地跟进到设计深度。用丝扣将每节管棚连接起来，确保相邻接头错开，搭接长度不能超过1m。在导向管与管棚间用CS灰浆堵好。注浆时，应从两端管棚钢管进行跳孔灌浆，先采用较低的浆液浓度，再逐步增加到设计浓度。为了确保注水压力、注水效果、注水体积、注水流量，需要进行注水试验。

2.3   径向注浆加固处理

在完成管棚施工后，为了进一步提高施工安全性，在隧道开挖之前需要进行径向注浆加固处理。加固的范围是整个隧洞初期支护的外轮廓，采用长度为440cm、规格为φ42mm×4mm的钢花管，纵向间隔距离为150cm，环向间隔距离为60cm，倾斜角度为上倾斜60°。在实施全面灌浆前，必须先进行现场测试。在此基础上，对灌浆过程中的灌浆效果进行测试，确定灌浆过程中的灌浆范围，进而对灌浆压力等进行调节。

3   支护加固后的沉降分析

完成上述处治后，对灾害的处治效果进行分析。在此过程中，可以通过现场监测与测试，反映出处治后围岩的稳定性与支护应力的状态，并基于动态角度，对变形动态信息进行认识，以此判定设计与施工的安全性与可靠性。

3.1   现场监测

3.1.1   监测目的

通过在处治现场监控的量测，可以从数据中反映出围岩的受力状态、稳定性及其变化趋势，进而对隧道的变形和受力进行动态监测，以确保隧道结构的长期稳定。监测测量结果能有效地检验围护结构的加固效果，并可用于指导维护方案及加固参数的调整。

3.1.2   监测内容

隧道的监控量测内容主要包括洞内外观测、周边位移及拱顶沉降测量。除了上述3种监测项目之外，还应做好对隧道拱顶、地表沉降的监测。由于隧道位于断层破碎带的深埋区，在涌水突泥后，坍塌的位置比较稳定，污水已经排出，前面出现涌水突泥的概率很低，墙面坍塌的概率也很低，所以对断层破碎带进行监测的内容主要为拱顶下沉等。

3.1.3   主要监测参数确定

在隧道开挖后，由于隧道围岩的自重应力和开挖后的应力重新分布，会使隧道拱顶产生下移。通常情况下，将拱顶的绝对沉降量称作下沉值，将单位时间的沉降量称作拱的沉降率。通过对拱顶沉陷的监测，能够准确地反映出拱顶沉陷的实际情况，对设计进行校核，对实际工程进行指导，同时它也是对灾害处治技术应用效果进行评估的基础。

3.2   数据采集与分析

明确监测项目后，以隧道某断面为例，对其进行拱顶下沉量测数据的统计与汇总。对量测的数据进行汇总与统计分析，得到处治后隧道拱顶下沉时间与时间的关系曲线如图3所示，下沉速率与时间的关系曲线如图4所示。

从图3可以看出，隧道断面开挖施工1～9d内，拱顶的累加下沉值增长较快，可以达到10.83mm，占隧道拱顶总下沉值的83%。在隧道断面开挖施工9d以后，拱顶的累加下沉值增长变慢，整体下沉趋近于稳定，最终累计下沉值约为12mm。

从图4可以看出，隧道断面开挖施工1～4d内，其位移变形呈现急剧增长阶段，隧道断面开挖施工5～11d天内，其位移变形呈现缓慢趋势。在隧道断面开挖施工12d天后，位移变化量基本可以控制在0.15mm/d以内，说明在此时拱顶基本处于稳定状态。

4   结束语

隧道工程是一个十分复杂的系统化工程，施工过程中极易出现涌水突泥灾害，从而给隧道施工带来极大的风险。隧道断层破碎带破裂引发的灾害很难精确预报。针对此灾害，如果未能及时采取措施进行灾害处理，可能影响到隧道的正常运营，给周围群众的生产和生活造成不利影响。

明确工程概况与涌水突泥灾害过程后，通过管棚预支护结构设计、管棚施工、径向注浆加固，实现地质灾害处治。通过支护加固后的沉降分析可知，应用新的处治技术，能够有效避免破碎带涌水突泥地质灾害发生。隧道经过加固、支护后，虽然存在一定的拱顶沉降，但根据现场实测与统计结果可以看出，拱顶沉降总值较低，不会影响隧道整体结构的稳定性，本次所提出的灾害处治技术应用效果较好。

参考文献

[1] 林海山，刘少明，王辰晨，等.在役公路隧道涌水突泥与渗漏水成因分析及处治对策[J].甘肃科技，2022，38（20）：18-22.

[2] 陈俊武，李国锋，王明江，等.云南南景高速阿比村隧道加宽带突泥涌水原因分析与处治技术[J].现代隧道技术，2022，59（S1）：858-865.

[3] 党亮.水平袖阀管束辅助高压注浆技术在大型突泥处治中的应用研究[J].施工技术（中英文），2022，51（13）：112-117.

[4] 吴蔚然.浅析水平旋喷技术在广西大浦高速平田隧道涌水突泥处治中的应用[J].黑龙江交通科技，2022，45（5）：139-141.

[5] 韦盛力.高速公路特长隧道涌水突泥处治施工技术研究[J].企业科技与发展，2021（10）：88-90.

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[8] 唐銳，李世琦，王俊，等.富水断裂带隧道涌水突泥灾害机制及处治技术研究[J].地下空间与工程学报，2021，17（4）：1264-1272+1290.