公路隧道突发涌水引发塌方的处置分析

公路隧道突发涌水引发塌方的处置分析

谢亚飞

陕西榆林中金建设有限公司 ， 陕西榆林 719000

摘要：公路隧道突发涌水引发塌方属于公路工程常见问题，由于影响因素较多，成因相对复杂。在突发涌泥涌水情况下，掌子面水流量丰富，拱部存在裂隙夹泥，围岩遇水极易软化，由此带来的山体塌方、路面沉降等危害情况，对行人、行车及周边建（构）筑物、管线安全埋下极大的安全隐患。基于此，本文就公路隧道突发涌水引发塌方的处置进行简要分析。

关键词：公路隧道；突发涌水；引发塌方；处置；

1 公路隧道突发涌水引发塌方的成因分析

如果隧道洞身结构是由灰岩为主的碳酸盐岩和砂泥岩构成，则其发生涌水涌泥的概率会比较高。因为隧道洞身经过长时间的沉积钙化，其局部结构的胶结力会大幅下降，孔隙率也逐渐增大，加之地下水长年累月的流淌浸泡会使原有的岩溶分解并大量排放，进而发生地质塌陷和岩土流失情况。

1.1 地质因素

软岩，也称软弱围岩，由于构造面切割、风化侵蚀，其孔隙较疏松、胶结程度低、强度小，公路隧道工程中的软岩大变形主要由其地质性质决定，具体表现在开挖后，自稳能力低。从特征方面看，容易发生坍塌。从变形原因看，在隧道开挖过程中，支撑隧道洞身的原位置围岩位置发生了变化，形成了临空洞壁。在这种条件下，围岩会自动调整自身的应力，并向着隧道净空方向进行变形。继围岩挖走后，缺失了支撑力，此时其他地方的岩石向空洞的地方施加压力，导致软岩变形。

1.2 设计因素

目前，公路隧道工程设计形成了工业化建设思路，所以具体的支护设计参数会相对精准。但由于围岩类型多，理论应力状态的计算即使非常精准，也只能保障其预案性的设计方案在理论上行之有效，而在实际施工中，设计值与经验值之间常会存在差异，且在各类外界条件共同作用下，软岩受到一定的压力，使其变形态势加强。例如，地下水赋存量的不同，会使水岩耦合作用在一定程度上出现差异。当水岩耦合作用力大于设计方案中的初期支护承载力时，会使初期支护在发生变形，其变形程度取决于水岩耦合作用力的大小。

1.3 施工因素

公路隧道工程施工中会产生一定的振动，采用机械开挖、钻探开挖或者爆破，均会对围岩产生扰动，并使其内部应力发生变化，其为保持自稳性，会生成应力拱圈。尤其在公路隧道软岩存在较大范围的塑性屈服破坏状态下，自稳平衡状态的应力拱圈半径会增大，进一步使初期支护荷载加大。同时，施工中的开挖工法适用较差时，也很难实现对其围岩变形的有效控制。一般会按照“先简单，再复杂”的基本原则，在初步开挖作业中，控制开挖程序，随着开挖作业的深入逐渐增加流程。开挖作业封闭不及时，也容易使软岩受到水、空气等影响，扩大其松动圈，降低环状支护的应用效力。

2 隧道涌水涌泥的特征

公路隧道施工涌水涌泥路段中含有少量来自裂缝中的石英岩，其大多比较细小且密度较高，有较好的完整性，涌水涌泥高峰时会呈现喷射状况，且无浑浊，但是伴有较大的水压。因此，在出现涌水时水量会比较集中，基本在4000m3/d左右，涌水涌泥时多数呈现股状，此时的涌水涌泥范围相对分散，通常还会形成空洞区，时间一长就会形成较大的水压，位置在墙的左侧 。隧道地层岩性中含有石英岩和炭质片岩，大多数以薄片状的形式存在，而地层岩中的石英岩和炭质片岩的含量较少，大多数产生于裂缝中，而多数岩石都比较细小，且亮度较高，而此时涌水量较为分散，也呈股状，即使在初期也会有少量碎石，但是水质无污浊，隧道中间拱状部分还会出现滴水现象，应引起高度重视。

3 公路隧道突发涌水涌泥引发塌方的解决措施

3.1 加固掌子面技术施工

采用厚度 10cm 的喷射混凝土在掌子面进行密封，确保周围岩体的稳定性，将角撑架设立在拱架及围岩上以便稳固掌子面。对发生涌水的缝隙进行采填补灌浆法完成封闭，控制地下水，封闭掌子面及下台阶，再埋设注浆管导管，注浆管伸出下台阶表面 0.5m。注浆管前端加工成锥形，并将锥形封堵严实防止浆液前冲。为确保下台阶开挖时影响砂层的稳定性，注浆管需要打至拱底以下位置，并用棉纱将管口封堵。掌子面及下台阶顶面采用 200～300mm 的喷射混凝土进行封闭，防止注浆浆液上返，具体采用的注浆操作工序流程如图1所示。

（a）混凝土裂隙表面 （b）混凝土上表面 （c）Ⅰ-Ⅰ剖面

图1 注浆操作工程流程图

3.2 小导管注浆技术

施工小导管注浆技术是隧道塌方治理的主要技术措施，具有灵活性和时效性特征，在隧道施工中得到广泛应用。其利用多台钻机共同对隧道岩土体进行钻掘后注射浆液以加固岩土体的方法，能够在地质较差的环境中施工，还可以借助注浆压力将浆液渗入至碎石裂隙和缝隙等深层部位，使用围岩胶将碎石紧密黏结从而增加稳定性。小导管注浆技术施工后在隧道支护外围形成厚约 4m 的加固带，将显著增加加固带的抗冲击性能，还能有效降低岩土体的渗透系数，对防止地下水对围岩的冲击效果明显。

3.3 短进尺技术施工

当充填岩溶区施工后，需要提前采用物探或数字钻孔摄像的方式探明隧道支护结构外形成腔体规模和充填情况。当支护结构上堆积松散岩土体厚度在 6m 以上，通过水泥－水玻璃双液浆注浆的方法对支护结构外 6m 范围内的岩土体进行加固处理，提升其稳定性和承载能力，并缓解后续垮塌岩土体冲击隧道支护结构的压力。若支护结构上堆积松散岩土体厚度在 6m 以下，则按照从里到外顺序进行双液注浆加固层、泵填泡沫混凝土、吹填细砂或粉煤灰。

3.4 控制拱脚下沉技术

施工在架设钢拱架或格栅拱架后，在拱脚底部打入锁脚锚杆，锚杆长度一般为 3.5～4m 之间，采用直径 22mm 钢筋或钢管，并要求有两种不同的角度，分别为 40°和 70°。锁脚锚杆要与钢拱架或格栅拱架焊接牢固，再进行隧道开挖拱顶沉降、最后开展净空塌方纵断面的处理。总的隧道塌方注浆施工工艺流程如图2所示。

图2 隧道注浆加固施工工艺流程图

结束语

综上所述，公路隧道建设因涌水涌泥而引发的塌方是施工过程中防治的重点问题，如果处理不当极易引发坍塌，对周围生态环境造成破坏，甚至还会导致人员伤亡的严重事故。对隧道涌水涌泥灾害进行施工前的防御非常重要，其中的地质勘察工作质量更是隧道安全建设施工的前提和保障，特别是针对特殊地质的超前勘探和施工预防的评估及处置预案，希望本工程项目中关于隧道涌水涌泥的处置方法能够对后期同类工程提供参考。

参考文献：

[1] 罗诗立.高速公路软弱围岩隧道塌方处理施工技术研究 [J]. 建筑与装饰，2021，13（01）：102，105.

[2] 赵胜祥.软弱围岩地质山区高速公路隧道施工难点分析 [J]. 科技创新导报，2020，17（01）：148–149.