李鹏
（中铁十七局集团有限公司 太原 030006）
摘要：富水是隧道溜塌突涌的主要因素，以大临铁路兴家地隧道为例，通过对溜塌突涌的机理分析，总结了隧道施工防突涌措施及突涌后处理的主要措施，为后续相关隧道施工提供技术支持和经验支持。
关键字：溜塌突涌 封闭回填反压 注浆
1概况
1.1工程概况
兴家地隧道位于新建铁路大至临沧线云县站~头道水站之间，进口里程为DK147+510，出口里程为DK148+708，全长1198m。在隧道DK147+669~DK147+980段施工中，隧道发生溜塌、突泥涌水共计10次，隧道洞身DK147+900～DK148+250右180m分布莲花塘水库，水库主坝最大坝高12m，坝顶宽2.6m，设计总库容38万方。水库坝型为砂质粘土均质坝，水库设计蓄水位为1316.8m，坝顶高程1318.8m，正常蓄水位为1316.0m。根据渗流计算结果，正常蓄水位时年渗流总量为16.9万方，占总库容的16.9%，渗流量较大。隧道埋深低于水库设计蓄水位47~67m。隧道洞身施工时可能遇水库侧向渗水补给，造成涌水量增大，据莲花塘水库渗漏流量计算，渗漏量为140.7~176.3m3/h。
1.2地质概况
1.2.1地层岩性
主要为灰、灰褐色（角砾、流纹质、硅质、泥质）凝灰岩，局部夹石英斑岩，呈浅灰白色，千枚状页岩，呈紫红色、砂质板岩、泥质板岩，浅黄色含砂质泥岩、流纹质岩屑砂岩、黄色砂岩，砂砾岩，中薄层~中厚层，其间有黄灰色中粒含黑云花岗岩侵入。混合岩化强烈，其物质组成包括熔岩类、火山碎屑岩类、沉积岩类，岩性复杂，且普遍具强烈浅热变质特征、节理、裂隙极其发育，岩体普遍破碎，软硬不均。?
1.2.2水文地质
地表水主要为大气降水渗流补充，地下水主要为孔隙潜水、基岩裂隙水。松散岩类孔隙潜水主要埋藏于第四系坡残积黏性土中，其含水性及透水性差，仅含微量孔隙水。孔隙水主要接受大气降水及河流水的补给，向低洼地带及沟槽渗流排泄。基岩裂隙水，隧道岩体节理及裂隙发育，总的特征：裂隙短小、密集不均匀，节理发育，随深度增加而减弱。含水层不均匀、连通性及透水性强，中等富水。局部节理发育、补给条件好的地段富水性较强，可能富含层间水。地下水主要为大气降水及长坡岭河水补给，测区丰富的降雨为地下水提供了良好的补给条件，地下水均向长坡岭河渗流、排泄。?
1.3施工概况
自2016年9月16日至2017年10月15日，隧道正常掘进时，正常涌水量约60m3/h,掌子面共计发生10次溜塌，其中有6次溜塌后涌泥涌水，最大涌泥量为500m3，最大涌水量达到349m3/h。掌子面主要为全风化泥砂质凝灰岩，围岩呈松散破碎状，加之富水，凝灰岩遇水后软化，无粘结力，在水流的冲刷下，凝灰岩所含砂、石、泥分离，当围岩含水率超过其本身的液限值时，呈流塑状，突涌出来。溜塌突涌情况统计见表1.1。
表1.1兴家地隧道溜塌突涌情况表
日期 里程 现场情况
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2溜塌、突涌的原因
2.1溜塌
在大山中修筑隧道，开挖使得隧道围岩原有的平衡状态被打破，并因此而产生塑性应力重分布，开挖后岩体承受的应力大于岩体的单轴抗压强度，则呈塑性或松弛状态，也就是我们常见的自然松动剥落掉块、掌子面正面不稳定的现象，另一方面，该处隧道掌子面以砂质凝灰岩为主，裂隙水发育，呈股状出水，松动岩体在水的冲蚀、浸泡下，粘聚力下降，甚至呈松散颗粒状，自稳能力降低，随水的流动造成细粒径填充物流失的现象，砂质凝灰岩也因此遇水易软化，所以溜塌发生前的第一迹象是周边轮廓线不断地掉块，局部渗水出现，掌子面不断往前垮塌。如果松动区域不能及时的支护或者支护未结束时已经无继续施工的条件，那么溜塌就发生了。
2.2突涌
隧道突泥涌水必须具备两个条件，第一，要有充足的水源，在开挖过程中必然破坏含水层或者潜在含水层，打通地下水通道，使地下水或者与之有水力联系的其他水体突然涌入隧道。第二，原生断裂带施工扰动后的活化或者扩展断裂，因断裂带透水性好，或者其本身就是地下水的储存场所，而当开挖至断裂段时，断裂带与某处含水层有水力联系时就成为了地下水的传输通道。
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图2.1隧道突泥现场 图2.2隧道涌水现场
2.3溜塌和突涌的关系
从本隧道多次溜塌、突涌的情况分析，掌子面突涌前必然会有小型溜塌，溜塌后围岩松散区扩大，掌子面围岩在渗水的影响下，渗透系数变大或周围的微透水层变薄，水夹带泥沙突破微透水层透水层进入隧道，进而发生突水涌泥现象。
3处理措施
3.1回填反压封闭
当溜塌或突涌发生时，第一时间采取回填反压，回填反压能有效的阻止情况扩大化，当溜塌回填反压不及时，则可能造成突涌，若突涌封闭不及时，则可能造成二次突涌，塌方，甚质是冒顶现象。回填反压宜采用片石回填，粒径在40cm左右，粒径过小，片石自重太小，在水的冲刷作用下可能顺水溜下来，粒径过大，则影响机械运输，回填难度增加。回填反压后，形成一个工作平台，为后期的处理提供了工作面，保障施工安全。回填反压后应及时封闭，回填反压只是暂时性的止住了溜塌、突涌的扩大化，且回填反压体还处在一个不稳定的状态，还需要进一步对回填反压体进行加固，一般采用挂钢筋网片喷混凝土封闭，喷射混凝土厚度宜为25cm左右。回填反压必须做到以下两点，第一，必须有自然泄水通道，保障掌子面周围岩体不在受水继续浸泡软化，第二，松动渣体为加固前不能扰动，避免形成二次突涌，造成掌子面前方或者上方大面积的空腔。
3.2注浆加固
在溜塌、突涌回填反压稳定后，掌子面前方及周边岩体均处于软弱松散状态，在此状态下围岩无粘结力，无自稳能力，应对掌子面前方及周围围岩进行加固，将松散体固结成一体，改变松散体的性质，浆液以充填，劈裂等方式，置换土颗粒间和岩石裂隙中的水分及空气后占据其位置，经过一定时间凝结，将原有的松散土颗粒或裂隙胶结成一个整体，形成一固结体，使得围岩松散破碎状况得到大幅度改善。溜塌、突涌后围岩状
态见下图。
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图3.1溜塌、突涌后围岩松散示意图图 3.2封闭后注浆加固现场图
3.2.1注浆材料选择
注浆材料应根据现场条件，设计要求，实际条件，从安全施工，文明施工出发，综合考虑选择。常用的注浆材料可分为水泥基浆液和化学浆液。水泥基浆液是指以水泥为主要基本材料所拌制的浆液。常用的有普通硅酸盐水泥浆、超细水泥浆以及特制硫铝酸盐水泥浆等等。化学浆液是指水泥基浆液以外的其它注浆材料，例如改性硅酸钠溶液、环氧树脂等等。隧道所用的注浆材料应满足耐久性和环保的要求，水泥基浆材具有耐久性好、无毒无污染等优点，因此注浆材料宜以水泥基浆材为主。
（1）单液浆
水泥浆结石强度高、价格便宜、材料来源丰富、操作方便。普通水泥颗粒大，这种浆液可以注入到直径或宽度大于0.2mm的孔隙或裂缝中。随着纯水泥浆水灰比的增大，水泥浆的初凝、终凝时间增长，粘稠度、密度、结石率、抗压强度十分明显地降低。
（2）双液浆（水泥-水玻璃 CS）
以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的1:1的体积比注入，缩短了水泥浆的初凝，终凝时间，强度增长极快。水泥本身的凝结和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶；当加入水玻璃后，水玻璃马上与新生成的氢氧化钙反应，且水灰比越大则反应越快，水玻璃浓度越低则反应越慢，施工中往往可以将双液浆的凝结时间准确的控制在几十秒到几十分钟以内，根据现场的实际情况，有针对性的调整配合比，才能有效的达到快速凝结，结石强度高的效果。
3.2.2 注浆形式
掌子面发生溜塌、突涌，均会对掌子面前方未支护、后方已支护段造成一定的松散影响区，故注浆加固通常采用掌子面超前注浆结合掌子面后方初支径向注浆的方式。
（1）注浆管加工
目前隧道施工采用注浆机多为活塞式注浆机，出浆有间歇性，故注浆管直径不宜过大，过大会导致浆液淤积后堵死注浆管，建议一般采用φ42*3.5mm。注浆管开孔宜为注浆管最前端1.2m范围内，孔数目在12个左右。
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图3.3 注浆管加工示意图
（2）注浆管打设
注浆管打设应长度应初探后确定，打设前，用风动凿岩钻机（YT-28）在封闭位置打设探测孔，角度控制在1°-3°范围，探测过程中密切观察，并与正常施工打钻做对比，明显发现，溜塌后松散体无强度，钻进速度极快，且拔钻困难，探测出松散体长度以后，打设超前注浆管，角度45°，注浆管长度计算如下:
L注=L松*1.414+1.2
注：L注为注浆管长度，L松为松散体长度，注浆管开孔为前端1.2m，注浆管在斜插45°穿越松散体，前方应入基岩1.2m，注浆时浆液从前端往管尾返回，保证松散体和基岩注浆后形成一整体。注浆管打设纵断面示意图见图3.4。
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图3.4 注浆管打设示意图
3.3泄水后开挖
注浆过程中，掌子面范围内难免会有浆液进入，从而导致掌子面正面的排水通道被堵住，掌子面前方的水得不到有效的排放，故注浆结束后应第一时间打孔泄水，可以采用超前水平钻向前方钻探，通过钻孔情况，可以初步把握前方围岩的大致情况，同时掌子面前方的地下水也得到有效的排放，减少突涌发生的可能性。
3.4 超前探水泄水预防
地下水的存在，会导致同一种岩石呈现出不同的地层岩性，施工工艺工法变换不及时，支护参数调整不及时，则容易导致溜塌、突涌的发生，所以预防措施主要为探水、泄水，在超前地质预报中常用探水手段里面主要有两种，超前水平钻探和瞬变电磁物探。（1）超前水平钻探，在掌子面沿线路方向水平或者带小角度打孔，可以观察孔内出水情况和钻进情况分析掌子面前方是否有水，水量多大，是否带压，钻探结束后，探孔作为泄水孔，释放掌子面前方围岩所包涵的水。（2）瞬变电磁法，利用不接地回线向地下发射一次脉冲磁场，从而探测地下介质视电阻率，二次感应磁场的表现与地下介质的电性有关，因此可以准确的判断前方围岩是否富水及富水里程。
4 结论及建议
（1）破碎富水围岩，在施工过程中，必须重视超前地质预报工作，做到“先探后挖，不探不挖”。
（2）严格控制开挖进尺，开挖进尺过大，支护方式不当，支护速度慢，掌子面暴露时间过长也会导致溜塌的发生。
（3）重视超前小导管的打设角度、密度，超前小导管打设应与隧道掘进方向成平行状态，超前角度过大或者偏离中线太多，会造成对围岩不必要的扰动，体现为开挖后超挖，掉块严重。
（4）溜塌、突涌发生后，第一时间对掌子面进行回填反压，能有效的控制情况进一步恶化，避免二次溜塌，塌方。
（5）在砂质凝灰岩、泥质板岩此类破碎~极破碎围岩中进行开挖时，围岩出水量逐步变大，从无水到渗水，再到滴水，股水，若此水量变化过程在2h内完成，当股状出水量达到60m3/h时，就会大几率的发生涌泥现象，施工过程中应做好相应的预防措施。
参考文献
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