隧道施工涌突泥致灾构造综合预报与涌泥灾害处治★

王朋朋 姚 静 廖 新

(1.贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州 贵阳 550014; 2.贵州路桥集团有限责任公司，贵州 贵阳 550001)

随着西南地区交通工程的大力修建，隧道建设遇到的塌方、突水突泥、瓦斯爆炸等不良地质灾害较多，突水突泥事故造成人员伤亡及经济损失极大。隧道开挖前需进行超前地质预报以此来查明岩溶的位置及规模特征，但是由于岩溶发育的复杂性、多变性、隐蔽性和突发性，物探设备存在的多解性，采用单一的预报手段已无法满足施工安全的需要。

国内学者针对隧道灾害风险控制开展了大量的研究。郭佳奇等将岩溶隧道分成不同类别，然后分别制定详细的突水等岩溶灾害预防策略及治理预案，从而实现针对性防治[1]。李术才等学者建立了突水风险定量评价方法和灾害四色预警机制以及岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型[2-5]，王亮等建立了基于不可靠度的岩溶隧道涌水突泥概率风险评价体系[6]。何发亮等提出采用以环境同位素技术等为主的手段结合化学动力学水文地质学理论的综合预测预报技术[7]，均取得较好的效果。

本文通过建立隧道岩溶风险评价体系，确定综合预报方法，成功预报了前方该隧道突泥灾害，较大程度降低了经济损失，避免了人员伤亡，同时根据预报结果进行了相应的处治设计，取得较好的经济效益。

1 隧道工程概况与预报段灾害风险内容及风险级别

隧道区下伏基岩为志留系下统龙马溪群(S1ln)砂岩夹泥岩，奥陶系中上统五峰组—十字铺组(O2+3)灰岩；奥陶系下统湄潭组(O1m)泥岩及泥岩夹灰岩；奥陶系下统桐梓—红花园组(O1t+h)灰岩，地表可见岩溶洼地及溶蚀构造，深切溶槽侵入隧道界限，其中在ZK2+780，YK2+765钻孔揭露岩溶溶洞。属于强岩溶发育隧道。根据前期勘察资料，结合地表高密度电法测试结果，ZK3+003左42 m段、ZK3+003左17 m～YK2+995右92 m段基岩岩溶裂隙发育，局部可能存在小型溶洞；YK2+995右130至测线尾端浅层基岩岩溶裂隙发育，存在大范围物探低阻区，物探成果见图1。

根据地表水文观察、岩性、地质地貌结合高密度电法成果，在临近ZK2+915～ZK3+090范围内周边存在多个落水洞及岩溶洼地，地形相对较为平缓，具备良好的储水及下渗条件，隧道穿越岩性为奥陶系下统桐梓—红花园组(O1t+h)中厚层状灰岩，高密度电法成果显示该区段存在物探低阻区，故可认为该区段存在较大的涌突泥风险，认定为Ⅳ级预警风险。

2 涌突泥致灾构造预报与开挖验证

TSP预报是利用弹性波在向三维空间传播的过程中，遇到声阻抗界面，即地质岩性变化的界面、构造破碎带、岩溶和岩溶发育带等，会产生弹性波的反射现象达到预报目的的一种手段，其对于大型构造带、岩溶及地下水发育具有较好的效果。

在隧道开挖至ZK2+835时，采用TSP203plus对ZK2+835～ZK2+980区段进行预报，预报结果显示在ZK2+908～ZK2+980区段72 m范围内，出现正负发射交错出现，以负反射为主，在ZK2+945左右反复出现急剧变化段落，因此推测在ZK2+945～ZK2+965区段存在岩溶发育特征，岩体破碎程度较高，富水，存在涌突泥风险。

根据开挖跟踪验证，2016年11月9日，隧道开挖至ZK2+940时，掌子面围岩特征出现急剧变化，右侧及拱顶岩溶发育，表现为黄色硬塑及可塑粘土充填(见图2)。

采用地质雷达对ZK2+940～ZK2+960区段进行了短距离预报，探测表明在ZK2+945～ZK2+952区段存在溶蚀裂隙密集带，ZK2+952～ZK2+960区段存在填充型溶腔等。隧道开挖至ZK2+952，掌子面揭露为黄色可塑状粘土，为进一步查明前方异常体的特征，进行了地质雷达补充探测，自左至右及自右至左各布置测线，相互验证。预报成果处理后见图3。

根据雷达综合解译成果，在ZK2+953～ZK2+973区段存在填充型溶腔及软弱岩体，主要集中在隧道左侧至中部，见图4。

2016年11月18日22点28分，ZK2+953掌子面正在实施超前钻探，拱顶及右侧拱腰处有水涌出，现场立即停止钻探并组织撤离。至23点18分全断面涌水高度23 cm左右。19日5点20分左右涌水停止。8点10分涌泥长度约50 m，开挖台车推移近10 m，开挖掌子面附近支撑钢架变形，初支变形长度约15 m，部分风管、水管、逃生管道路、电线以及栈桥被埋，整个过程无人员伤亡。

3 涌泥灾害处治设计与处治效果

对于涌突泥的处治，通常遵循“加固、封堵、排水”的原则，根据本次涌泥现状、成因分析及预报成果，确定思路为首先清理涌泥至接近掌子面；回拉岩石洞碴反压涌出的稀泥以便搭建施工平台，同时进行施工监控量测，对临近段初支进行加固，塌腔处治。

通过雷达探测结果分析，确认需处治段落为ZK2+953～ZK2+970，首先增设拱部Ⅰ20b工字钢临时支撑，间距60 cm，与原有初期支护型钢拱架间隔布置，设置纵向连接钢筋，环向间距100 cm。喷射12 cm厚C20混凝土形成护拱。护拱施工完成后，对已变形的初期支护采用φ42斜向注浆钢花管进行注浆加固，钢花管长4.5 m，纵向间距50 cm，环向间距80 cm，梅花形布置；注浆完成通过监控量测表明支护趋于稳定后，对变形的原S-Ⅴa上半断面初期支护按S-Ⅴt1支护重新施工，下半断面初期支护和二衬按S-Ⅴt施工。

待管棚充分注浆固结前方岩土体后，对岩溶坍塌涌泥段支护结构设置φ108×6 mm大管棚超前支护，采用环形开挖预留核心土法施工，并设置临时仰拱，初期支护采用Ⅰ20b型钢拱架(间距50 cm)，挂双层钢筋网，拱部采用φ42斜向注浆钢花管(L=4.5 m，间距50×80 cm，外插角45°～50°)，边墙的粘土填充部位采用3.5 m长φ42环向注浆钢花管，仰拱粘土填充部位采用4.0 m长φ42环向注浆钢花管，二次衬砌采用55 cm厚C35钢筋混凝土。同时排水系统采用环向排水盲沟按5 m/道，横向导水管按5 m/道进行加密。

4 结语

1)针对高风险段落采用长期、中期、短期及临兆的预报方式可有效的判定隧道开挖面前方不良地质灾害的位置及规模，通过风险预判可提前启动安全预案，确保施工人员安全。2)通过开挖跟踪，确定不良地质灾害的临兆特征，进一步实施短距离雷达探测，对上次探测结果进行修正、重叠，可进一步提高预报的精度。3)在条件具备的情况下应提前进行超前地质钻探，该手段可直观的探明钻孔所经部位的不良地质灾害发育情况，尤其对于岩溶的探测，效果较好。4)本次处治完成后对初支进行监控量测结果表明该区段变形总量较小，变形速率趋于稳定，说明处治设计效果较好。