仙人洞隧道冒顶突泥治理

冯攀

摘 要：我国岩溶地质、地貌集中分布于云、贵、川三省及两广、两湖部分地区，随着国民发展需要，西部大开发战略的实施，上述地区基础设施建设力度进一步加大，近期贵广、渝利、兰渝、成兰、沪昆等铁路工程陆续开工建设，需要处理大量由于岩溶地质引起的工程问题，特别是岩溶隧道工程问题。本文结合某线仙人洞隧道突泥治理特点，对大规模冒顶型突泥整治方法作了介绍，为以后隧道岩溶整治提供了施工经验。

关键词：岩溶隧道；突泥；治理

1 工程概况

1.1 自然地理

某线仙人洞隧道进口里程DK11+740，出口里程DK15+405，全长3665m，为一曲线隧道。内轨面高程602.50～667.48m，最大埋深240m，最小埋深70m。隧区位于四川盆地西南部，属低中山构造剥蚀溶蚀地貌，斜坡沟谷地形，山高谷深，地形起伏大，地面高程介于586～685m，相对高差约101m。区内地形相对平缓处辟为旱地及水田，隧道进、出口处村舍集中分布，植被发育，沿321国道展布，交通运输条件较好。

1.2 地层岩性、地质构造及地震动参数

根据地表调查及钻探揭露，测区上覆第四系冲洪积层（Q4al+pl）卵石土、坡残积层（Q4dl+el）粉质粘土等；下伏基岩为二叠系茅口组（P1m）地层。各地层岩性分述如下：

（1）第四系全新统（Q4）

第四系全新统粉质黏土在仙人洞隧道大部地表均可見，据钻孔资料，厚度从2～6m不等；第四系全新统卵石土分布于隧道出口处，经钻探揭露，厚度为10～25m。

（2）二叠系下统茅口组（P1m）

本隧道所见二叠系下统茅口组（P1m）岩性为青灰色、灰色灰岩，隐晶质结构，中～厚层状构造，局部节理裂隙较发育，裂面见泥质充填。

1.3 地质构造

隧区位于川南“山”字型构造影响范围，区内主要构造格局以古蔺复式背斜为总体的呈近东西向展布、向南突出的孤行褶皱。北翼构造较简单，中东段以呈北东向倾北的单斜构造为主。其南翼由若干次级褶皱构成的背斜、向斜和密集断层为特征，新构造运动主要表现为缓慢的整体间隙性抬升，但近期无构造活动迹象，属弱活动断裂构造区。

仙人洞隧道位于柏杨林背斜南翼，该背斜轴向近东西，轴长约23km，北翼迭次出露二叠系、三叠系、侏罗系，倾角15～50°；南翼主要由三叠系组成，倾角10～20°，两翼不对称，走向近东西，形如构造鼻。根据区域地质资料及物探判释，区内DK13+884～DK13+953发育一条断裂构造（黄草坪断层）：南起中坝，向西北经毛草田、黄草坪、盐井沟，于落叶坝以东消失于二叠系地层。长约7km，走向近南北，倾向东，断于志留系与二叠系下统地层间，推测为一压性断层。

区内岩层产状为：N7°W/6°SE，N55°W/17°SW；主要发育三组节理：N45°E/78°NW、N48°W/78°SW、N67°E90°一般间距0.4～1.5m，多呈微张状。

1.4 水文地质特征

1.4.1 地表水

隧道进、出口均处于斜坡地段，地势相对较高，地表水及地下水能顺斜坡及时排泄。据测区地表调查，隧道进、出口段及山脊其它地段未发现地表水及泉水出露。降雨时可形成暂时性流水，水量受大气降水影响较大。在DK14+680～DK14+815地段分布有大量的水田，据当地了解，该地段存在大量的山体侵水，水量大小四季不均，受大气降雨影响较大。

1.4.2 地下水

地下水主要为第四系孔隙潜水及岩溶水。

第四系孔隙潜水主要赋存于第四系覆盖层土中，进口端第四系覆盖层厚度较小，孔隙水量微弱。出口端卵石层较厚，地下孔隙水丰富，埋深10m左右，主要接受大气降水补给。隧区斜坡处有零星水田分布，其水量受人为控制影响较大。

隧址区受构造裂隙与岩溶作用影响，地表岩溶洼地、溶槽、溶隙常见。同时钻探也见地下溶隙与溶洞，洞身地下水以岩溶水为主，赋存于岩体溶隙、溶洞中。

因隧道洞身钻孔未见地下水，勘察期间取DK11+900左侧200m处暗河水做水质简分析，水质化学类型为SO42--Ca2+型，对混凝土及混凝土结构具硫酸盐侵蚀性，环境作用等级为H1型。

2 施工开挖情况

2011年7月16日早上8点隧道开挖至DKl2+132断面时，爆破后整个掌子面均是黄泥，由于受到爆破扰动，顶部开始出现小面积塌落，出现高度约3m的坍穴，掌子面基本稳定，业主、设计、监理及施工四方经现场会审决定对已经揭开溶洞段按V级加强进行支护，对掌子面前方及周边地质情况进行探测（超前地质预报+水平钻孔），待探明前方及周边地质情况后再研究处理措施。（见图1）

至2011年7月29日，业主、监理、设计单位接到施工方通知隧道发生了突泥。突泥发生的大致过程为：2011年7月28日，早上值班施工员在巡查过程中发现DKl2+132处右侧边墙部支护开裂约2cm，随即组织12名工人，用？准200mm钢管设置绷子梁，设置过程中，DKl2+132～DKl2+147段拱部支护突然产生沿线路前进方向纵向的裂缝，支护混凝土出现掉落现象，掌子面已施工至DKl2+150。为保证人员安全，现场指挥人员立即将人员撤出，部分机械设备转移至距掌子面约100m处，隧道洞口封闭严禁人员进入，留下现场值班人员在洞身变形处设置变形观测点，定时观测变形情况。

2011年7月28日下午2点，DK12+132墙部支护变形10cm，2点30分左右初期支护垮塌，掌子面开始突泥，突泥长度约10余米。至2011年7月29日凌晨约2时，突泥长度达118m，突泥量约5900方；洞内DKl2+032～DKl2+150段全被软塑状黄泥夹灰岩块石填塞（图2），DK12+032处洞顶地表位置出现一大小约30m（长）×20m（宽）×32m（深）的塌陷坑，该处洞顶至地面高度约87m（图3）。

3 变更设计情况

3.1 地质补勘情况

仙人洞隧道掌子面DK12+150发生突泥后，为探明岩溶发育情况，决定采取钻探手段探测此大型充填溶槽的规模。在具体实施过程中，因隧道突泥已至DK12+032，采用水平钻孔已不具备条件，遂决定在地表施工竖直钻孔探测。在钻孔之前，为初步定性探测此充填溶槽情况，在地表沿隧道中线从进口到DK12+170段进行了物探测试，成果见图4；

图中粗水平直线代表隧道。Ⅱ区域为根据物探成果判示的较完整岩体，Ⅲ区域为根据物探成果判示的较破碎岩体或岩溶弱发育岩体；Ⅳ区域为根据物探成果判示的破碎、软弱、岩溶中等发育或含水岩体。根据物探成果揭示在仙人洞隧道DK12+160附件存在岩溶较发育段落。

结合隧道施工揭示情况及地表陷坑分布、物探成果资料，在地表布置了深孔3个。在实际实施过程中因2号，3号钻孔成果因达到预期目的，故取消1号钻孔。根据钻探、地表调查、掌子面施工情况，绘制钻探成果图如图5、图6所示。

综上资料分析仙人洞隧道DK12+132～DK12+150处发育一大型竖直向充填溶槽，充填物为软塑～硬塑状棕黄色粉质黏土。

3.2 治理方案

（1）洞顶地表塌陷区为防止雨水下渗引起二次垮塌，已在坍陷区设置钢棚架遮盖系统，且由于塌陷深度达30m，坑壁围岩破碎，从地表处理安全风险极大，故采取洞内处理方式。

（2）清除洞内突泥，按每天清除3～5m的速度进行清理，清的过程中突泥体坡面不超过30°，加强洞内和地面塌陷区的监控量测，同时备足钢架、沙袋等应急物资，一旦土体发生变形等异常，及时采用应急措施，撤离人员和机械设备。

（3）于DK12+110处进行超前钻孔探测，于隧道断面中部及下部设置两排共6个长30m的水平？准75钢花管超前探孔，钢花管外裹无纺布，探明前方有无水并进行排水，确保继续清方的安全。

（4）施作完超前探孔且排水固结后分上下台阶清方，将上台阶清方至DK12+125处施作拱部及上台阶边墙大管棚，待施作下臺阶至DK12+125时施作下台阶边墙大管棚，上下台阶预留核心土，待上下台阶管棚施作完毕，进行一次注浆。

（5）于DK12+117～DK125段设置管棚工作室，拱墙设置1榀/m的工18型钢钢架，二衬厚度45cm，衬砌配筋按相关设计图施作，待管棚施作完毕后，施作二衬时将二衬与初期支护之间空隙采用衬砌同级混凝土回填密实。

（6）于DK12+125处拱部及右侧边墙施作一环长35m的？准121大管棚超前注浆支护，大管棚环向间距0.4m，每环43根。钢管中放置钢筋笼，钢筋笼由4根？准22钢筋和固定环组成，注1：1水泥砂浆，注浆压力拟采用0.5～1.0MPa。

（7）DK12+125～DK12+155段设置V级特殊加强衬砌，全环设置1榀/0.5m的工22a的型钢钢架和拱部？准42小导管加强支护，小导管纵向间距2m，环向间距0.4m，每环28根，每根长4m，小导管注浆注1：1水泥砂浆，注浆压力拟采用0.5～1.0MPa；C25喷射混凝土厚29cm；二衬厚度80cm，衬砌钢筋主筋采用？准25@150；初期支护设置双层？准8钢筋网，系统锚杆采用？准22组合中空注浆锚杆，锚杆长3.5m，间距1m×1m。

（8）由于隧底充填物深度及规模未明，二衬施作前隧底钻孔探明后研究方案进行处理。

3.3 治理方案实施情况

施工单位严格按照变更设计方案实施岩溶冒顶治理，顺利通过此段冒顶区域。之后施工方随即按治理方案组织底板钻孔探查冒顶区域隧道底板地质情况，钻孔结果表明DK12+130～DK12+150冒顶段底板下部未见异常。

4 经验总结

（1）岩溶隧道必须做好超前地质预报工作，且预报手段宜采取多种方法相互应证。

（2）隧道施工中遇岩溶应立即暂停施工，探明岩溶发育情况后采取针对性措施通过，严禁盲目施工，大爆破，抢进度。

（3）岩溶发育具有较大隐蔽性，现有探测手段要完全探明岩溶发育情况存在极大困难，隧道施工中遇岩溶应与设计单位、监理单位加强沟通交流，准确反映实际施工情况。

（4）加强岩溶隧道底板勘探，特别是岩溶发育段落。

（5）岩溶隧道施工应切实做好并且落实好人员、设备突发事故紧急预案，确保施工安全。

参考文献

[1]席继红，闫小兵，周永胜.快速钻探技术在岩溶隧道超前预报中的应用.工程地球物理学报，2008年01期.

[2]金新锋.宜万铁路沿线岩溶发育规律及其对隧道工程的影响.中国地质科学院，2007.