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摘要: 文章以宜州至河池高速公路加底峒隧道岩溶突泥灾害的工程实例，介绍了灾害处治设计及实施方案，并提出了关于隧道突泥的普遍认识及一些有益的建议。
关键词: 隧道；突泥；处治
1工程概况
加底峒隧道位于广西河池市境内，处于黔中高原向广西盆地过渡地带，是宜河高速公路工程建设控制工程之一。该隧道按双向四车道标准设计建设，采用左右分离式。左线桩号位于ZK46+650～ZK47+553，全长903m；右线桩号位于YK46+635～YK47+548，全长913m。
隧址地区属于亚热带季风气候区，雨量丰富，夏热期长，河流小溪众多，并相互交叉贯通，岩层主要为白云质石灰岩，岩溶发育，特别是地表浅部溶蚀洼地、落水洞、漏斗成片出现，再加上隧址区处于向斜地质构造，极利于地下水的汇集，且汇集的地下水形成岩溶水使隧道施工的难度加大（如图1）。
图1加底峒隧道右线出口端
2突泥灾害发生简介
本次涌泥发生在YK47+430处。从YK47+451开始，掌子面围岩风化严重，有弱夹层、局部有溶腔出现，整体稳定性较差。当2009年8月18日开挖至YK47+430时，掌子面出现空腔并开始涌泥。2009年8月21日，施工人员对溶腔内涌出的填充物进行挖除作业，正在对已经挖除完毕的YK47+447处进行初期支护作业时，溶洞内的填充物突然再次失稳外涌。在8月24日和31日又分别再次发生涌泥，外涌的溶洞填充物将开挖台车、开挖机具、电焊机等掩埋，且开挖台车被溶洞涌泥推至YK47+465（图2）。前后共发生4次涌泥,方量达4050m3。
现场地质勘察表明，从YK47+484段右侧围岩开始，隧道出现多个大小不一的溶腔，其内填充物均为处于软塑或流塑状态的粘性土。在施工过程中，发生过数次小规模的涌泥事故，每次涌泥后都做了清除处理。通过地质勘察发现到YK47+450时溶洞空腔向围岩深部及顶部延伸（图3），且从YK47+450.6开始，右侧拱脚均为溶洞软弱填充物。该溶腔呈上大下小倒喇叭形，上部长约30m，下部长约20.6m，因此该溶腔的面积和跨度均较大。
经过对现场监控量测数据及对场区地质条件的分析，发现灾害前期曾多天降雨，致使地表水经基岩裂隙等通道进入溶腔中，使得溶腔内填充物成为软塑或流塑状，而且造成岩溶内水头压力过大。当施工掘进中揭露溶腔时，导致溶腔内填充物突然涌入隧道，誘发了此次突发性的灾害。
图2 突泥现场
图3 溶洞向顶部发育
3灾害的处治
3.1制定方案
现场堆积了4050m3突泥物，无法形成处治的良好施工平台。由于隧道处于富水区，基岩裂隙水和岩溶水的补给很强，这将导致荣腔内压力迅速增大。而对岩溶水的处理原则是宜疏不宜堵[3]。而且堆积物容积太大，自重力也大。若采取常用的封堵固结法措施则很可能会引起溶腔内压力骤增从而产生高应力，这将对隧道后期施工和营运造成“潜伏性”的隐患[4]。因此决定采取应力释放的方法。通过对该隧道的地质特征及前期发生的突泥的特点进行仔细分析，并结合以往大规模涌水突泥事故后围岩能暂时自稳的工程经验，作出了“先除泥加固、再除泥、后处治”的处治方案。
3.2 对影响段进行加固
涌泥的挤压和冲击作用，导致YK47+452～YK47+450.6段的拱架已经完全变形。为了加强隧道的结构稳定性，故先对影响段（YK47+465～YK47+450.6）段进行加固。加固之前首先将该段的涌泥清除完毕，再进行施作。具体措施如下：
（1）为了保证施工安全，首先采用C25喷射混凝土对溶腔岩面进行初喷，喷层面积为：长×高=22m×8.5m=187m2，厚度为5cm，一共需要喷射混凝土187m×0.05m=9.35m3。
（2）将该段因为涌泥而被损坏的初期支护进行拆除，并对YK47+465～YK47+450.6段进行加强支护，采用I20a工字钢支护，钢拱架按0.5m/榀进行施工。
（3）对于初支拱架背后至溶腔岩壁之间的空腔，采用C25泵送混凝土进行填充，填充厚度为2m。
3.3清除YK47+450～YK47+430段涌泥
为了释放溶腔内的高应力和对该溶腔段进行套拱施作,需针对空腔内及涌出堆积物进行释放并清除涌泥，具体从YK47+450开始。为了防止填充物一次性全部下涌，采取先墙体加封闭固结再开挖的方法，具体措施如下（图4）:
（1）施作砂袋墙。分别在掌子面堆渣体左右拱脚处沿纵向开挖排水沟进行排水。先制作一高为2m的稳固施工平台，然后用砂包袋对掌子面堆渣体进行加固、填筑，从而对掌子面形成反压，同时发挥临时性挡土墙的作用。砂袋的数量根据实际需求和施工平台的尺寸而定，但是砂袋墙的堆砌高度始终保持高于渣面以防塌块伤人[5] 。
（2）对掌子面进行封闭。将掌子面中的土质、淤泥质部分用C25喷射混凝土进行封闭，喷层厚度为20cm，从而使整个掌子面形成一个完全封闭面，起到止浆墙的作用。同时在堆渣体周围沿纵向上安设Φ22锚杆，并张挂钢筋网，目的是防止上部落石滚落或滑落而对施工造成安全威胁[6]。
（3）进行固结。根据劈裂灌浆原理，采用水泥-水玻璃双液注浆方法，利用该种浆液速凝且凝固时间可控，浆液结石率高，结石体强度大的特性[7]，决定采用水泥-水玻璃双液注浆。用 60×6mm长度为8m的长导管在掌子面范围内进行双液注浆，同时对掌子面周边堆渣进行固结，初定比例为1：0.7（导管布设间距根据现场试验所得的注浆扩散有效半径确定；1为水比例，0.7为水玻璃与水泥浆结合的比例，水泥与水玻璃的比例按照现场施工注浆一个循环所需要的工作时间根据试验室最终试验结果确定）。
（4）开挖涌泥。开挖掘进过程中严格遵循“短进尺、强支护、快闭合”原则，开挖时采用“三台阶”进行施工。第一个台阶的高度不宜大于3m，每次开挖落底时对拱底围岩情况进行钻探，如遇淤泥质，则在拱底设置Ф42×4，长度为4.5m，梅花形布置，间距为50cm×50cm小导管注浆设置拱底止浆带，先对拱底进行固结，然后开挖，开挖时预留3m左右的止浆带，保证泥浆不会由拱底冒出。直至开挖完毕后，在拱底进行固结处理。开挖时保留4～5m的止浆墙厚度，待开挖完前方3m的固结体后，及时重新设置止浆墙，即重新布孔进行下一个循环的注双液浆。
（5）重复上述施工，直到把涌泥基本清除完毕。
图4 施作砂袋墙
3.4对溶腔段进行处治
在对后方影响段及涌泥进行处治后，再对中间溶腔段进行处治。考虑到该溶腔面积大，跨度大，且从YK47+450.6开始，右侧拱脚均为溶洞软弱填充物，因此决定采用套拱技术对该处溶腔（YK47+450.6～YK47+430）进行过渡处理（图5）。具体处理如下：
（1）首先施作套拱基础：自隧道右侧拱脚初期支护外轮廓线向外开挖2m，且自隧道右侧拱脚向下开挖1.5m，纵向长度为20.6m（YK47+450.6～YK47+430），采用C25混凝土分2～3次浇注。具体浇注尺寸为：长×宽=1.5m×2.8m。
(2) 在套拱基础顶部预埋Φ25钢筋用于连接套拱I20a工字钢拱架。具体方法：对应着套拱拱架，在纵向从YK47+450.6开始每隔0.5m预埋Φ25钢筋，钢筋埋于混凝土中60cm，外露40cm。
（3）在YK47+450.6～YK47+430段，按0.5m/榀安装I20a工字钢套拱拱架。套拱拱架左侧拱脚：对应每榀拱架在左侧拱脚设置1根L=3mф22药卷式锁脚锚杆；套拱拱架右侧拱脚：拱脚安放在套拱基础顶，与预埋好的ф25钢筋焊牢。
（4）拱架之间采用ф25钢筋做纵向连接筋，环向间距1米。
（5）用ф8钢筋网(100mm×100mm)布于套拱拱架外侧并与I20a工字钢拱架焊接牢固。
（6）在套拱顶部沿纵向每隔4米预埋一根ф150钢管，L=4.7m，钢管上部端头露出套拱顶面2.5m，下部端头沿隧道径向露出隧道初期支护内沿10cm，用于以后向套拱顶部输送2.5m厚的砂子缓冲层，以缓冲溶洞顶部坠落物对套拱产生的巨大冲击力。
（7）喷射C25早强混凝土将I20a钢拱架与钢筋网连成一体，厚度为26cm，有效保障隧道正拱施工安全并兼做套拱混凝土外模。
（8）在套拱外缘按纵向2m/环间距布设ф100透水盲管(L=25.6m)，盲管与排水孔连通，通过排水孔将溶腔内汇水排至初期支护外，汇入隧道正洞排水系统。
（9）为了确保本段套拱安全、可靠，在正洞拱顶外（套拱内）15cm处，布设单层钢筋网：主筋，ф22＠25cm；分布筋，ф10＠25cm。
（10）从YK47+450.6开始在隧道正洞初期支护中预埋钢管：注浆管：ф150钢管，L=1.86m，环向间距3m、纵向间距3m，用于泵送C25套拱混凝土；排气管：ф150钢管，L=1.96m，纵向间距3m，只设置在拱顶。
（11）泵送C25混凝土浇注套拱(厚度150cm)，浇注时采用分段浇注的方法，即：每2~3m为一个循环。
图5 套拱施工示意图
4处治结果及结论
通过实施上述处治方案，安全地通过了加底峒右线出口岩溶段。在此次灾害的抢险处治过程中，认识到在高压、富水、岩溶地层中进行隧道施工时，一定要充分考慮到岩溶发育的复杂性，周围环境条件的诱发性和地下工程的隐蔽性。
（1）在岩溶地区进行隧道建设，应重点做好施工前期的地质勘探分析，并在施工阶段做好地质超前预报工作。
（2）不良地质体后方已开挖围岩所出现的不良地质现象对不良地质体的出现具有预测性。
（3）发生涌泥时，围岩应力场将发生改变并将重新分布，在围岩应力稳定前，都有可能再次发生涌泥；
（4）涌水突泥灾害具有突发性，但在大规模涌泥后，围岩往往仍具有暂时自稳性。但组织处治施工时，相对于“及时性”原则而言，更应该遵循“适时性”原则，这也是新奥法最核心的思想。
（5）当不宜采取封堵封闭的措施时，采取释放应力的方法也是可行的。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看
关键词: 隧道；突泥；处治
1工程概况
加底峒隧道位于广西河池市境内，处于黔中高原向广西盆地过渡地带，是宜河高速公路工程建设控制工程之一。该隧道按双向四车道标准设计建设，采用左右分离式。左线桩号位于ZK46+650～ZK47+553，全长903m；右线桩号位于YK46+635～YK47+548，全长913m。
隧址地区属于亚热带季风气候区，雨量丰富，夏热期长，河流小溪众多，并相互交叉贯通，岩层主要为白云质石灰岩，岩溶发育，特别是地表浅部溶蚀洼地、落水洞、漏斗成片出现，再加上隧址区处于向斜地质构造，极利于地下水的汇集，且汇集的地下水形成岩溶水使隧道施工的难度加大（如图1）。
图1加底峒隧道右线出口端
2突泥灾害发生简介
本次涌泥发生在YK47+430处。从YK47+451开始，掌子面围岩风化严重，有弱夹层、局部有溶腔出现，整体稳定性较差。当2009年8月18日开挖至YK47+430时，掌子面出现空腔并开始涌泥。2009年8月21日，施工人员对溶腔内涌出的填充物进行挖除作业，正在对已经挖除完毕的YK47+447处进行初期支护作业时，溶洞内的填充物突然再次失稳外涌。在8月24日和31日又分别再次发生涌泥，外涌的溶洞填充物将开挖台车、开挖机具、电焊机等掩埋，且开挖台车被溶洞涌泥推至YK47+465（图2）。前后共发生4次涌泥,方量达4050m3。
现场地质勘察表明，从YK47+484段右侧围岩开始，隧道出现多个大小不一的溶腔，其内填充物均为处于软塑或流塑状态的粘性土。在施工过程中，发生过数次小规模的涌泥事故，每次涌泥后都做了清除处理。通过地质勘察发现到YK47+450时溶洞空腔向围岩深部及顶部延伸（图3），且从YK47+450.6开始，右侧拱脚均为溶洞软弱填充物。该溶腔呈上大下小倒喇叭形，上部长约30m，下部长约20.6m，因此该溶腔的面积和跨度均较大。
经过对现场监控量测数据及对场区地质条件的分析，发现灾害前期曾多天降雨，致使地表水经基岩裂隙等通道进入溶腔中，使得溶腔内填充物成为软塑或流塑状，而且造成岩溶内水头压力过大。当施工掘进中揭露溶腔时，导致溶腔内填充物突然涌入隧道，誘发了此次突发性的灾害。
图2 突泥现场
图3 溶洞向顶部发育
3灾害的处治
3.1制定方案
现场堆积了4050m3突泥物，无法形成处治的良好施工平台。由于隧道处于富水区，基岩裂隙水和岩溶水的补给很强，这将导致荣腔内压力迅速增大。而对岩溶水的处理原则是宜疏不宜堵[3]。而且堆积物容积太大，自重力也大。若采取常用的封堵固结法措施则很可能会引起溶腔内压力骤增从而产生高应力，这将对隧道后期施工和营运造成“潜伏性”的隐患[4]。因此决定采取应力释放的方法。通过对该隧道的地质特征及前期发生的突泥的特点进行仔细分析，并结合以往大规模涌水突泥事故后围岩能暂时自稳的工程经验，作出了“先除泥加固、再除泥、后处治”的处治方案。
3.2 对影响段进行加固
涌泥的挤压和冲击作用，导致YK47+452～YK47+450.6段的拱架已经完全变形。为了加强隧道的结构稳定性，故先对影响段（YK47+465～YK47+450.6）段进行加固。加固之前首先将该段的涌泥清除完毕，再进行施作。具体措施如下：
（1）为了保证施工安全，首先采用C25喷射混凝土对溶腔岩面进行初喷，喷层面积为：长×高=22m×8.5m=187m2，厚度为5cm，一共需要喷射混凝土187m×0.05m=9.35m3。
（2）将该段因为涌泥而被损坏的初期支护进行拆除，并对YK47+465～YK47+450.6段进行加强支护，采用I20a工字钢支护，钢拱架按0.5m/榀进行施工。
（3）对于初支拱架背后至溶腔岩壁之间的空腔，采用C25泵送混凝土进行填充，填充厚度为2m。
3.3清除YK47+450～YK47+430段涌泥
为了释放溶腔内的高应力和对该溶腔段进行套拱施作,需针对空腔内及涌出堆积物进行释放并清除涌泥，具体从YK47+450开始。为了防止填充物一次性全部下涌，采取先墙体加封闭固结再开挖的方法，具体措施如下（图4）:
（1）施作砂袋墙。分别在掌子面堆渣体左右拱脚处沿纵向开挖排水沟进行排水。先制作一高为2m的稳固施工平台，然后用砂包袋对掌子面堆渣体进行加固、填筑，从而对掌子面形成反压，同时发挥临时性挡土墙的作用。砂袋的数量根据实际需求和施工平台的尺寸而定，但是砂袋墙的堆砌高度始终保持高于渣面以防塌块伤人[5] 。
（2）对掌子面进行封闭。将掌子面中的土质、淤泥质部分用C25喷射混凝土进行封闭，喷层厚度为20cm，从而使整个掌子面形成一个完全封闭面，起到止浆墙的作用。同时在堆渣体周围沿纵向上安设Φ22锚杆，并张挂钢筋网，目的是防止上部落石滚落或滑落而对施工造成安全威胁[6]。
（3）进行固结。根据劈裂灌浆原理，采用水泥-水玻璃双液注浆方法，利用该种浆液速凝且凝固时间可控，浆液结石率高，结石体强度大的特性[7]，决定采用水泥-水玻璃双液注浆。用 60×6mm长度为8m的长导管在掌子面范围内进行双液注浆，同时对掌子面周边堆渣进行固结，初定比例为1：0.7（导管布设间距根据现场试验所得的注浆扩散有效半径确定；1为水比例，0.7为水玻璃与水泥浆结合的比例，水泥与水玻璃的比例按照现场施工注浆一个循环所需要的工作时间根据试验室最终试验结果确定）。
（4）开挖涌泥。开挖掘进过程中严格遵循“短进尺、强支护、快闭合”原则，开挖时采用“三台阶”进行施工。第一个台阶的高度不宜大于3m，每次开挖落底时对拱底围岩情况进行钻探，如遇淤泥质，则在拱底设置Ф42×4，长度为4.5m，梅花形布置，间距为50cm×50cm小导管注浆设置拱底止浆带，先对拱底进行固结，然后开挖，开挖时预留3m左右的止浆带，保证泥浆不会由拱底冒出。直至开挖完毕后，在拱底进行固结处理。开挖时保留4～5m的止浆墙厚度，待开挖完前方3m的固结体后，及时重新设置止浆墙，即重新布孔进行下一个循环的注双液浆。
（5）重复上述施工，直到把涌泥基本清除完毕。
图4 施作砂袋墙
3.4对溶腔段进行处治
在对后方影响段及涌泥进行处治后，再对中间溶腔段进行处治。考虑到该溶腔面积大，跨度大，且从YK47+450.6开始，右侧拱脚均为溶洞软弱填充物，因此决定采用套拱技术对该处溶腔（YK47+450.6～YK47+430）进行过渡处理（图5）。具体处理如下：
（1）首先施作套拱基础：自隧道右侧拱脚初期支护外轮廓线向外开挖2m，且自隧道右侧拱脚向下开挖1.5m，纵向长度为20.6m（YK47+450.6～YK47+430），采用C25混凝土分2～3次浇注。具体浇注尺寸为：长×宽=1.5m×2.8m。
(2) 在套拱基础顶部预埋Φ25钢筋用于连接套拱I20a工字钢拱架。具体方法：对应着套拱拱架，在纵向从YK47+450.6开始每隔0.5m预埋Φ25钢筋，钢筋埋于混凝土中60cm，外露40cm。
（3）在YK47+450.6～YK47+430段，按0.5m/榀安装I20a工字钢套拱拱架。套拱拱架左侧拱脚：对应每榀拱架在左侧拱脚设置1根L=3mф22药卷式锁脚锚杆；套拱拱架右侧拱脚：拱脚安放在套拱基础顶，与预埋好的ф25钢筋焊牢。
（4）拱架之间采用ф25钢筋做纵向连接筋，环向间距1米。
（5）用ф8钢筋网(100mm×100mm)布于套拱拱架外侧并与I20a工字钢拱架焊接牢固。
（6）在套拱顶部沿纵向每隔4米预埋一根ф150钢管，L=4.7m，钢管上部端头露出套拱顶面2.5m，下部端头沿隧道径向露出隧道初期支护内沿10cm，用于以后向套拱顶部输送2.5m厚的砂子缓冲层，以缓冲溶洞顶部坠落物对套拱产生的巨大冲击力。
（7）喷射C25早强混凝土将I20a钢拱架与钢筋网连成一体，厚度为26cm，有效保障隧道正拱施工安全并兼做套拱混凝土外模。
（8）在套拱外缘按纵向2m/环间距布设ф100透水盲管(L=25.6m)，盲管与排水孔连通，通过排水孔将溶腔内汇水排至初期支护外，汇入隧道正洞排水系统。
（9）为了确保本段套拱安全、可靠，在正洞拱顶外（套拱内）15cm处，布设单层钢筋网：主筋，ф22＠25cm；分布筋，ф10＠25cm。
（10）从YK47+450.6开始在隧道正洞初期支护中预埋钢管：注浆管：ф150钢管，L=1.86m，环向间距3m、纵向间距3m，用于泵送C25套拱混凝土；排气管：ф150钢管，L=1.96m，纵向间距3m，只设置在拱顶。
（11）泵送C25混凝土浇注套拱(厚度150cm)，浇注时采用分段浇注的方法，即：每2~3m为一个循环。
图5 套拱施工示意图
4处治结果及结论
通过实施上述处治方案，安全地通过了加底峒右线出口岩溶段。在此次灾害的抢险处治过程中，认识到在高压、富水、岩溶地层中进行隧道施工时，一定要充分考慮到岩溶发育的复杂性，周围环境条件的诱发性和地下工程的隐蔽性。
（1）在岩溶地区进行隧道建设，应重点做好施工前期的地质勘探分析，并在施工阶段做好地质超前预报工作。
（2）不良地质体后方已开挖围岩所出现的不良地质现象对不良地质体的出现具有预测性。
（3）发生涌泥时，围岩应力场将发生改变并将重新分布，在围岩应力稳定前，都有可能再次发生涌泥；
（4）涌水突泥灾害具有突发性，但在大规模涌泥后，围岩往往仍具有暂时自稳性。但组织处治施工时，相对于“及时性”原则而言，更应该遵循“适时性”原则，这也是新奥法最核心的思想。
（5）当不宜采取封堵封闭的措施时，采取释放应力的方法也是可行的。
注：文章内的图表及公式请以PDF格式查看