劉 新 有,胡 開 富,張 文 濤,施 峻 峰,萬 宇,周 云 中
(1.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局 昆明分局,云南 昆明 650000; 2.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局 玉溪分局,云南 玉溪 653100)
白云巖砂化不僅使巖體強(qiáng)度降低,其溶蝕形成的空腔水體和泥沙聚集也使得周圍巖體壓力大增,對地下洞室穩(wěn)定及施工安全造成極大威脅,已成為隧洞工程建設(shè)中亟需解決的重要工程地質(zhì)問題[1-4]。針對白云巖砂化這一特殊的工程地質(zhì)問題,學(xué)者多針對工程實(shí)踐中遇到的具體問題開展探索,或結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)開展研究。胡相波[5]通過四川省涼山州金沙江支流美姑河坪頭水電站地下硐室開挖,系統(tǒng)地研究了白云巖砂化的特征、形成機(jī)理及對工程安全的影響,認(rèn)為白云巖巖溶砂化演化特征為白云巖砂—白云巖(粉)—粉質(zhì)黏土,并將白云巖砂化發(fā)育程度劃分為輕微→微弱→中等→強(qiáng)烈→全強(qiáng)5個(gè)等級。馮衛(wèi)等[6]研究表明白云巖整體均勻性溶蝕特點(diǎn)是造成白云巖巖溶砂化的重要原因,認(rèn)為其發(fā)育的主要因素涉及巖性、巖體結(jié)構(gòu)、地下水及其運(yùn)動(dòng)特征等。田文啟等[7-8]研究了白云巖砂化對地下洞室和山坡穩(wěn)定性的重要影響,實(shí)地查明白云巖砂化特征是針對性采取治理措施的基礎(chǔ)。李建國等[9]以滇中引水工程為研究對象,探討了依據(jù)白云巖砂化程度進(jìn)行隧洞圍巖工程地質(zhì)分類方法。羅昊等[10-11]通過計(jì)算、數(shù)值模擬和工程實(shí)踐方法,研究了隧道白云巖砂化段帷幕注漿處理技術(shù)的4種關(guān)鍵影響因子,即注漿壓力、注漿材料、注漿厚度和注漿工藝。梁駑堂[12]研究表明貴陽地區(qū)泥質(zhì)白云巖受水浸泡后強(qiáng)度迅速降低,地基承載力明顯下降。吉卓禮等[13]利用數(shù)字散斑技術(shù)觀測泥質(zhì)白云巖的單軸壓縮過程,并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了解釋。郭建強(qiáng)等[14]采用無壓浸泡、干濕循環(huán)與露天放置等試驗(yàn)方法,研究了泥質(zhì)白云巖物理力學(xué)特性變化規(guī)律。王朋朋等[15]以貴州省5座隧道為研究對象,分析了泥質(zhì)白云巖砂化對隧道穩(wěn)定性的影響,并提出了圍巖加固方法。白玉等[16]從砂化白云巖溶腔發(fā)現(xiàn)、定位、識(shí)別、處治4個(gè)環(huán)節(jié),探討了營爾嶺隧道穿越砂化白云巖地段小溶腔處治措施。
目前,關(guān)于白云巖砂化的研究多集中于特征、形成機(jī)理及圍巖加固處理方法和措施的研究,尚缺乏白云巖砂化隧洞發(fā)生涌水突泥后的系統(tǒng)處置措施研究。本文以滇中引水工程松林隧洞為研究對象,通過白云巖砂化洞段涌水突泥治理實(shí)例,探討滇中白云巖砂化特征、形成機(jī)理及涌水突泥處置方法和措施,為類似隧洞施工中白云巖砂化洞段涌水突泥的防治提供科學(xué)基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。
滇中引水工程松林隧洞位于昆明市西山區(qū)團(tuán)結(jié)街道蔡家社區(qū)風(fēng)擺山,隧洞長4.327 km,高程1 906 m左右,隧洞設(shè)計(jì)流量80 m3/s,底坡i=1/5 000,斷面為馬蹄形洞型,凈空斷面尺寸7.62 m×8.22 m(寬×高),襯砌厚度0.5~0.6 m。塌方和涌水突泥起始段樁號(hào)SLT1+471,圍巖類別為Ⅲ類,開挖采用小藥量周邊光面爆破,每循環(huán)進(jìn)尺約3 m;Ф25系統(tǒng)砂漿錨桿,L=4.5 m@1.5×1.5,掛網(wǎng)φ6@0.15×0.15;0.1 m厚C20噴混凝土。
1.2.1前期勘察地質(zhì)條件
該段隧洞穿越風(fēng)擺山西坡,地面高程1 900~2 200 m,地形坡度20°~40°。最高點(diǎn)位于東側(cè)的風(fēng)擺山,山頂高程2 625 m,最低點(diǎn)位于北側(cè)的螳螂川河谷,谷底高程1 740 m,其間發(fā)育2條規(guī)模較大的沖溝,切割深度一般20.0~50.0 m,均為季節(jié)性流水沖溝。隧洞開挖至樁號(hào)SLT1+471處,埋深約266 m,隧洞上部為新民沖溝右支溝。穿越地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)薄-中厚層狀白云巖,巖層產(chǎn)狀N70°~80°W,NE∠20°~30°,與洞軸向小角度相交,傾向洞外。該段未發(fā)現(xiàn)褶皺、斷層構(gòu)造發(fā)育,地下水埋深約20.0~80.0 m。
1.2.2超前地質(zhì)預(yù)報(bào)提示地質(zhì)條件
該洞段采用TSP地震波法進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào),預(yù)報(bào)成果取用樁號(hào)SLT1+458~SLT1+535。據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)成果推測:樁號(hào)SLT1+458~SLT1+475.5段圍巖中節(jié)理裂隙較發(fā)育,圍巖總體為較破碎完整性差,圍巖中基巖裂隙水較發(fā)育,可能有滲水或淋雨?duì)畛鏊?,圍巖以Ⅳ類為主;SLT1+475.5~SLT1+509段圍巖比前一段差,有變軟、變破碎的趨勢,圍巖中節(jié)理、裂隙發(fā)育,圍巖總體為較破碎,局部為完整性差,圍巖以Ⅴ類為主,局部為Ⅳ類,其中SLT1+479.0~SLT1+483.5段和SLT1+493.0~SLT1+502.0段圍巖較破碎,巖質(zhì)較軟,極不穩(wěn)定,拱頂易掉塊、坍塌;SLT1+509.0~SLT1+535.0段圍巖中節(jié)理、裂隙發(fā)育,圍巖較破碎-完整性差,圍巖中基巖裂隙水發(fā)育,圍巖以Ⅳ類為主,局部為Ⅴ類,其中隧洞里程SLT1+516.5~SLT1+529段可能有線狀或股狀出水,SLT1+515.0~SLT1+524段和SLT1+529~SLT1+535段圍巖較破碎,巖質(zhì)較軟,極不穩(wěn)定,拱頂易掉塊、坍塌,圍巖為Ⅴ類。
1.2.3開挖揭露地質(zhì)條件
隧洞SLT1+471(涌水突泥起始樁號(hào))前段,開挖揭露巖性為震旦系燈影組淺灰、灰白色互層狀白云巖,巖層產(chǎn)狀N51°E,NW∠6°,與洞軸向小角度相交,緩傾隧洞上游。該洞段巖體以中硬巖為主,節(jié)理、裂隙較發(fā)育,巖體完整性差,偶見節(jié)理密集條帶,掌子面巖體為鑲嵌-碎裂結(jié)構(gòu)。該洞段位于地下水位以下,地下水埋深約77 m,頂拱偶見滴滲水現(xiàn)象,總涌水量約10 L/min,綜合判斷該洞段圍巖類別為局部不穩(wěn)定的Ⅲ類。
SLT1+471~SLT1+474(初始塌方段)地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)淺灰、灰黃色薄-互厚層狀白云巖,巖體以弱風(fēng)化為主,頂部及左邊墻分布有槽狀強(qiáng)風(fēng)化帶。該段白云巖微弱砂化,發(fā)育寬度1.0~5.0 cm砂化條帶,主要沿層面節(jié)理發(fā)育,巖溶砂化巖體結(jié)構(gòu)較緊密,巖體總體上較破碎,圍巖呈碎裂結(jié)構(gòu),強(qiáng)風(fēng)化巖體呈碎屑狀結(jié)構(gòu),掌子面頂部左、右兩側(cè)分別揭露一股線狀流水,總涌水量約300 L/min,開挖后頂拱碎塊狀巖體受地下水影響發(fā)生持續(xù)性掉塊,最終形成掌子面及頂拱的塌方。
2021年1月30日22:30,SLT1+471~SLT1+474段完成爆破作業(yè)進(jìn)行安全檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)頂拱出現(xiàn)掉塊、滲水,掉塊最大厚度約50 cm,滲水量逐漸變大。施工方于23:00緊急上報(bào)監(jiān)理方,會(huì)同設(shè)計(jì)方和業(yè)主方現(xiàn)場查勘后,決定自樁號(hào)SLT1+471后圍巖由Ⅲ類調(diào)整為Ⅳ類,工字鋼間距1.0 m,設(shè)置小導(dǎo)管超前支護(hù),23:30開始按方案施工。
1月31日00:20完成頂拱鋼支撐1榀,第2榀正在架設(shè),滲水量持續(xù)變大,頂拱掉塊更加頻繁,有較大的塌方風(fēng)險(xiǎn)。為保證作業(yè)人員安全,現(xiàn)場管理人員通知現(xiàn)場所有施工人員撤離。00:30,隨著涌水加劇,SLT1+471~ SLT1+474頂拱塌方,塌方量約600 m3,塌方體將掌子面全部堵塞,并往進(jìn)口方向延續(xù)20多米。經(jīng)出水量前后對比,掌子面涌水量約為55 m3/h。12:40左右,松林隧洞SLT1+471處塌方段出現(xiàn)再次塌方并開始涌水突泥,塌方體被沖出約200 m,浸漫松林隧洞高約2 m,塌方量約3 000~4 000 m3,經(jīng)對比量測涌水量約為150~200 m3/h。洞內(nèi)近掌子面造孔設(shè)備、抽水設(shè)備、開關(guān)柜全部被掩埋,鉆爆臺(tái)車被沖擊損壞。洞內(nèi)因排水設(shè)備被掩埋,積水淹沒400 m左右洞段,積水深度30~70 cm。
2月2日08:00時(shí),投入約1 000 m3/h抽排水能力的水泵進(jìn)行搶排,2月2~15日,排水量約為420~480 m3/h。洞內(nèi)積水排除后,對涌出物質(zhì)分段攔擋、分段清淤,2月15日清淤至SLT1+450附近。對上游已支護(hù)Ⅲ2圍巖洞段(SLT1+437~SLT1+471)加強(qiáng)支護(hù):增加鋼支撐I20a@1.0 m,利用鎖腳錨管進(jìn)行鎖腳,噴射混凝土封閉鋼支撐。
2月16日02:00~05:00,上臺(tái)階正在進(jìn)行清理、出渣作業(yè),未擾動(dòng)掌子面。05:00左右,SLT1+471處塌方段涌水,突然從前期塌方體堵塞著的掌子面噴涌而出,塌方體被沖出約150 m,浸漫松林隧洞深度約1.5 m,塌方量約2 300 m3,經(jīng)對比量測,瞬時(shí)最大涌水量達(dá)600 m3/h,穩(wěn)定后涌水量約為150~180 m3/h。洞內(nèi)掩埋配電箱4個(gè)、電纜120 m、11 kW污水泵4臺(tái),出渣車被沖擊損壞1輛。涌水突泥發(fā)生后,現(xiàn)場緊急疏散洞內(nèi)人員,無人員受傷,突泥后掌子面基本穩(wěn)定。
2月23日14:30左右,松林隧洞SLT1+471處塌方段從塌方體堵塞著的掌子面突發(fā)第3次涌水突泥。塌方體被沖出約100 m,塌方量約4 200 m3,涌水基本穩(wěn)定后涌水量約為150~200 m3/h。洞內(nèi)近掌子面造孔設(shè)備、抽水設(shè)備、開關(guān)柜全部被掩埋,鉆爆臺(tái)車被沖擊損壞。涌水突泥發(fā)生時(shí),作業(yè)面附近10多名作業(yè)人員緊急疏散,避免了人員傷亡。2月24日10:30左右,掌子面已經(jīng)基本穩(wěn)定,抽排積水后參建四方現(xiàn)場查勘討論處置方案。
松林隧洞涌水突泥未造成人員傷亡,但造成的機(jī)械損壞及工程費(fèi)用增加的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)300多萬元,延誤工期3個(gè)月左右。塌方及涌水突泥現(xiàn)場見圖1。
白云巖主要礦物成分為白云石、方解石和石英,偶見含少量隱晶質(zhì)膠磷礦、磁鐵礦。白云巖砂化實(shí)質(zhì)為白云巖中可溶的方解石溶蝕、流失后,不溶物石英砂顆粒富集,填充溶蝕通道形成的砂化現(xiàn)象。張良喜等[1]通過白云巖室內(nèi)溶蝕試驗(yàn)及微觀溶蝕機(jī)理研究表明:白云巖整體巖溶作用分為滲透—溶蝕分解—機(jī)械崩解等過程。方解石作為膠結(jié)物質(zhì),結(jié)構(gòu)連接弱,首先被溶解;受方解石溶解影響,白云巖晶體間聯(lián)結(jié)力強(qiáng)度降低,在水流作用下發(fā)生機(jī)械崩解,形成白云巖砂,經(jīng)沖刷和風(fēng)化成巖粉。白云巖溶蝕速率受組成巖石顆粒粒徑大小與巖石內(nèi)部孔隙度的控制,顆粒粒徑越大,孔隙度越高,地下水滲透及運(yùn)移條件越好,越易于溶蝕,中-細(xì)晶白云巖>細(xì)-粉晶白云巖>粉-泥晶白云巖。松林隧洞涌水突泥段處于中-細(xì)晶白云巖地層中,白云巖溶蝕砂化強(qiáng)烈。
2021年1月30日中午,隧洞施工至樁號(hào)SLT1+471時(shí),揭露的圍巖巖體以中硬巖為主,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體完整性差,偶見節(jié)理密集帶,掌子面巖體鑲嵌-碎裂結(jié)構(gòu),頂拱及掌子面偶見滴滲水現(xiàn)象,總涌水量約20 L/min。2021年1月30日下午,施工下一循環(huán)的爆破鉆孔時(shí),未發(fā)現(xiàn)巖體異常及地下水異常,現(xiàn)場繼續(xù)按照Ⅲ2類進(jìn)行開挖。2021年1月30日晚,爆破開挖后,掌子面樁號(hào)約SLT1+474開挖揭露的地層巖性為震旦系燈影組(Zbdn)淺灰、灰黃色薄層狀白云巖,節(jié)理很發(fā)育,巖體破碎,特別是揭露的槽狀風(fēng)化帶,風(fēng)化較強(qiáng),巖體結(jié)構(gòu)多以碎塊、碎屑狀的散體結(jié)構(gòu)為主,導(dǎo)致頂拱及掌子面圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短,同時(shí)掌子面及頂拱出現(xiàn)大量滲水,以線狀流水為主,局部為滴滲水,總涌水量約600 L/min,導(dǎo)致原本破碎的圍巖出現(xiàn)持續(xù)性掉塊,最終形成頂拱及掌子面塌方涌水,造成隧洞及掌子面被埋。首次塌方后,原先較破碎的掌子面及頂拱產(chǎn)生變形及垮塌,特別是局部弱-中等砂化的白云巖碎屑顆粒被涌水帶走,導(dǎo)致主干斷裂帶暴露,在地下水的持續(xù)沖蝕下,斷層帶內(nèi)松散的糜棱巖、碎裂巖、碎塊巖發(fā)生軟化、垮塌,并隨水流沖出。隨后斷層帶內(nèi)松散物質(zhì)隨地下水沖出,斷層帶內(nèi)形成空腔,產(chǎn)生集中徑流通道,向掌子面塌方位置集中排泄,涌水量增加至1 900~3 000 m3/d,此時(shí)涌水風(fēng)險(xiǎn)等級為A級,最終造成隧洞大規(guī)模涌水突泥。在塌方過程中,塌方物質(zhì)堵塞排水通道,斷層帶內(nèi)地下水及塌方物質(zhì)持續(xù)增加造成空腔內(nèi)水頭增高,壓力增大,當(dāng)水頭壓力大于隧洞內(nèi)堆積物阻力時(shí),隧洞內(nèi)堆積物質(zhì)被擠出,空腔內(nèi)積水和松散物質(zhì)傾瀉而出,形成二次及三次涌水突泥,此時(shí)涌水量增加至3 000~4 000 m3/d。
涌水突泥起始段SLT1+471~SLT1+474沒有布置前期地質(zhì)勘探鉆孔,地質(zhì)判斷主要依據(jù)為位于SLT1+200和SLT2+875的兩個(gè)地質(zhì)勘探鉆孔推斷。根據(jù)該洞段設(shè)計(jì)藍(lán)圖顯示,該段圍巖類別為Ⅲ類占40%,Ⅴ類占60%,沒有大變形風(fēng)險(xiǎn)提示,沒有斷層構(gòu)造帶圍巖穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)提示,也沒有涌水突泥風(fēng)險(xiǎn)提示,總體為低風(fēng)險(xiǎn)洞段。事后調(diào)查發(fā)現(xiàn),發(fā)生涌水突泥的白云巖砂化洞段對應(yīng)地表有一處較為明顯的斷裂型沖溝,且有多處泉眼出露。該洞段設(shè)計(jì)藍(lán)圖與實(shí)際揭露的地質(zhì)情況不符且沒有風(fēng)險(xiǎn)提示的問題,主要是前期踏勘不詳細(xì)及勘探鉆孔間距過大所致。
施工超前地質(zhì)預(yù)報(bào)主要采用TSP、TGS、地質(zhì)雷達(dá)等物探方法,由于隧洞地質(zhì)條件的復(fù)雜性和多變性,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)無法準(zhǔn)確無誤地判定不良地質(zhì)段的樁號(hào)以及涌水量,特別是設(shè)計(jì)線外地質(zhì)情況并未在探測范圍之內(nèi)。在多次地質(zhì)預(yù)報(bào)判定前方圍巖情況和實(shí)際揭露不符以后,地質(zhì)預(yù)報(bào)成了應(yīng)付檢查的工具,未得到有效利用。涌水突泥發(fā)生后,對照檢查地質(zhì)預(yù)報(bào)在該部位的地質(zhì)情況時(shí),發(fā)現(xiàn)地質(zhì)預(yù)報(bào)判定的Ⅴ類較差圍巖從樁號(hào)SLT1+479起,而實(shí)際在1+471頂部就已經(jīng)出現(xiàn)塌方,偏差達(dá)到8 m,地質(zhì)預(yù)報(bào)誤差較大。
涌水突泥出現(xiàn)后,現(xiàn)場管理人員迅速組織人員設(shè)備撤離并安排專人進(jìn)行巡查,同時(shí)報(bào)告現(xiàn)場監(jiān)理,監(jiān)理單位迅速組織四方到現(xiàn)場研究處理方案。主要處理措施布置見圖2。
(1) 對隧洞涌水進(jìn)行抽排,待掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)后,及時(shí)對掌子面進(jìn)行超前探測,進(jìn)一步探明掌子面附近水文地質(zhì)及坍塌情況;同時(shí)組織對涌出物分段攔擋、分段清淤;掌子面傾及反壓體掛鋼筋網(wǎng)噴粗纖維混凝土封閉,并利用自進(jìn)式管棚對掌子面及前方頂拱10 m高度之內(nèi)渣體進(jìn)行固結(jié)灌漿,增加渣體強(qiáng)度,確保掌子面穩(wěn)定,防止涌水突泥再次發(fā)生。
(2) 鑒于涌水突泥方量較大,為確保已開挖支護(hù)洞段的隧洞安全,對已完成開挖支護(hù)的SLT1+437~SLT1+471 洞段進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。① 增加I20 a鋼支撐,采用鎖腳錨管進(jìn)行鎖腳,鋼支撐隔榀增加底板橫撐。② 該 34 m洞段邊頂拱采用小導(dǎo)管進(jìn)行徑向灌漿加固圍巖。③ 根據(jù)現(xiàn)場情況,掌子面退回13 m,自樁號(hào)SLT1+458開始,頂拱180°范圍按大小角度交錯(cuò)布置自進(jìn)式超前大管棚及小導(dǎo)管,邊墻設(shè)置超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù),局部砂化嚴(yán)重洞段增設(shè)隨機(jī)小導(dǎo)管加強(qiáng)支護(hù)。
(3) 根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,選取適當(dāng)位置在洞周設(shè)置超前排水孔,按大小角度交錯(cuò)、分層次布設(shè),釋放巖體內(nèi)水壓力。
(4) 采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)行空腔排查,如發(fā)現(xiàn)空腔,采用C20混凝土進(jìn)行回填。
(5) 自樁號(hào)SLT1+471開始,按照隧洞過斷層構(gòu)造帶圍巖穩(wěn)定及涌水突泥綜合防治措施A類洞段進(jìn)行開挖支護(hù),截止樁號(hào)由現(xiàn)場設(shè)計(jì)代表根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。
(6) 施工過程中加強(qiáng)安全變形監(jiān)測,嚴(yán)格進(jìn)行安全管理工作,發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)報(bào)告和處理,確保施工安全。
根據(jù)處理方案,施工單位細(xì)化處理措施,迅速組織實(shí)施,具體處理措施如下:
(1) 投入約1 300 m3/h抽排水能力的水泵進(jìn)行搶排,待掌子面處于穩(wěn)定狀態(tài)后,立即組織對涌出物質(zhì)分段攔擋、分段清淤,確保安全。
(2) 及時(shí)對掌子面上下游進(jìn)行超前探測,進(jìn)一步探明掌子面附近水文地質(zhì)條件、空腔、水壓、水量等情況。
(3) 處理過程中依次對SLT1+445、SLT1+458、SLT1+465位置進(jìn)行石渣反壓及堆碼沙袋加固,掌子面及反壓體掛鋼筋網(wǎng)(φ6@0.15 m×0.15 m)+噴粗纖維混凝土(C20,厚30 cm)封閉,防止涌水突泥繼續(xù)發(fā)展。
(4) 利用自進(jìn)式管棚在SLT1+445打孔對反壓體以及頂拱塌方體進(jìn)行灌漿,灌漿分兩部分進(jìn)行。① 造孔對SLT1+445~SLT1+471頂拱10 m高度之內(nèi)渣體進(jìn)行灌漿(Φ76@1 m,L=30 m,灌漿壓力1~2 MPa),目的是作為后期開挖的支撐體;② 造孔對SLT1+445~SLT1+471渣體進(jìn)行灌漿(Φ76@2 m×2 m,L=30 m,灌漿壓力0.5 MPa),目的是膠結(jié)渣體,以保證清理過程中渣體穩(wěn)定。灌漿材料為水泥漿,如水泥漿無法凝結(jié)時(shí),使用水泥-水玻璃雙液漿。
(5) 對上游Ⅲ2圍巖洞段(SLT1+437~SLT1+471)加強(qiáng)支護(hù)。① SLT1+437~SLT1+458增加鋼支撐I20a@1.0 m;SLT1+458~SLT1+471因臨近塌方頂拱存在塌方風(fēng)險(xiǎn),故SLT1+458~SLT1+471鋼支撐設(shè)置為I20a@0.5 m,適當(dāng)擴(kuò)挖斷面以便于增強(qiáng)支護(hù)措施施工;所有鋼支撐利用鎖腳錨管(Φ42,L=4.5 m,每榀鋼支撐12根)進(jìn)行鎖腳,鋼支撐隔榀增加底板工字鋼(I20a)橫撐,鋼支撐后續(xù)澆筑進(jìn)二襯混凝土中。② 為使鋼支撐與支護(hù)面緊密相連,使鋼支撐受力良好,確保達(dá)到支護(hù)效果,SLT1+437~SLT1+465邊頂拱噴射混凝土(C20,厚度5 cm)進(jìn)行封閉。③ SLT1+437~SLT1+471邊頂拱利用小導(dǎo)管徑向固結(jié)灌漿(Φ42@1.5 m×1.5 m),其中SLT1+437~SLT1+458灌漿管深4.5 m,SLT1+458~SLT1+471距離塌方段較近,風(fēng)險(xiǎn)較大,調(diào)整灌漿管深為6 m。
(6) 樁號(hào)SLT1+458~SLT1+471頂拱180°施做自進(jìn)式超前大管棚(Φ76@0.3 m×9 m,L=12 m)及超前小導(dǎo)管(Φ42@0.3 m×1.0 m,L=4.5 m),兩側(cè)邊墻施做超前小導(dǎo)管(Φ42@0.3 m×2.0 m,L=4.5 m),局部砂化嚴(yán)重段增設(shè)隨機(jī)小導(dǎo)管(Φ42,L=4.5 m)。
(7) 分別在SLT1+458、SLT1+465、SLT1+471處洞周利用自進(jìn)式管棚設(shè)置超前排水孔Φ76@3 m,孔深20~30 m,角度10°~30°,按大小角度交錯(cuò)、分層次布置,釋放巖體內(nèi)水壓力,局部水量較大適當(dāng)增加排水孔。
(8) 隧洞涌水突泥災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級為A級,斷層級別Ⅱ級,綜合防治措施類別為A1類,為確保施工安全,樁號(hào)SLT1+471開始進(jìn)行洞周及掌子面超前注漿(見圖3),白云巖砂化斷層段斷面加強(qiáng)一次支護(hù)(見圖4),現(xiàn)場施工見圖5。
(9) 該洞段采用物探法及鉆孔法進(jìn)行空腔排查,對空腔采用C20混凝土進(jìn)行回填,并預(yù)留DN200排水管。
(10) 短進(jìn)尺、分臺(tái)階預(yù)留核心土開挖,加強(qiáng)安全監(jiān)測,確保施工安全。
以滇中引水工程松林隧洞為例,對滇中白云巖砂化地層工程地質(zhì)特性和隧洞涌水突泥的成因與處理技術(shù)進(jìn)行探索,主要結(jié)論與建議如下。
(1) 滇中白云巖砂化的特征:白云巖砂化為白云巖中可溶的方解石溶蝕流失后,不溶物石英砂顆粒填充溶蝕通道形成的砂化現(xiàn)象。松林隧洞涌水突泥段處于中-細(xì)晶白云巖地層中,白云巖溶蝕砂化強(qiáng)烈。進(jìn)入白云巖砂化洞段前圍巖條件往往較好,導(dǎo)致涌水突泥具有較強(qiáng)的突發(fā)性。
(2) 白云巖砂化洞段涌水突泥形成機(jī)理:白云巖砂化段節(jié)理發(fā)育,巖體結(jié)構(gòu)松散,圍巖自穩(wěn)時(shí)間較短,掌子面及頂拱發(fā)生垮塌,白云巖碎屑顆粒被涌水帶走,導(dǎo)致主干斷裂帶暴露,在地下水的持續(xù)沖蝕下,斷層帶內(nèi)松散的巖塊發(fā)生軟化和進(jìn)一步垮塌,隨后斷層帶內(nèi)松散物質(zhì)隨地下水沖出,斷層帶內(nèi)形成空腔,產(chǎn)生集中涌水通道。在塌方過程中,塌方物質(zhì)堵塞排水通道,斷層帶內(nèi)地下水及塌方物質(zhì)持續(xù)增加造成空腔內(nèi)水頭增高,水頭壓力增大,當(dāng)水頭壓力大于隧洞內(nèi)堆積物阻力時(shí),空腔內(nèi)積水和松散物質(zhì)傾泄而出,形成反復(fù)涌水突泥。
(3) 白云巖砂化洞段涌水突泥處理措施:① 快速抽排隧洞內(nèi)積水,清理淤積體,對掌子面前段進(jìn)行反壓以及封閉掌子面,防止涌水突泥繼續(xù)發(fā)展;② 布置超前排水孔,降低空腔水頭壓力;③ 加固掌子面附近已挖洞段支護(hù),避免發(fā)生再次塌方;④ 對渣體進(jìn)行灌漿形成支撐體,再結(jié)合超前大管棚、超前小導(dǎo)管、超前灌漿等超前支護(hù)措施,短進(jìn)尺、零爆破謹(jǐn)慎通過斷層帶,并加強(qiáng)施工安全監(jiān)測;⑤ 利用超前探孔進(jìn)一步探明前方地質(zhì)和地下水情況,找出空腔位置所在,采用混凝土回填確保圍巖穩(wěn)定。
(4) 值得注意的幾個(gè)問題:① 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是預(yù)防白云巖砂化洞段涌水突泥的基礎(chǔ)。鑒于白云巖砂化多呈條帶狀,往往藏身于圍巖條件較好的白云巖洞段,涌水突泥具有突發(fā)性,只有樹立以防為主的地質(zhì)災(zāi)害防治理念,克服僥幸心理,做到“凡挖必探”,才能有效預(yù)防。超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可采取物探與鉆探相結(jié)合的方法。物探法包括長距離預(yù)報(bào)方法(TRT、HSP、TGS、TGP法等)和短距離預(yù)報(bào)方法(激發(fā)極化法、地質(zhì)雷達(dá)法、瞬變電磁法等)兩種,長距離預(yù)報(bào)方法探測距離一般在100 m以上,短距離預(yù)報(bào)方法探測距離一般在30 m左右,各種方法各有特點(diǎn),應(yīng)從預(yù)報(bào)的現(xiàn)場施測和判識(shí)兩個(gè)環(huán)節(jié)切實(shí)提高長短距離物探探測精度水平。地質(zhì)鉆探是最原始也是最可靠的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方法。探孔一般向上外插6°~8°角布設(shè),深度30 m左右,前后兩循環(huán)探孔搭接不小于5 m,確保掌子面前方有穩(wěn)定巖盤。在富水巖溶發(fā)育區(qū)域、物探與設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)提示區(qū)域探孔數(shù)量應(yīng)適當(dāng)增加,一般應(yīng)覆蓋拱頂、拱腰或風(fēng)險(xiǎn)集中區(qū)域。② 初期塌方快速封閉和反壓處理是預(yù)防白云巖砂化洞段涌水突泥的關(guān)鍵。掌子面掉塊和塌方是即將發(fā)生涌水突泥的前兆,白云巖砂化洞段從開始掉塊和塌方到涌水突泥發(fā)生,有一段過渡時(shí)段(松林隧洞為10 h左右)。該時(shí)段若快速噴混凝土封閉掌子面,利用洞渣反壓回填增強(qiáng)掌子面穩(wěn)定性,可有效避免因局部壓力進(jìn)一步失衡導(dǎo)致的涌水突泥災(zāi)害。