簡介： 云南地區地質條件復雜多變,隧洞施工過程中斷層、堆積層、流砂、涌水、涌泥難以避免，必須超前考慮施工機械與隧洞施工斷面配套設置，隨地質條件的變化，預備工程施工材料與相關工程技術人員和施工人員，作到有備無患，本文就該隧洞施工過程中的流砂、涌泥、涌水導致坍方為例，介紹不良地質洞段超前

鑒于復合土工膜部分現場觀測成果合成材料在工程應用中具有一定的抗老化能力，故有些國家的某些文件中對其使用年限作了較為寬限的規定，如前蘇聯BCH07-74《土石壩應用聚乙烯防滲結構須知》中規定，聚乙烯土工膜可用于使用年限不超過50年的建筑物。奧地利林茨公司發表的“聚丙烯復合土工膜土工合成材料的長期性狀”一文中的結論寫道：“對聚丙烯的15年以上的現場應用經驗表明，它們的化學和生物穩定性高；織物的最大損壞是在施工中；鋪設以后沒有大變化；……可預期超過100年的穩定性。

1、工程概況

　　星云湖、撫仙湖是云南九大高原湖泊中的兩個姐妹湖，屬珠江流域南盤江水系。玉溪市星云湖、撫仙湖出流改道工程位于江川縣境內，工程建設的目的是保護撫仙湖、改善星云湖、滿足玉溪市長遠用水需求。星云湖、撫仙湖出流改道工程，即有保護和治理兩湖污染的效益，又有向玉溪市供水的效益，對兩湖周邊旅游業和數萬畝農田灌溉也有直接影響。工程等別為Ⅲ等中型，主要建筑物為3級，次要建筑物為4級。建筑物防洪標準為20年一遇（P=5%）設計。地震設防烈度采用Ⅷ度。

　　2、工程地質

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段(5+800～11+867.8)圍巖地質復雜多變,共穿越F2-1、F1-1、F1斷層，斷層帶及斷層影響帶圍巖為泥質粉砂巖夾泥或泥質粉砂巖互層，巖層節理極為發育，巖體完整程度較破碎，呈破碎松散狀，部分地段為強風化破碎帶，且為含水層，開挖后圍巖自穩時間短,頂拱沉降、坑壁易坍塌，墻體在地下水作用下擠脹變形，頂拱易坍方。Ⅴ類圍巖巖層為灰白色泥巖，泥質粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質泥巖，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開挖后有涌水涌泥情況，圍巖自穩時間短,頂拱沉降易坍方，坑壁易坍塌，邊墻緩慢擠脹位移變形。

　　3、工程布置

　　根據二標段地形地貌特征，在6+785處部置1#斜井，斜井長172.1米,坡度21度,與主隧洞6+785斜交36度,1#斜井處于F2-1斷層帶。2#斜井與主隧洞正交于10+757.038,坡度19度,斜井長196.7米，2#斜井處于F1-1、F1斷層影響帶。出口11+830向進口方向施工，11+100～+830屬Ⅴ類圍巖，圍巖慢性擠脹。

　　4、施工情況

　　4.1 1#斜井

　　1#斜井位于F2-1斷層帶，圍巖為泥質粉砂巖夾泥，遇水軟化，在地下水作用下穩定性極差，K0+080以里隧洞開挖后，已出現較大變形，其變形速率極快，開挖至K0+112時出現地下涌水。

　　4.2 2#斜井

　　2#斜井位于F1-1、F1斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節理發育、極為松散，遇水極易坍塌，頂拱、坑壁掉塊現象嚴重，頂拱曾多次坍塌，且不均勻沉降、邊墻噴射砼受圍巖擠壓開裂變形，地下滲水逐漸豐富。

　　4.3 出口

　　出口11+100～11+830屬Ⅴ類圍巖，巖層為灰白色泥巖，泥質粉砂巖與粉砂巖互層，夾灰黑色炭質泥巖，邊墻緩慢擠脹位移變形，部分地段呈松散狀洪沖積層，地下水位較高，在地下水豐富地段，開挖后有涌水、涌泥情況，圍巖自穩時間較短，已初期支護段（11+830～11+690）拱頂沉降、邊墻位移變形。

　　5、隧洞流砂段超前支護

　　5.1 準備工作

　　在已知圍巖地質為流砂地段的條件下,應備足鋼軌、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高標號水泥、注漿機、噴漿機、型鋼拱架或鋼格柵，并配置有經驗的施工技術人員和和管理人員。

　　5.2 超前探孔

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段11+100～11+830段為Ⅴ類圍巖洪堆擊層,隧洞軸線上有數十年前開采小煤窯洞穴,經數十年的堆積沉降，洞穴內淤積為流砂，且分布情況不明。施工過程中曾在11+690、11+628兩處發生較大流砂造成地表坍塌。

　　為確保開挖爆破過程中未準確掌握洞穴流砂準確位置不至造成坍方,在鉆眼前應先打入6米長焊管作超前探眼,每次探眼不少于5根(頂拱1根,起拱線位置2根,直墻腰部2根),探眼掘進過程中如發現圍巖較為松軟或流砂、裂隙水從焊管涌出，則應采取短進尺、若爆破、強支護、早封閉、或臺階法施工，涌水量較大時應多打花管，最大限度將流砂體內積水引排。如6米長超前探孔仍未有效跨越流砂體,則應加長超前焊管和花管長度。

　　5.3 超前支護

　　確定流砂層長度后，在設計開挖輪廓線基礎上徑向放大20～40厘米，從起拱線位置打入焊管、花管超前支護，超前管棚橫向不留空隙，避免流砂從縫隙中滲出，超前管棚縱向嚴格按平、順、直要求打入。如探孔滲出流砂、涌水，且流砂體方量較大，應打入鋼軌超前支護，同時在緊貼鋼軌管棚上部打入花管加強引排水。

　　6、隧洞流砂段開挖和支護

　　6.1 臺階法開挖

　　隧洞流砂流動性極強,開挖過程中不宜全斷面開挖,所有施工應盡量減少對圍巖的擾動。

　　采用臺階法先進行上半部人工開挖,每環進尺不宜大于0.5米,上半部開挖后對滲水位置打入花管排放地下滲水,不宜封堵,對滲漏流砂位置采用管棚、稻草進行封堵,讓流砂內滲水從稻草縫隙中滲出，較大顆粒被管棚封堵。根據已掌握的流砂體流動性和涌水、滲水量適當控制臺階長度，一般3米～5米為宜。

　　6.2 加強拱部縱向支護

　　由于施工過程中超前管棚很難控制在同一平面，導致拱部開挖后有流砂、滲水滲漏或管棚不能承受流砂體的垂直壓力、擠壓力，造成拱部沉降、位移。隨上半部開挖的不斷深入，必須及時打入第二環或第三、第四環超前管棚，直至超前管棚進入非流砂巖層，且能夠有效支撐流砂體垂直壓力、擠壓力，并在第一時間對流砂進行封堵，對滲水進行引排。

　　6.3 加強拱部橫向支護

　　拱部短進尺開挖加強縱向超前管棚支護后，橫向已是支撐流砂體垂直壓力、擠壓力重要組成部分，務必及時加強拱部型鋼拱架或鋼格柵橫向支撐，掛設鋼筋網、噴射砼支護。通過收斂量測，準確掌握其沉降量、沉降速度、水平位移、水平位移速度，必要時在型鋼拱架、鋼格柵起拱線處加設橫支撐，確保拱部對流砂體的支撐能力。

　　6.4 下部臺階施工

　　由于流砂自穩能力極差,流砂體拱部橫、縱向加強支護后,對下半部應進行短進尺、強支護施工，每次進尺控制在0.5米左右.

　　為保證對拱部有較可靠的支撐效果,下半部宜分左右兩側邊挖邊護,即先開挖左側或右側下半部,按設計要求完成掛網、焊接下半部型鋼或鋼格柵、噴射砼、打設錨桿等工序后，再進行下半部另一側施工。

　　6.5 加強底板橫向支撐、基底換填、封閉底板

　　流砂或其他軟弱圍巖承載能力較差，在設計二期支護斷面外先進行基底換填、設置橫向鋼拱架或鋼格柵、澆筑底板仰拱砼，使拱部、邊墻、底板在二期支護斷面外形成完整的封閉圈，避免內水外滲或外水內滲，共同抵制圍巖較為復雜的擠壓力和沉降、位移、變形，確保后期施工安全。

　　7、隧洞流砂坍方處理

　　7.1 坍碴處理

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段11+100～11+830段由于軸線上有數十年前開采小煤窯洞穴,經數十年的堆積沉降，洞穴內淤積為流砂，流砂位于隧洞斷面拱部,且壓力極大、分布情況不明,很難避免坍方,于2004年4月28日在11+628坍塌過程中,僅數分鐘將埋深20米的地表坍穴.

　　流砂從拱部或邊墻涌出時，洞穴內積水一并向外噴涌，所以坍塌的第一時間不應及時處理，應待流砂坍塌、積水涌出自然沉淀形成封堵體達到穩定后，才能讓施工人員到位進行處理。

　　由于流砂固有的流動性，處理流砂坍方時先對坍碴進行橫向堵截，即采用鋼材或木材橫向將坍碴截斷，增加坍碴縱向穩定，避免在處理過程中砂體流動，保證施工安全，確保拱部坍孔出砂體自身穩定。

　　7.2 坍孔封閉

　　封閉坍孔采用同上5隧洞流砂段超前支護和6隧洞流砂段開挖和支護,處理過程中洞內應設專職安全員,洞外隨時觀察地表動向,洞內外有開裂、沉降、變形等情況，應及時采取措施。

　　8、隧洞砂巖地段涌水、涌砂處理

　　星云湖撫仙湖出流改道工程二標段2#斜井位于F1-1、F1斷層影響帶，圍巖為粉砂巖互層，節理發育、極為松散破碎，施工至K0+138時為強風化砂巖帶，地下涌水瞬間達100m3/h,由于斜井施工的特殊性，涌水涌砂同時爆發，噴涌速度及快、圍巖內水壓力極大。

　　8．1 作好充分排水的排水準備

　　斜井施工洞內積水均位于掌子面，砂體沉積于底部，宜采用座式抽水機，涌砂時便于及時撤離掌子面，否則將被瞬間爆發的砂體掩埋。抽水機和排水管道應能滿足要求，短時間的排水不暢均會導致洞內積水直至停工或造成其他安全隱患。

　　8．2 停止出碴、加強支護

　　掌子面為強風化砂巖，節理發育、松散破碎、透水性強，掌子面積水積砂達一定程度后，其內壓力與外壓力平衡時，涌水涌砂自然停止，此時巖層內流砂沉積于巖體縫隙內，地下水位自然上漲，內水壓力升高，掌子面沉積砂體不應及時清除，保持其內外應力平衡，及時加強風化段支護或澆筑永久鋼筋砼。經驗得知：如及時將堆積砂體清除，涌水涌砂最段在1小時內爆發，最長在12小時內爆發，但流砂量逐步減小，滲水量不變。

　　8．3 超前探孔、管棚支護

　　8．2條已分析出，巖層內為沉積砂體和高水位形成較高地內水壓力，此時采用灌漿方法時，在流砂流動性和巖層內水壓力的作用下會阻塞灌漿管道，效果不明顯。即使采用高壓注漿，其工程費用較大、工期較長，費時費工。宜采用管棚超前支護。

　　8、4 布置超前管棚

　　超前管棚的布置，應采用地質鉆打設管徑不小于ф89的鋼管，鋼管每節長度1m～3m為宜，間距20厘米。由于巖層為粉砂堆積體，必須封閉管棚間空隙，采用ф40管棚、鋼筋網或其他方法填補空隙，以保證砂體不滲漏、滲水暢通的目的。

　　布置好超前管棚后，鋼管內注入水泥漿液，加大管棚抗壓、抗彎曲能力。必要時將ф40管制作為注漿花管，注入適量水泥漿，固結徑向50厘米粉砂體，減少流砂滲漏。

　　8、5 短進尺、弱爆破、強支護

　　形成ф89與ф40超前管棚支護后，進行爆破施工（能進行人工開挖時，盡量采用人工開挖，減小對巖體的擾動），開挖進尺控制在0.5米,同時采用多極爆破,即先爆破中間掏槽部分,后進行徑向擴大爆破。周遍眼間距不大于30厘米、間隔裝藥單獨爆破。

　　加強掛網噴漿支護，必要時掛設ф8鋼筋網格局10厘米，超挖部分嚴禁使用片石回填，均使用噴C25砼回填。

　　必要時，澆筑永久鋼筋砼。

　　9、不良地質洞段技術措施

　　9.1 勤測量、勤復核

　　不良地質洞段均有拱頂沉降、邊墻位移變形等現象，施工過程中布置中線、高程點有經常變動的情況，所以應將控制點設置在牢固、可靠地段，并經常復核，應盡量減少中線、高程的非儀器過度次數。

　　9.2 采用方便快捷的儀器設備進行控制

　　不良地質洞段或坍方地段施工過程中工序繁多、干擾大，測量儀器在施工點不易操作，中線、高程點不易保留，固采用紅外線導向儀是控制中線、高程的較好方法。

　　在直線隧洞施工過程中，采用紅外線導向儀同時將隧洞中心線、隧洞某一點高程控制在一條直線上，便于施工人員隨時使用、隨時復核斷面尺寸。

　　采用紅外線導向儀使用過程中應熟練掌握，經常保養，經常對兩端中線、高程進行復核。

　　9.3 適當放大結構尺寸、預留變形沉降量

　　不良地質洞段或坍方地段圍巖松軟、自穩能力差、拱部壓力大，處理欠挖安全隱患大，費工費時影響工程進度，在施工或處理過程中應根據實際情況適當預留沉降、變形量。