曹家庄隧道突水突泥施工总结

中铁三局五公司 武永珍

1 工程简介

曹家庄隧道位于云南国际铁路通道昆明至河口线玉溪至蒙自段内的一座单线隧道，其中心里程为DK73+101，隧道全长3882米，设计车速120Km/h，全隧均采用曲墙（带仰拱）复合式衬砌；含Ⅴ级浅埋，断层破碎带浅埋地震设防衬砌；活动断裂带地震设防衬砌；90米Ⅳ及下锚区段衬砌；DK71+276～DK71+300段设Ⅳ级射流风机安装段衬砌；其余各段均按围岩级别采用相应的曲墙复合式衬砌。全隧均按新奥法施工，采用光面爆破技术，锚喷支护

1.1 地质特性

曹家庄隧道，测段属低中山剥蚀、溶蚀地貌，地形起伏较大，地势左低右高，地面高程1550～1780米，最大相对高差约230米，自然横坡15°～35 °。洞身地段地表多垦为旱地、荒地，植被不发育。进口端位于里长营南东侧处的斜坡脚，出口位于晋思公路路边。

地质条件复杂、多变，开挖后的围岩级别与原设计相比发生较大变化。岩性条件复杂多变，地下水径流通道连通性好，再加上地下水和风化层因素的不利组合，施工过程中变形较大而且规律多变，并出现突水突泥现象。整个隧道根据开挖实际揭示出围岩情况来看，主要以Ⅳ、Ⅴ级围岩为主，部分段为Ⅲ级围岩，并出现溶洞及VI级围岩。依据岩性来看主要以灰岩、泥灰岩为主，部分地段为红棕色泥岩、砂岩、薄弱煤层、类煤层、以及白云岩。隧道开挖后，岩体明显风化，遇水地段尤为明显。

1.2 水文特征

隧道进出口端及洞身冲沟发育，地形切割严重，洞身上DK73+600沟槽及出口内常年有水，测绘时两俩沟槽内水量共约1～3L/S，水量随季节变化大，主要受大气降水补给，降雨大部分顺坡面向隧道左侧沟槽排泄，小部分沿节理裂隙下渗成为地下水。断裂构造发育，岩体破碎，含岩溶裂隙、管道水、断层带水与基岩裂隙水较丰富，DK71+165～DK72+550段山体两侧及DK72+500～DK75+042段左侧地势较低，利于地下水排泄。地下水主要接受大气降雨补给，以及线路右侧（DK72+500～DK75+042段）基岩裂隙水、断层水补给。

2 突水突泥情况及相关处理概述

（1）2008.12.19日,子面施作至DK73+650处.围岩出现异常,上台阶上半断面为白云岩,下半断面为泥岩,泥灰岩,并伴随地下水涌出.组织实施超前地质预报，结果为: 钻进7米左右为白云岩钻进较慢,7-18米左右为碎石土状,钻进过程中进尺较快,且易跨孔,卡钻难以继续钻进.同时有棕红色泥浆水(拌有少量细砂)涌出.调整支护为：拱墙格栅钢架纵向调整为间距0.8m/榀；拱墙设φ42超前小导管注浆加固，拱部小导管每根长3.5m，纵向间距1.6m，环向间距0.4m，边墙小导管每根长4m，纵向间距2.4m。局部破碎处，设加密钢筋网，网格间距10×10cm。及时施作仰拱及二衬，往前开挖，在掌子面多设5m长加长炮眼，每个掌子面不

少于20孔，确保往前开挖施工安全。在DK73＋665处必须施作超前探孔。加强监控量测及超前地质预报。调整后基本稳定了围岩，但掘进较慢且经过加密监控量测频次，发现变形在逐渐增大。 （2）2009年2月2日,9时左右掌子面按调整后方案施工至DK73+683处,发生突泥突水夹杂大量粉砂(黄色),呈泥石流状.涌量约300方,涌出距掌子面约70米. 对已施工仰拱及下台阶上面的淤泥及堆碴，进行全断面清除；同时疏通中心排水沟，使水流畅通，集中水流，在上下台阶开挖集中排水沟渠，导出掌子面涌水，采用大功率抽水泵抽水至洞外，使拱墙及仰拱不受积水浸泡。对既有结构物有污泥的部位使用清水冲洗干净，恢复二衬、仰拱施工。加强注浆后至2009年2月4日开始变小,涌出多为棕红色稀泥;2009年2月11日,进一步变小,且涌水呈清水涌出.2009年2月16日对掌子面开挖,出现一位于掌子面中部的空腔,高约4米,宽约2米. 清除充填溶洞涌出物质，开挖轮廓外空腔采用C20喷砼回填密实， （3）2009年2月22日,掌子面往前掘进至DK73+688处,拱部及右侧出现涌泥现象,粘稠状,并夹杂有5-50厘米直径碎石.后经勘察发现上部及线路有侧出现两个小容腔,直径约1米左右.，喷射C20混凝土挂网封堵,将两个小溶洞喷实并预埋φ108钢管,立格栅钢架完成初支并封闭断面,后泵送C20砂浆回填溶腔. （4）2009年2月23日,掌子面施作至DK73+688处,掌子面拱顶与初支钢架接触处出现涌砂现象,呈红棕色,粉细砂,至24日呈泥浆涌出.后经勘察敲击发现拱部已塌空,往上延伸高度不详.周遍及掌子面岩性大部分为灰岩,并填充棕红色,松散状的粉细砂,拱部有渗水,下导及上导拱脚处有大量地下水涌出.拱部打设超前小导管注浆加固,打设φ89钢管,泵送C20砼回填拱背塌空区。此时该段监测到的变形量已超出规范规定的两倍。

（5）2009年3月19日,施作至掌子面DK73+698处时, 当天下午14时左右DK73+678-DK73+698线路右侧上台阶初支底部出现涌水涌砂(红棕色),撤出人员及相关施工设备后，到21时左右,该段线路右侧初支突然发生内挤,内挤量近一米.并出现纵向及环向裂缝,最大缝宽10厘米左右.各时段进洞观察，待变形放缓时立即组织人员架设纵横向支撑，并安装大功率抽水泵两台同时向外抽水.待水压减小水量涌出放缓后.增设横撑并打设φ42小导管环向0.8米纵向0.5米全环注浆加固. 待相对稳定后,对该段进行逐榀拆换,并放大20厘米预留变形量.径向及锁脚根据设计全部换为φ42小导管注浆加固.

开挖前方三台阶掌子面分别施作1m厚C25混凝土挡土墙，在挡土墙周壁径向钻设φ42钢花管并注浆加固地层，钢花管每根长5m，环向间距0.5m，钢花管露出壁面1m，其末端采用环向Φ22钢筋焊接牢固，借助挡土墙增打φ108大管棚注浆用以封堵和加固前方围岩。施作完成后，打设超前水平探孔探测前方水量及水压，发现经封堵及大管棚注浆封水后，水量减少且开挖方向水压变小，随挖随封直至贯通。

3 处理方案及措施研究 3.1 清除洞内淤泥措施

（1）对已施工仰拱及下台阶上面的淤泥及堆碴，进行全断面清除；同时疏通中心排水沟，使水流畅通，集中水流，在上下台阶开挖集中排水沟渠，导出掌子面涌水，使拱墙及仰拱不受积水浸泡。（2）对既有结构物有污泥的部位使用清水冲洗干净，恢复二衬、仰拱施工。（3）对已开挖上台阶上面的淤泥及堆碴，考虑到要对掌子面附近的原初期支护进行加固处理，先以向掌子面方向按10%的坡度进

行清理一部分，剩余的淤泥及堆碴待掌子面附近的原初期支护加固完成后再进行全部清除。

3.2 原初期支护加固措施

在靠近掌子面附近经围岩量测结果，有变形增大趋势，最大变形量已经超出规范数倍，因此对此段增加加强拱架加强支护处理，具体加强支护采用I20b工字钢进支撑，钢架间距0.5m每榀；φ22纵向连接钢筋按环向0.5m间距连接；挂设两层钢筋网，网格间距10×10cm；全环范围内打设径向Φ42小导管注浆加固，梅花型布设，小导管单根长4m，同时在两侧拱脚处每榀钢拱架设2根4m长锁脚小导管注浆加固。

3.3 掌子面清理及支护措施

（1）溶腔口涌出松散体采用反压、挂网、喷射砼及小导管注浆固结。

（2）对三步台阶的掌子面，以弧形清理淤泥及堆碴，预留核心土，第一台阶距拱顶不超过3m，支护采用I20b工字钢进支撑，钢架间距按50cm每榀；φ22纵向连接钢筋按环向0.5m间距加强连接；挂设两层钢筋网，网格间距10×10cm；全环范围内打设径向Φ42注浆加固，梅花型布设，小导管单根长4m，同时在两侧拱脚处每榀钢拱架设2根4m长注浆小导管加强拱脚；喷射C25混凝土厚25cm。按以上支护措施逐一支护。

（3）清淤及加固处理后，防止前方突水的放生，并预测到前方有较强水压，施作1m厚C25混凝土挡土墙，在挡土墙周壁径向钻设φ42钢花管并注浆加固地层，钢花管每根长5m，环向间距0.5m，钢花管露出壁面1m，其末端采用环向Φ22钢筋焊接牢固，借助挡土墙增打φ108大管棚采用二重管A、B(C)无收缩双液WSS工法注浆、环向间距0.5m布置用以封堵和加固前方围岩，形成注浆帷幕和钢管混凝土外缘支撑。

（4）施作完成后，打设超前水平探孔探测前方水量及水压，发现经封堵及大管棚注浆封水后，水量减少且开挖方向水压变小。

（5）人工破除部分挡土墙，往前人工开挖，随挖随支随加固，上台阶掘进5-8米后打设挡土墙封堵；经观测变形稳定后，开挖中台阶，依次开挖下台阶；仰拱超前，二衬紧跟。

3.4 初支背后空洞加固处理

在开挖及之后工程中产生的初支与围岩不密贴以及突水突泥产生的空腔（空洞）做预留注浆管注浆加固结合泵送C20混凝土回填加固。较大洞穴注浆或灌注混凝土之前先挂设钢筋网片，网格尺寸按10×10㎝。

4 结语

（1）在隧道施工中，于掘进方向前50m内（最小30m）以及周边向外1-2倍洞径范围内（最小5m）超前地质预报及其重要，需在隧道施工中引起重视。尤其是复杂隧道应采用超前地质预报系统TSP、超前地质水平钻探、超前地质雷达等多种方法进行综合地质预报，来提高地质分析准确程度，便于科学制定设计施工方案，提前采取预防措施，调整施工工法，防止造成重大损失。

（2）不良地质段隧道开挖应在刚度较大的超前支护下进行，初期支护及时闭合成环，仰拱超前二衬紧跟。遇特殊地质情况，可采用跳跃式浇筑二次衬砌，尽可

能接近掌子面，可以改善特殊地段隧道的空间受力状态，对隧道稳定和施工安全能起到一定作用。

（3）突水突泥的隧道开挖段，开挖线外围需要打设密集大管棚注浆围堵，形成帷幕。大管棚应采用φ108无缝钢管，丝扣连接，同时可形成外围钢管砼刚性支护以抵抗水压力。极难地段也可考虑水平旋喷钻，咬合形成帷幕。

隧道施工，围岩形式千变万化，处理方法多种多样，施工中需针对实际情况采取相应的处理技术，以达到更佳的施工效果。本次采用大管棚超前支护和小导管配合注浆以及挡土墙支撑围堵方法有效地处理了曹家庄隧道突水突泥段施工，其成功经验在于：通过大管棚超前堵水超前支护和小导管配合注浆支护围岩并采用挡土墙封堵前方围岩临时支撑管棚受力，为中导坑及下导坑施工争取时间。管棚注浆形成一个环向的稳固支撑体，挡土墙限制了周边及掌子面的突变，有效阻止了水和泥浆的突涌，同时保证了施工作业人员的安全，步步为营，高质量的成功完成了曹家庄隧道的施工任务。