? 某轨道交通1号线雅蛮区间隧道岩溶突泥突水处治对策分析 某轨道交通1号线雅蛮区间隧道岩溶突泥突水处治对策分析
陈发达1，周火锋1，方伟立2，张鹏帅1，吴贤国2
(1.贵阳城市轨道交通有限公司，贵阳 550091；2.华中科技大学土木工程与力学学院，武汉 430074)
摘 要：以某轨道交通1号线雅蛮区间左线ZDK19+200处开挖支护施工时发生突水突泥事件为工程背景，分析了岩溶突泥突水的成因，完成对溶洞淤泥清理、一次涌泥处理、二次涌泥处理以及掌子面加固等措施；对右线地质进行补勘，提前处理隐藏的岩溶，对突泥突水引发的周边构造物裂缝和沉降问题进行加固处理；在此基础上，结合本次工程事故与前人对岩溶隧道的研究，对处理溶岩突泥突水问题提出可行性建议。
关键词：轨道交通；岩溶；隧道；突泥突水；加固；施工
1 概况
1.1 工程背景
雅蛮区间位于南垭路与观山东路中心环北线交叉口范围，隧道起点里程为YDK16+878，终点里程为YDK19+249.34，该区间隧道总长度为2 371.34 m，线路为北东—南西走向。隧道采用单洞双线形式，马蹄形复合式衬砌，单洞开挖面积约45 m2(宽×高：6.48 m×6.98 m)，其中在YDK19+050～ YDK19+249段隧道采用双洞双线形式，隧道坡度为1°，底板高程为1 116.00～1 148.80 m，轨面埋深10～ 247.4 m，采用整体式基础，基础沉降控制要求为
图1 隧道平面位置
1.2 水文条件
根据隧道工程区含水岩组的特征[1]，该区段划分为2个独立的水文地质单元：雅关分散排泄系统和龙滩口岩溶大泉系统，其中雅关分散排泄系统富水性弱，该区地下水对隧道施工的影响较小，而当隧道开挖掘进途经龙滩口岩溶大泉系统时，该区域地下水的水量大，而且遇断层带、岩溶强发育带时突水的可能性大，对隧道施工影响大。
该隧道内地下水类型分为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水和第四系松散含水层孔隙水。大气降水为本区地下水的主要补给来源，补给方式为沿岩层层面及节理裂隙面缓慢渗入和沿落水洞、溶洞直接灌入补给。该区内北面雅关一带地下水以小关水库为最低排泄基准面，南面岩溶区地下水以龙滩口下降泉为排泄点。
1.3 地质条件
雅蛮区间暗挖施工隧道下穿岩层主要为薄至中厚层状中风化泥质灰岩、泥岩、灰岩。蛮坡站至雅蛮区间ZDK19+100内出露的地层按地层年代由新到老描述如下。
(1)1-1-2杂填土(Q4ml)：褐黄色、黑色等，颜色杂乱。主要成分为建筑垃圾、块石、黏土垃圾等构成，成分杂乱，结构松散，填筑厚度0～7.1 m。
(2)9-05-2三叠系安顺组(T1a)：分布于YDK18+167.6～18+364段、YDK18+364～YDK18+500段和YDK18+500～YDK19+065段，地层岩性为浅灰、灰白色、灰黄色中厚层-厚层状白云岩。细晶结构，节理裂隙较发育，方解石脉充填及铁质侵染。
(3)10-16-2三叠系大冶组(Tld)：分布于YDK19+065～YDK19+249.34段，地层岩性为灰、灰黑色薄至中厚层灰岩。细晶结构，节理裂隙较发育，方解石脉充填及铁质侵染。
(4)11-11-2三叠系下统沙堡湾组(T1s)：页岩夹薄层泥灰岩。
依据工程地质调绘、地表地质调查表明，该场区范围内为岩溶强发育区，场区内碳酸盐分布较广，岩溶形态主要以溶洞、溶沟、裂隙为主，岩体内主要为溶孔、垂直溶洞(隙)、悬臂岩体等，溶洞填充状态为无充填状态或全充填状态。地下岩溶发育形态主要为隐伏型溶蚀洞隙，以岩体内发育溶洞(隙)，软塑黏土充填，少量空洞无充填。溶洞发育的较显著特征为垂向发育，顺岩层产状发育亦为岩溶发育的一个特征。综合判定场地范围内岩溶强发育。
2 溶洞突水及成因分析
2.1 溶洞突水事故概况
2014年8月18日0：05，贵阳市轨道交通1号线雅蛮区间ZDK19+200处开挖支护施工时发生突水突泥事件，涌水量较大，当时水位上涨迅猛，不到20 min时间在蛮坡站2号竖井4个工作面就灌满水，整个断面淹没4 m左右，发生突水时掌子面峰值涌水量达700 m3/min，在16 h之内已将整个竖井灌满，涌水量约18 000 m3，同时在中心环北线蛮坡大桥附近的龙潭口泉眼已经不出水。图2是泉眼与溶洞的相对平面关系示意，图3是突水后2号竖井水位。
图2 泉眼与溶洞的相对平面关系示意
图3 突水后2号竖井水位
2.2 成因分析
根据水样简易水质分析成果判断，隧道内水来源主要为雨水、地表污水下渗及地下水同时补给。
(1)天誉城、森林公园一带上部覆盖层很薄，大部分为基岩出露，这一带冲沟、沟谷内未见汇集成小溪等统一排泄，为分散下渗，降雨沿岩层层面、裂隙带入岩溶管道渗到地下含水层中，最终汇入竖井内，因此，雨水为竖井涌水的来源之一。
(2)周边环境地表污水流至施工竖井北面一带，由于该处管道未完全封闭，大多数污水沿第四系杂填土中渗入地下，汇集至场区地下；同时，下雨天雨水形成的地表径流与生活污水混合，均沿排污管道流至管道未封闭段，流入施工隧道中。
(3)隧道开挖未揭露地下岩溶时，地下岩溶管道、裂隙被水充满，地下水主要从龙滩口下降泉排泄，当岩溶揭露后，改变了地下水的径流和排泄通道，赋存的地下水涌进隧道内，造成开挖段隧道及竖井被水充满。
3 事故处理
3.1 特殊地质条件分析
发生突水、突泥事件后，立即对岩溶位置、形态、发育进行补勘勘探[2,3]，确定溶洞、龙滩口、大桥的相对位置关系。左洞揭露溶洞容积约1 680 m3，除去不能冲水部分溶洞容积约400 m3，揭露溶洞段约有200 m3被水充满，根据抽水水量初步判断地下岩溶至少有15 000 m3溶洞。右线揭露地质与龙潭口泉眼贯通，溶腔较大，深度约65 m，在右线有暗河横穿右线仰拱，仰拱下约12.5 m深，存在地下暗河。
3.2 左线溶洞及掌子面的处理
3.2.1 溶洞淤泥清理
经现场测量，洞内淤泥量约1 870 m3，工程量大，且淤泥较深，因洞内溶洞处水流较大，淤泥受水冲刷较稀，不易清理，且不易从竖井中清理出洞外。因此，在清理淤泥时掺加6%～8%水泥或部分石灰固结、板结等方式固结，但采用此法必须将水进行疏导，防止溶洞流出的水到处漫流，从而达不到固结淤泥的效果。具体处理措施如下。
(1)围堰的施做
对左、右线隧道及雅蛮区间、横通道淤泥分3块进行处理，如图4所示。①靠近左洞右侧流水沟处纵向用沙袋堆码一道2 m高的围堰1，围堰宽度1.5～2 m直到左线左侧边墙，然后在横通道与竖井交叉口处堆码一道围堰2和围堰3，其中围堰3延伸至掌子面，然后利用掌子面的流水冲出沟内淤泥，清出一道2 m宽的排水沟，确保右侧水道畅通；②清除Ⅰ部分中淤泥(包括右线站台隧道、横通道、雅蛮区间右线)，再清除Ⅱ部分中淤泥(包括左线站台隧道)；③清除Ⅲ部分中淤泥(雅蛮区间左线)；④淤泥清除完后清除围堰，清理流水沟，保证流水畅通。
图4 洞内淤泥分块清理示意
(2)利用横通道或大里程一端淤泥较少的端面打开工作面，并掺加水泥或石灰进行固结，然后分段分块清理淤泥。
(3)淤泥装袋或固结后，通过料斗从竖井中清理出去。
(4)装袋淤泥要沥干、晒干后方可运出，施工过程中，为加快进度，将淤泥暂存地表，通过水泥进行适当固结后再进行清运。
3.2.2 溶洞一次涌泥处理
在清理掌子面淤泥过程中，左线ZDK19+200处掌子面前方溶洞内存在岩溶裂隙和岩溶管道。由于溶腔较大，存在大量土夹石，且有大量水流出，掌子面处既没有对止浆墙进行加固处理，也没有较强的辅助措施，从而导致了掌子面发生第一次涌泥。
针对以上事故，采取掌子面喷射混凝土及砟堆，并设小导管，通过注浆，使渣堆和掌子面前方溶洞内淤泥固结，以免发生二次涌泥。同时，拱架原来的工字钢型号I18改为I22b，间距缩小到每榀40 cm，安装φ200 mm排水管道，并向溶洞内安装泵管、注浆管，同时在溶洞内打3 m长的锚杆，泵送混凝土填充。
3.2.3 溶洞二次涌泥处理
开挖1.5 m后，在ZDK19+198处发生第二次溶洞涌泥，在正前方向上的溶洞位置处涌出淤泥加石。采取的处理方案如下：
(1)距离掌子面最近的2榀拱架下方增设2榀I18型钢，作为施工管棚的导向架；
(2)施做管棚，管棚直径为89 mm，壁厚8 mm，间距35 cm，长度为20 m；
(3)掘进时配合超前小导管使用，小导管间距35 cm，直径50 mm，壁厚5 mm；
3.2.4 掌子面加固及开挖支护措施
溶洞处理完且管棚注浆固结后，对掌子面进行开挖支护。为保证隧道断面净空，在溶洞处理段断面扩大50 cm，并加强二衬厚度和增加钢筋数量，保证施工、运营的安全。
开挖支护前，要做好超前地质预报，长、中、短距离的探测手段相结合，同时开挖进尺控制在0.6～0.8 m，加强隧道内和周围地表构筑物的监控，通过监测数据指导施工。
3.3 右线溶洞处理
为防止右线隧道出现类似的溶洞突泥突水事故，本工程对右线隧道做超前地质预报。通过地质雷达探测[4]，钻设水平钻和加深炮孔，确定溶洞具体位置，将溶洞揭露出来。鉴于此，设定临时处理方案，将3根φ300 mm钢管深入溶洞底部，利用钢管将水引出，后采用洞砟将底部回填。初期支护时，该处预留变形量为50 cm。其中图5为右线断面揭开后地下流水及溶洞情况，图6为 临时安装预埋排水管道。
图5 右线断面揭开后地下流水及溶洞情况
图6 临时安装预埋排水管道
溶洞处理具体措施如下：
(1)对溶洞壁危石进行清理，然后施做主、副拱，后期用混凝土将拱顶空腔回填，主、副支护采用I22b型钢、中心间距40 cm，同时在左右侧各预留一个洞门；
(2)开挖断面扩挖50 cm，衬砌厚度考虑90 cm，外侧预留管道预埋空间，为将来抵抗水压及外侧回填注浆带来的二衬压力提供受力储备条件；
(3)掌子面前方70 m范围内为地质异常带，扩挖段延伸至F1断层。
4 周边构造物稳定性处理
由于受到溶洞突泥、涌水影响，距离溶洞处蛮坡大桥地表和竖井出现不同程度裂隙和沉降，为了保证中心环北线蛮坡大桥和隧道初支的稳定性，需要对原设计进行重新计算，验算是否满足现有条件要求，采取相应的加固措施[5,6]，本工程主要从以下二个方面进行处理。
4.1 蛮坡大桥裂缝的加固
受雅蛮区间溶洞突泥、涌水影响，蛮坡大桥地表出现多条裂隙，裂缝宽度为8～10 mm，且边坡防护桩基顶部发生位移，最大值达到17 mm。因此，为了保证桩基顶部位移和地表裂缝宽度不再发生变化，对边坡进行加固处理，具体措施如下：
(1)对现场出现的多条裂缝进行灌浆封面处理，浆液采用水泥净浆；
(2)注浆加固完成后，及时进行表层混凝土封面，封层厚度10 cm；
(3)对新增的泄洪渠围护桩进行加固，防止变形增大，在第一排与第二排间增加一道长为30 m锚索，并保证施作的锚索穿过蛮坡大桥基础承台外围5 m，确保锚固质量；
(4)施工过程中加强监控量测，及时观察大桥的沉降变化，同时加强地表的观测，确保施工安全。
4.2 竖井处马头门的加固
通过监控测量，竖井拱顶发现不同程度的下沉和水平收敛现象，为保证竖井及站台隧道初支的稳定性，避免次生灾害的发生，在左右线马头门位置处增加φ32 mm中空锚杆，长度9 m，间距1.2 m×1.2 m。采取如下措施。
(1)处理范围：竖井进马头门位置口部向上5 m，4个工作面从竖井下口位置向各掌子面方向各延伸10 m。
(2)加固处理参数:在2号竖井交叉口环向位置进行加强支护，参数为锚杆采用自进式中空注浆锚杆，布孔采用梅花形布置，间距1.5 m×1.5 m，锚杆长定为9 m，加强中空锚杆的注浆，采用双液浆注浆工艺。
(3)增设钢筋网片：网片采用φ16 mm钢筋，网格间距为15 cm×15 cm。挂网时要与打设的自进式注浆锚杆有效连接。喷射混凝土时根据施工情况和补强措施，采用C25混凝土喷射，封闭岩面，厚度为10 cm。
5 施工建议
结合前人岩溶隧道研究成果和本工程突泥突水处理措施[7-9]，提出以下建议。
5.1 加强岩溶隧道地质勘察
在隧道开挖施工前，加强岩溶区超前地质勘察，探明岩溶地质发育情况及分布，给隧道开挖及灾害防治提供真实的资料。在具体施工中，可以采用掌子面地质调查与钻探、物探等方法相结合的综合勘察方法，同时对预测釆集数据进行研究判断和修正，及时调整隧道开挖方案和支护参数。对于施工过程中出现的事故，应立即对溶洞位置、形态、发育进行补勘，为后续施工提供准确资料。
5.2 快速封堵，增设混凝土止浆墙分流减压注浆[10-12]
钻孔推进中遇涌水，当孔内涌水和压力不高时，在孔口插小直径注浆管，实施顶水压浆，将钻孔已施钻部分封住，不让水涌出，再逐步推进。当孔内涌水大压力高时，应当采取混凝土止浆墙分流减压处理方案。
5.3 对洞穴填充物的处理
岩溶隧道开挖过程中，常常会遇到全空的或部分填充的溶洞。在这种情况下，用一般程序的开挖与支护手段，容易造成孔洞塌陷，难以保证开挖稳定性。当采用全断面注浆封堵、置换注浆和填充物加固进行处理。
6 结语
岩溶隧道建设过程中的隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点[13-15]，导致岩溶隧道工程施工安全事故频发。本工程以雅蛮区间特大溶洞事故为背景，对岩溶突泥突水的成因进行分析，并采取一系列措施进行加固处理；同时对右线地质进行补勘，提前揭露岩溶，并进行处理，从而防止事故的再次发生。同时，对于突泥突水引发的周边构造物裂缝和沉降等安全问题进行了加固处理，合理解决了本次工程中突泥突水问题。最后，结合本次工程事故与前人对岩溶隧道的研究，针对溶岩突泥突水问题提出了合理化建议，旨在为以后溶岩施工提供借鉴和参考。
参考文献：
[1] 王伟.关于贵州地下水类型和含水岩组划分及其与地下水资源量计算关系的思考[J].贵州地质，2012,29(2):104-107.
[2] 谭信荣，陈寿根，马辉.隧道综合超前地质预报技术在岩溶地区的应用[J].铁道标准设计，2012(2):84-87.
[3] 冯彦谦,许广春.物探技术在隧底岩溶勘察中的应用研究[J].铁道标准设计，2012(7):168-170.
[4] 高阳.地质雷达在岩溶隧道超前预报中的应用 [J].山东大学学报：工学版，2009(4):82-86.
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[6] 申志军.宜万铁路高风险岩溶隧道应对措施[J].铁道标准设计，2010(8):30-32.
[7] 张民庆，汪纲领，孙国庆.南广铁路白云隧道断层突泥灾害治理技术[J].铁道工程学报，2012(3):69-73.
[8] 张民庆，孙国庆.隧道工程突泥突水灾害处治技术[J].现代隧道技术，2011(6):117-123.
[9] 黄雄军.岩溶隧道突水突泥影响因素及对策[J].铁道工程学报，2013(1):45-48.
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[12]申志军.宜万铁路高风险岩溶隧道应对措施[J].铁道标准设计，2010(8):30-32.
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[14]张民庆，黄鸿健，田四明.岩溶隧道安全设计、施工与管理[J].铁道工程学报，2007(5):75-81.
[15]资谊，马士伟.岩溶隧道涌突水灾害发生机理与工程防治[J].铁道工程学报，2011(2):84-89.
收稿日期：2015-11-03； 修回日期：2015-11-16
基金项目：国家自然科学基金(51378235)；湖北省自然科学基金(2014CFA117)
作者简介：陈发达(1966—)，男，高级工程师，主要从事土木工程施工及管理工作，E-mail：[email protected]。通信作者：方伟立(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为工程安全与风险管理，E-mail:[email protected]。
文章编号：1004-2954(2016)06-0095-05
中图分类号：U458
文献标识码：A
DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.020
Study on Treatment Countermeasures against Water and Mud Gushing in Manpo Station
CHEN Fa-da1，ZHOU Huo-feng1，FANG Wei-li2，ZHANG Peng-shuai1，WU Xian-guo2
(1.Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang，550091，China; 2.School of Civil Engineering and Mechanics， Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：Based on the project to treat water and mud gushing in Manpo station of Guiyang，the cause of water and mud gushing is analyzed and measures are implemented of cleaning up sludge，primary treatment of gushing mud，second treatment of gushing mud and consolidation of tunnel face. In order to prevent such accident from happening，geological conditions of the right line are surveyed，and，the hidden karst is handled in advance. Then，cracks and settlement of surrounding structure caused by water and mud gushing are treated and reinforced. Combined with the engineering accident and early researches on karst tunnel，suggestions to handle water and mud gushing are put forward．
Key words：Rail transit; Karst; Tunnel; Water and mud gushing; Reinforcement; Construction
? 某轨道交通1号线雅蛮区间隧道岩溶突泥突水处治对策分析 某轨道交通1号线雅蛮区间隧道岩溶突泥突水处治对策分析
陈发达1，周火锋1，方伟立2，张鹏帅1，吴贤国2
(1.贵阳城市轨道交通有限公司，贵阳 550091；2.华中科技大学土木工程与力学学院，武汉 430074)
摘 要：以某轨道交通1号线雅蛮区间左线ZDK19+200处开挖支护施工时发生突水突泥事件为工程背景，分析了岩溶突泥突水的成因，完成对溶洞淤泥清理、一次涌泥处理、二次涌泥处理以及掌子面加固等措施；对右线地质进行补勘，提前处理隐藏的岩溶，对突泥突水引发的周边构造物裂缝和沉降问题进行加固处理；在此基础上，结合本次工程事故与前人对岩溶隧道的研究，对处理溶岩突泥突水问题提出可行性建议。
关键词：轨道交通；岩溶；隧道；突泥突水；加固；施工
1 概况
1.1 工程背景
雅蛮区间位于南垭路与观山东路中心环北线交叉口范围，隧道起点里程为YDK16+878，终点里程为YDK19+249.34，该区间隧道总长度为2 371.34 m，线路为北东—南西走向。隧道采用单洞双线形式，马蹄形复合式衬砌，单洞开挖面积约45 m2(宽×高：6.48 m×6.98 m)，其中在YDK19+050～ YDK19+249段隧道采用双洞双线形式，隧道坡度为1°，底板高程为1 116.00～1 148.80 m，轨面埋深10～ 247.4 m，采用整体式基础，基础沉降控制要求为
图1 隧道平面位置
1.2 水文条件
根据隧道工程区含水岩组的特征[1]，该区段划分为2个独立的水文地质单元：雅关分散排泄系统和龙滩口岩溶大泉系统，其中雅关分散排泄系统富水性弱，该区地下水对隧道施工的影响较小，而当隧道开挖掘进途经龙滩口岩溶大泉系统时，该区域地下水的水量大，而且遇断层带、岩溶强发育带时突水的可能性大，对隧道施工影响大。
该隧道内地下水类型分为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水和第四系松散含水层孔隙水。大气降水为本区地下水的主要补给来源，补给方式为沿岩层层面及节理裂隙面缓慢渗入和沿落水洞、溶洞直接灌入补给。该区内北面雅关一带地下水以小关水库为最低排泄基准面，南面岩溶区地下水以龙滩口下降泉为排泄点。
1.3 地质条件
雅蛮区间暗挖施工隧道下穿岩层主要为薄至中厚层状中风化泥质灰岩、泥岩、灰岩。蛮坡站至雅蛮区间ZDK19+100内出露的地层按地层年代由新到老描述如下。
(1)1-1-2杂填土(Q4ml)：褐黄色、黑色等，颜色杂乱。主要成分为建筑垃圾、块石、黏土垃圾等构成，成分杂乱，结构松散，填筑厚度0～7.1 m。
(2)9-05-2三叠系安顺组(T1a)：分布于YDK18+167.6～18+364段、YDK18+364～YDK18+500段和YDK18+500～YDK19+065段，地层岩性为浅灰、灰白色、灰黄色中厚层-厚层状白云岩。细晶结构，节理裂隙较发育，方解石脉充填及铁质侵染。
(3)10-16-2三叠系大冶组(Tld)：分布于YDK19+065～YDK19+249.34段，地层岩性为灰、灰黑色薄至中厚层灰岩。细晶结构，节理裂隙较发育，方解石脉充填及铁质侵染。
(4)11-11-2三叠系下统沙堡湾组(T1s)：页岩夹薄层泥灰岩。
依据工程地质调绘、地表地质调查表明，该场区范围内为岩溶强发育区，场区内碳酸盐分布较广，岩溶形态主要以溶洞、溶沟、裂隙为主，岩体内主要为溶孔、垂直溶洞(隙)、悬臂岩体等，溶洞填充状态为无充填状态或全充填状态。地下岩溶发育形态主要为隐伏型溶蚀洞隙，以岩体内发育溶洞(隙)，软塑黏土充填，少量空洞无充填。溶洞发育的较显著特征为垂向发育，顺岩层产状发育亦为岩溶发育的一个特征。综合判定场地范围内岩溶强发育。
2 溶洞突水及成因分析
2.1 溶洞突水事故概况
2014年8月18日0：05，贵阳市轨道交通1号线雅蛮区间ZDK19+200处开挖支护施工时发生突水突泥事件，涌水量较大，当时水位上涨迅猛，不到20 min时间在蛮坡站2号竖井4个工作面就灌满水，整个断面淹没4 m左右，发生突水时掌子面峰值涌水量达700 m3/min，在16 h之内已将整个竖井灌满，涌水量约18 000 m3，同时在中心环北线蛮坡大桥附近的龙潭口泉眼已经不出水。图2是泉眼与溶洞的相对平面关系示意，图3是突水后2号竖井水位。
图2 泉眼与溶洞的相对平面关系示意
图3 突水后2号竖井水位
2.2 成因分析
根据水样简易水质分析成果判断，隧道内水来源主要为雨水、地表污水下渗及地下水同时补给。
(1)天誉城、森林公园一带上部覆盖层很薄，大部分为基岩出露，这一带冲沟、沟谷内未见汇集成小溪等统一排泄，为分散下渗，降雨沿岩层层面、裂隙带入岩溶管道渗到地下含水层中，最终汇入竖井内，因此，雨水为竖井涌水的来源之一。
(2)周边环境地表污水流至施工竖井北面一带，由于该处管道未完全封闭，大多数污水沿第四系杂填土中渗入地下，汇集至场区地下；同时，下雨天雨水形成的地表径流与生活污水混合，均沿排污管道流至管道未封闭段，流入施工隧道中。
(3)隧道开挖未揭露地下岩溶时，地下岩溶管道、裂隙被水充满，地下水主要从龙滩口下降泉排泄，当岩溶揭露后，改变了地下水的径流和排泄通道，赋存的地下水涌进隧道内，造成开挖段隧道及竖井被水充满。
3 事故处理
3.1 特殊地质条件分析
发生突水、突泥事件后，立即对岩溶位置、形态、发育进行补勘勘探[2,3]，确定溶洞、龙滩口、大桥的相对位置关系。左洞揭露溶洞容积约1 680 m3，除去不能冲水部分溶洞容积约400 m3，揭露溶洞段约有200 m3被水充满，根据抽水水量初步判断地下岩溶至少有15 000 m3溶洞。右线揭露地质与龙潭口泉眼贯通，溶腔较大，深度约65 m，在右线有暗河横穿右线仰拱，仰拱下约12.5 m深，存在地下暗河。
3.2 左线溶洞及掌子面的处理
3.2.1 溶洞淤泥清理
经现场测量，洞内淤泥量约1 870 m3，工程量大，且淤泥较深，因洞内溶洞处水流较大，淤泥受水冲刷较稀，不易清理，且不易从竖井中清理出洞外。因此，在清理淤泥时掺加6%～8%水泥或部分石灰固结、板结等方式固结，但采用此法必须将水进行疏导，防止溶洞流出的水到处漫流，从而达不到固结淤泥的效果。具体处理措施如下。
(1)围堰的施做
对左、右线隧道及雅蛮区间、横通道淤泥分3块进行处理，如图4所示。①靠近左洞右侧流水沟处纵向用沙袋堆码一道2 m高的围堰1，围堰宽度1.5～2 m直到左线左侧边墙，然后在横通道与竖井交叉口处堆码一道围堰2和围堰3，其中围堰3延伸至掌子面，然后利用掌子面的流水冲出沟内淤泥，清出一道2 m宽的排水沟，确保右侧水道畅通；②清除Ⅰ部分中淤泥(包括右线站台隧道、横通道、雅蛮区间右线)，再清除Ⅱ部分中淤泥(包括左线站台隧道)；③清除Ⅲ部分中淤泥(雅蛮区间左线)；④淤泥清除完后清除围堰，清理流水沟，保证流水畅通。
图4 洞内淤泥分块清理示意
(2)利用横通道或大里程一端淤泥较少的端面打开工作面，并掺加水泥或石灰进行固结，然后分段分块清理淤泥。
(3)淤泥装袋或固结后，通过料斗从竖井中清理出去。
(4)装袋淤泥要沥干、晒干后方可运出，施工过程中，为加快进度，将淤泥暂存地表，通过水泥进行适当固结后再进行清运。
3.2.2 溶洞一次涌泥处理
在清理掌子面淤泥过程中，左线ZDK19+200处掌子面前方溶洞内存在岩溶裂隙和岩溶管道。由于溶腔较大，存在大量土夹石，且有大量水流出，掌子面处既没有对止浆墙进行加固处理，也没有较强的辅助措施，从而导致了掌子面发生第一次涌泥。
针对以上事故，采取掌子面喷射混凝土及砟堆，并设小导管，通过注浆，使渣堆和掌子面前方溶洞内淤泥固结，以免发生二次涌泥。同时，拱架原来的工字钢型号I18改为I22b，间距缩小到每榀40 cm，安装φ200 mm排水管道，并向溶洞内安装泵管、注浆管，同时在溶洞内打3 m长的锚杆，泵送混凝土填充。
3.2.3 溶洞二次涌泥处理
开挖1.5 m后，在ZDK19+198处发生第二次溶洞涌泥，在正前方向上的溶洞位置处涌出淤泥加石。采取的处理方案如下：
(1)距离掌子面最近的2榀拱架下方增设2榀I18型钢，作为施工管棚的导向架；
(2)施做管棚，管棚直径为89 mm，壁厚8 mm，间距35 cm，长度为20 m；
(3)掘进时配合超前小导管使用，小导管间距35 cm，直径50 mm，壁厚5 mm；
3.2.4 掌子面加固及开挖支护措施
溶洞处理完且管棚注浆固结后，对掌子面进行开挖支护。为保证隧道断面净空，在溶洞处理段断面扩大50 cm，并加强二衬厚度和增加钢筋数量，保证施工、运营的安全。
开挖支护前，要做好超前地质预报，长、中、短距离的探测手段相结合，同时开挖进尺控制在0.6～0.8 m，加强隧道内和周围地表构筑物的监控，通过监测数据指导施工。
3.3 右线溶洞处理
为防止右线隧道出现类似的溶洞突泥突水事故，本工程对右线隧道做超前地质预报。通过地质雷达探测[4]，钻设水平钻和加深炮孔，确定溶洞具体位置，将溶洞揭露出来。鉴于此，设定临时处理方案，将3根φ300 mm钢管深入溶洞底部，利用钢管将水引出，后采用洞砟将底部回填。初期支护时，该处预留变形量为50 cm。其中图5为右线断面揭开后地下流水及溶洞情况，图6为 临时安装预埋排水管道。
图5 右线断面揭开后地下流水及溶洞情况
图6 临时安装预埋排水管道
溶洞处理具体措施如下：
(1)对溶洞壁危石进行清理，然后施做主、副拱，后期用混凝土将拱顶空腔回填，主、副支护采用I22b型钢、中心间距40 cm，同时在左右侧各预留一个洞门；
(2)开挖断面扩挖50 cm，衬砌厚度考虑90 cm，外侧预留管道预埋空间，为将来抵抗水压及外侧回填注浆带来的二衬压力提供受力储备条件；
(3)掌子面前方70 m范围内为地质异常带，扩挖段延伸至F1断层。
4 周边构造物稳定性处理
由于受到溶洞突泥、涌水影响，距离溶洞处蛮坡大桥地表和竖井出现不同程度裂隙和沉降，为了保证中心环北线蛮坡大桥和隧道初支的稳定性，需要对原设计进行重新计算，验算是否满足现有条件要求，采取相应的加固措施[5,6]，本工程主要从以下二个方面进行处理。
4.1 蛮坡大桥裂缝的加固
受雅蛮区间溶洞突泥、涌水影响，蛮坡大桥地表出现多条裂隙，裂缝宽度为8～10 mm，且边坡防护桩基顶部发生位移，最大值达到17 mm。因此，为了保证桩基顶部位移和地表裂缝宽度不再发生变化，对边坡进行加固处理，具体措施如下：
(1)对现场出现的多条裂缝进行灌浆封面处理，浆液采用水泥净浆；
(2)注浆加固完成后，及时进行表层混凝土封面，封层厚度10 cm；
(3)对新增的泄洪渠围护桩进行加固，防止变形增大，在第一排与第二排间增加一道长为30 m锚索，并保证施作的锚索穿过蛮坡大桥基础承台外围5 m，确保锚固质量；
(4)施工过程中加强监控量测，及时观察大桥的沉降变化，同时加强地表的观测，确保施工安全。
4.2 竖井处马头门的加固
通过监控测量，竖井拱顶发现不同程度的下沉和水平收敛现象，为保证竖井及站台隧道初支的稳定性，避免次生灾害的发生，在左右线马头门位置处增加φ32 mm中空锚杆，长度9 m，间距1.2 m×1.2 m。采取如下措施。
(1)处理范围：竖井进马头门位置口部向上5 m，4个工作面从竖井下口位置向各掌子面方向各延伸10 m。
(2)加固处理参数:在2号竖井交叉口环向位置进行加强支护，参数为锚杆采用自进式中空注浆锚杆，布孔采用梅花形布置，间距1.5 m×1.5 m，锚杆长定为9 m，加强中空锚杆的注浆，采用双液浆注浆工艺。
(3)增设钢筋网片：网片采用φ16 mm钢筋，网格间距为15 cm×15 cm。挂网时要与打设的自进式注浆锚杆有效连接。喷射混凝土时根据施工情况和补强措施，采用C25混凝土喷射，封闭岩面，厚度为10 cm。
5 施工建议
结合前人岩溶隧道研究成果和本工程突泥突水处理措施[7-9]，提出以下建议。
5.1 加强岩溶隧道地质勘察
在隧道开挖施工前，加强岩溶区超前地质勘察，探明岩溶地质发育情况及分布，给隧道开挖及灾害防治提供真实的资料。在具体施工中，可以采用掌子面地质调查与钻探、物探等方法相结合的综合勘察方法，同时对预测釆集数据进行研究判断和修正，及时调整隧道开挖方案和支护参数。对于施工过程中出现的事故，应立即对溶洞位置、形态、发育进行补勘，为后续施工提供准确资料。
5.2 快速封堵，增设混凝土止浆墙分流减压注浆[10-12]
钻孔推进中遇涌水，当孔内涌水和压力不高时，在孔口插小直径注浆管，实施顶水压浆，将钻孔已施钻部分封住，不让水涌出，再逐步推进。当孔内涌水大压力高时，应当采取混凝土止浆墙分流减压处理方案。
5.3 对洞穴填充物的处理
岩溶隧道开挖过程中，常常会遇到全空的或部分填充的溶洞。在这种情况下，用一般程序的开挖与支护手段，容易造成孔洞塌陷，难以保证开挖稳定性。当采用全断面注浆封堵、置换注浆和填充物加固进行处理。
6 结语
岩溶隧道建设过程中的隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点[13-15]，导致岩溶隧道工程施工安全事故频发。本工程以雅蛮区间特大溶洞事故为背景，对岩溶突泥突水的成因进行分析，并采取一系列措施进行加固处理；同时对右线地质进行补勘，提前揭露岩溶，并进行处理，从而防止事故的再次发生。同时，对于突泥突水引发的周边构造物裂缝和沉降等安全问题进行了加固处理，合理解决了本次工程中突泥突水问题。最后，结合本次工程事故与前人对岩溶隧道的研究，针对溶岩突泥突水问题提出了合理化建议，旨在为以后溶岩施工提供借鉴和参考。
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收稿日期：2015-11-03； 修回日期：2015-11-16
基金项目：国家自然科学基金(51378235)；湖北省自然科学基金(2014CFA117)
作者简介：陈发达(1966—)，男，高级工程师，主要从事土木工程施工及管理工作，E-mail：[email protected]。通信作者：方伟立(1990—)，男，硕士研究生，研究方向为工程安全与风险管理，E-mail:[email protected]。
文章编号：1004-2954(2016)06-0095-05
中图分类号：U458
文献标识码：A
DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.020
Study on Treatment Countermeasures against Water and Mud Gushing in Manpo Station
CHEN Fa-da1，ZHOU Huo-feng1，FANG Wei-li2，ZHANG Peng-shuai1，WU Xian-guo2
(1.Guiyang Urban Rail Transit Co.，Ltd.，Guiyang，550091，China; 2.School of Civil Engineering and Mechanics， Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China)
Abstract：Based on the project to treat water and mud gushing in Manpo station of Guiyang，the cause of water and mud gushing is analyzed and measures are implemented of cleaning up sludge，primary treatment of gushing mud，second treatment of gushing mud and consolidation of tunnel face. In order to prevent such accident from happening，geological conditions of the right line are surveyed，and，the hidden karst is handled in advance. Then，cracks and settlement of surrounding structure caused by water and mud gushing are treated and reinforced. Combined with the engineering accident and early researches on karst tunnel，suggestions to handle water and mud gushing are put forward．
Key words：Rail transit; Karst; Tunnel; Water and mud gushing; Reinforcement; Construction