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［摘要］

東山供水輸水線路施工五標主要是在含砂低液限黏土中開挖長1.6km的隧洞，地質條件復雜多變，發生坍塌、劈幫、塌方、涌水、涌水泥沙、涌水涌泥等地質災害的頻率較高。通過對東山五標土質隧洞地質災害的處理，總結施工經驗，對土質隧洞地質災害處理工藝進行說明，可為類似工程施工提供借鑒。

［關鍵詞］

坍塌；涌水泥沙；涌水涌泥；地質災害處理；東山供水

1工程概況

晉中東山供水工程輸水線路施工五標9號隧洞總長約2.273km（樁號YD7+205.94—YD9+478.86），為無壓輸水隧洞，隧洞坡度0.3‰，施工布置2條施工支洞，其中土質隧洞全長1623.865m，樁號YD7+651.185—YD9+275；石質隧洞位于標段結束兩端，長649.075m。9號隧洞斷面形式為馬蹄形，采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度300～400mm。

2土質隧洞地質條件

該工程位于古河床上，土質圍巖主要為第四系下更新統Q/1灰黑色淤泥質含砂低液限黏土、級配不良砂層、粉土層和砂卵石層，且互層出現；濕—飽和，呈硬塑狀態，松散，地下水位位于洞頂以上，存在滲水或涌水現象，圍巖類別為Ⅴ類，洞頂及洞身主要以級配不良砂層為主，開挖過程中易產生塌方，圍巖極不穩定，施工過程應加強支護。

3地質災害成因

9號隧洞土質段在開挖支護過程中，發生涌水、涌砂、涌泥地質災害的部位和成因主要分為以下3種。

3.1涌水地質災害根據土體構成，本工程土體主要含水層為砂層和砂卵石層，因此涌水主要發生在含砂低液限黏土、粉土層構成的不透水層之間的砂層和砂卵石層，涌水量的大小和規模受砂層和砂卵石的含水情況和厚度不同而有所差別。由于隧洞要穿越含水豐富的砂層和砂卵石層區域，隧洞開挖施工過程中滲水水流從掌子面快速流出，形成涌水地質災害。

3.2掌子面周邊地質災害土洞開挖采用“分層、分區、預留核心土、預留保護層”的方法進行。根據開挖支護施工工藝，在上半部頂拱（起拱點以上部分）開挖工程中，由于土體地質條件較差，發生突發性涌水涌泥和涌水涌砂地質災害。由于9號土隧洞段所處部位地質條件較差，在開挖過程中遭遇了不良地質段（即含水層、含水含砂層和呈軟塑狀態的含水土層），開挖支護施工時，由于開挖改變了隧洞周邊土層的厚度及原有的受力結構，導致位于掌子面周邊的不良土層發生突發性涌水涌砂涌泥地質災害。

3.3開挖面與已支護完成面之間涌砂地質災害由于土洞采用分層開挖的施工方法，邊墻和底梁的開挖支護要滯后上半部（頂拱）開挖支護約2～3d。隧洞周邊的土層經過上半部和邊墻開挖支護擾動后，土體結構發生變化，加之洞內滲水量較大，洞內滲水沿著排水孔和支護噴混凝土與土層結合面進行滲流，對隧洞周邊土體產生侵蝕，導致土體發生液化，在進行邊墻和底板開挖施工時，在開挖面與支護完成面之間發生涌水涌泥、涌水涌砂地質災害。該類型地質災害具有規模小、速度慢、持續時間短的特點，且受周邊土層特性影響較大。

4處理方法

4.1掌子面地質災害處理方法

4.1.1涌水在保證安全的情況下，當用水量變小后，采用沙袋對涌水沖刷形成空腔進行回填，然后快速進行噴混凝土封閉和一次支護施工，在鋼支撐和沙袋之間鋪設一層土工布，并埋設排水花管，進行噴混凝土施工，形成對水流的封閉和集中引排。對不易回填沙袋的部位，直接進行預埋排水管，掛網噴混凝土封閉施工，然后進行一次支護施工。排水管長1.0m，前端花管用土工布包裹，防止水流帶走土體顆粒和沙粒，形成空腔。

4.1.2涌水涌砂涌泥地質災害處理方法首先采用沙袋進行塌方涌泥坡腳反壓，并用直徑42mm，長1.0m的小導管進行固定，穩定堆渣體。塌方穩定后，根據掌子面涌水部位，布置長4.0m，直徑42mm的小導管進行掌子面內滲水水流的引排，后期灌漿施工時，作為灌漿管對渣體和土體結構進行灌漿。排水管預埋后，根據情況進行掌子面C20噴混凝土封閉，為保證封閉混凝土的強度和整體性，可對掌子面鋪設直徑8mm，間距150mm×150mm的鋼筋網片，噴混凝土厚度以保證灌漿時不漏漿為宜，一般為15～20cm。涌水涌泥部位封閉后，采用YT-28手風鉆鉆孔安裝42mm，長3.0m的回填灌漿管，灌漿管設置排數和根數，根據涌水涌泥涌砂地質災害的規模和現場實際情況而定。灌漿管安裝后，噴射厚度10cm的C20混凝土，進行灌漿管周邊封閉處理，噴混凝土前進行噴混凝土面吹洗。超前小導管注漿施工：采用從底部向頂拱，從外向里（向掌子面方向）的順序進行回填灌漿施工，灌漿采用PO42.5普通硅酸鹽水泥，漿液水灰比0.5∶1～1∶1，灌漿壓力控制在0.2～0.3MPa之間。灌漿結束后，并待強12h以上，方可進行后續開挖支護施工。涌水涌泥段灌漿處理結束后，在涌水涌泥處布設排水孔，并埋設PVC排水管進行滲水引流，避免水流對周邊土體結構的侵蝕和破壞，同時給后期施工埋下隱患，排水管采用土工布包裹。塌方段處理采用114工字鋼，工字鋼之間的間距按50cm控制，根據現場實際揭露地質狀況進行適當調整。當揭露圍巖面發生脫落掉塊或劈幫后，造成局部區域超挖嚴重，在該區域適當加密施工直徑25mm的連系鋼筋和鋼筋網片，間距50cm。在塌方段下臺階開挖施工時，應注意觀察已支護上臺階工字鋼是否變形，拱腳處開挖時首先進行試探性開挖，并觀察起拱點是否存在涌水涌砂涌泥現象，若存在立即進行噴混凝土封堵，并在拱腳處加打長4.0m，直徑42mm的小導管進行水灰比為0.5∶1的灌漿加固處理，處理完畢后進行下半拱的后續施工。進行涌水涌泥區邊墻和底板開挖支護時，為避免涌水浸泡造成邊墻和底板預留保護層軟化，進而導致拱架變形，根據現場情況，必要時采用直徑102mm的普通焊管進行支撐，抑制支撐體系收斂變形。

4.2開挖面與已支護完成面之間地質災害處理方法首先對出口周邊的涌泥進行清理，然后采用土工布和沙袋進行涌泥口堵塞，再噴混凝土進行封閉。噴混凝土要將出口覆蓋并和周邊結合緊密。根據實際情況，判斷涌水涌泥涌砂形成的空腔，在涌泥出口上方已支護好的頂拱處，察看空腔大小，并利用缺口進行噴混凝土回填空腔處理。對噴混凝土無法回填的較高部位，采取在頂拱處打直徑42mm，長3m的超前小導管進行頂部空腔回填灌漿，灌漿壓力0.2～0.3MPa。回填灌漿結束后，待強10h以上進行“分層、分區”試探性開挖，確保不再發生涌水涌泥涌砂的前提下進行大面積掘進施工，掘進進尺控制在0.5m以內。開挖過程中，采用直徑102mm的普通焊管進行支撐，抑制工字鋼支撐體系收斂變形。

5安全穩定性分析

5.1處理過程中的安全穩定性處理過程中的安全穩定性主要考慮施工區域內土體結構的穩定性和工字鋼支撐體系的穩定性。土體結構的穩定性主要通過以下方面加固：一是對地質災害及其影響區進行固結回填灌漿，改善周邊土體結構，在地質災害區域周邊形成相對密實、完整性較好的土體結構，增加施工區域內土體結構的安全穩定性；二是在處理過程中主要采用噴混凝土封閉掌子面的方法增加施工區域內周邊土體結構的穩定性，滿足施工安全要求；三是在地質災害施工處理過程中采用直徑102mm的普通焊管進行支撐，加固工字鋼支撐體系的穩定性，確保施工安全；四是對地質災害發生區域，快速進行工字鋼底梁安裝和底部回填混凝土回填施工，盡早形成閉合的工字鋼支撐體系，確保隧洞工字鋼支撐體系的安全穩定性。

5.2處理后隧洞安全穩定性地質災害處理完成后，在地質災害發生區域設置臨時觀測斷面，定期收集變形觀測數據，并進行回歸分析。目前，東山五標土洞段監測斷面的觀測點數據變形量滿足《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》及《錨桿噴射混凝土施工技術規范》相關規定。

6結語

晉中東山供水工程輸水線路施工五標土洞段地質條件復雜，土體結構復雜，地質災害發生頻率高，采用上述方法處理涌水涌泥涌砂地質災害，取得了較好的效果，確保了發生涌水涌泥涌砂隧洞段處理后的安全和穩定，保證了后期隧洞施工的順利進行。

作者：劉芳 單位：太原理工大學 山西省東山供水工程建設管理局