隧道工程突泥突水灾害治理措施分析

隧道工程突泥突水灾害治理措施分析
作者：袁方迪张文涛
来源：《城市建设理论研究》2013年第12期
【摘要】隧道工程施工中时常会发生一些灾害，其中最为严重的灾害之一便是突水突泥灾害。

因此，通过对已发生的大规模突泥突水灾害案例进行深入分析与探讨，寻找解决与预防方案，对未来类似工程起到指导作用，减少灾害事件的发生，并对灾害进行安全处治。

【关键词】隧道工程突泥突水处治技术
【 abstract 】 tunnel construction often happen some disasters, one of the most serious disaster is the sudden mud water inrush disasters. Therefore, through to the outburst has a massive mud water inrush disasters cases, in-depth analysis and discussion to find a solution and prevention plan, play a guiding role for the future similar projects, reducing the occurrence of disasters, and to safe handling of the disaster.
【 key words 】 sudden mud water inrush of tunnel engineering treatment technology
中图分类号： K826.16文献标识码：A 文章编号：
一、前言
随着我国经济的迅猛发展，地面空间已出现匮乏，越来越多的地下空间开发被现代人所重视。

现如今我国在建的铁路隧道长达6000km，即将开工隧道高达9000km。

但隧道工程施工由于地质复杂，开发难度较高，经常有突泥突水的地质灾害情况发生。

二、突泥突水灾害成因研究
1.地质条件和突泥突水致灾机理
突泥突水灾害的发生的条件是水资源供应充足，因此在水利充足的河谷、盆地、大型平原等地区，其区域特征有利于大气降水的汇集与径流，都是突泥突水事故的多发地。

从地质的岩性上来看，碳酸盐地区是突泥突水现象的多发地，在地质构造复杂，断裂、裂隙和褶皱地区的灾害发生现象尤其突出，例如岩溶地区和承压水层地区。

经过诸多案例分析与研究发现，在隐伏断层、局部构造破碎带、岩溶陷落柱以及岩溶塌落洞等隐蔽型导水构造的地区是吐水灾害发生的重点地段。

大量学者研究人员对对煤层底板隔水层的地质构造和岩石力学结构、采矿扰动破坏机理、水岩相互作用机理及它们之间相互关系进行了研究，认为突水发生的模式主要是地下水的环境及演化，他们提出了突出机理和煤层底板隔水层防高压水侵入的分析方法。

除此之外，隧道埋深大处于高压状态也是导致突泥突水灾害发生的原因。

综合来看，“高压、富水、不良地质”三者不利组合是诱发突泥突水灾害的地质条件。

2.工序环节与预测预报
灾害主要发生在开挖或清淤两个工序环节，在这两个工序进行施工时要加强防范措施，着重注意预防突泥突水现象的发生。

从以往的灾害结果来看，许多隧道突水突泥的规模都非常大。

因此加强地质超前预测预报，溶腔或断层等不良地质是可以发现的。

如若预测预报工作做好，将会有效防止灾害的发生，减少人员伤害与资源损失。

3.工程处理
就以往的突水突泥灾害发生情况来看，总结出了几种常见的灾害发生情况。

其中包括：突发性灾害；先发生小型突水突泥，在处理过程中发生大规模突水突泥造成严重灾害现象；溶腔采用大管棚注浆加固开挖时发生灾害；超前探孔时，孔口未安设闸阀造成灾害。

从以上几种发生灾害的类型来看，发生灾害原因主要体现在三方面：未发现风险源；发现风险源但技术方案不合理；发现风险源，但施工管理措施不到位。

因此施工方应就这三方面问题加以改正。

在复杂地质条件下，应在超前预报、涌出物处理、注浆质量和开挖支护等方面予以加强。

三、探测预报技术研究
就目前研究表明，突水、突泥等地质灾害的探测预报技术主要集中在地震波、声波反射和电磁波等物探和超前钻孔探测等几个方面，亦有地质学者结合地质素描和电镜扫描等物理方法进行探测预报，有的学者则采用了岩溶电网络模拟、岩溶浸没、岩溶地下水污染的水动力弥散法等模拟实验方法，主要的国内外研究成果汇总如下: Louis，Vafidis 等采用电阻成像技术和地震波反射法探测对了Lakka 岩溶含水层的厚度; Franjo Sumanovac 等采用2D 电阻成像技术、双梯度成像技术、高分辨率反射法以及折射法等对克罗地亚地区的岩溶进行了探测; 电阻法和γ 射线法则在尼泊尔的Pokhara 谷地岩溶探测中进行了引用。

四、灾害处治程序
在突泥突水灾害不可避免并已发生后，应立即进行清淤安全的风险评估，严格且结合工程特点制定安全可行的突泥突水处理方案。

虽然抢险后恢复施工是极其重要的，但在有人员受困的现象发生情况下，清淤抢险的第一宗旨是救人。

清淤前对清淤安全进行风险评估是必要的，要分情况来制定措施。

1.先挡后清
当风险评估认定清淤不安全时，必须要按照清淤安全所需，在掌子面溃口后方设置挡护结构。

由于隧道的特点不同，可采取不同的设挡方案，例如：地面垂直设挡或洞内迂回设挡方案。

（一）地面垂直设挡
对于施作洞内迂回导洞工程量极大，周期较长的反坡隧道时可采取先对地面注浆施作封挡结构，然后再进行清淤处理。

封挡结构要由专业队伍进行专业设计并施作，同时按允许透水进行抗剪强度安全验算。

（二）洞内迂回设挡
对于顺坡施工的隧道在发生突泥突水灾害后，可通过洞内是做迂回导洞至突泥突水点顶部，采取垂直注浆或旋喷措施，完成封挡结构，之后再进行清淤。

至于封挡结构也是要由专业队伍进行专业设计，同时进行抗剪强度安全验算。

2.合理清淤
突泥突水灾害发生后的清淤工作是既艰巨又危险的，如若少有不慎，极有可能发生清淤过程中的二次突泥灾害，严重时可能会出现人员伤亡。

在采取清淤过程当中，应尽量采用较小的断面；制定安全观察措施，做到随时撤离的准备；清淤到一定距离时，应对淤积体的安全进行评估；清淤过程中进行适当的封挡，待对淤积体注浆改良后再清理封挡。

五、溃口治理技术
1.水的处理
治理溃口的关键在于水的处理，为了保证施工安全，对于地下水要采取降压措施。

因地制宜，不同地层采取不同降压措施，例如释能降压或钻孔排水降压法。

（一）释能降压法
采取高压富水填充的溶腔内部充满水、泥、砂和石块，与地下暗河相连，水压高，静储量大，施工时势能、动能巨大的泥水混合体易发生爆喷，危险性极大，无法保证施工安全。

因此，在施工过程中应采取释能降压技术进行处理。

势能降压技术是指当隧道里充满高压富水填充的溶腔时，设置独立通道接近溶腔，采取精确爆破，主动释放溶腔充填物的势能和动能，实现低压或无压条件下安全施工。

（二）钻孔排水降压法
遇到断层有破碎带的地质时，应采取钻孔排水降压法，使处理溃口时注浆更容易并保证质量，与此同时也起到去除隧道开挖过程中高压水风险的重要作用。

钻孔排水降压方案是对溃口区注浆加固范围外进行钻孔泄水降压。

一般泄水区域纵向范围为溃口左、右两侧各5～8 m 以外，钻孔直径为φ150 mm。