岩溶隧道突水突泥影响因素及对策

岩溶隧道突水突泥影响因素及对策
【摘要】本文主要从岩溶涌突水突泥的机理、隧道突水突泥的影响因素、整治措施三个方面对岩溶隧道突水突泥影响因素及对策进行阐述。

【关键词】隧道；突水突泥；对策
一、前言
随着我国经济的发展，公路的铺设也越来越广。

在公路施工时，难免会开挖隧道。

由于我国的地质复杂，在岩溶隧道施工时时常有突水突泥的情况发生。

如果处理不当回严重的影响地下水环境。

下文将对此问题进行论述。

二、概述
我国是个多山国家，75%左右的陆地国土均为山地或重丘。

由于隧道具有对地表自然环境破坏较小、缩短行车里程等优点，在山区高等级公路建设中越来越多地被采用。

据不完全统计，截至2009年底，我国公路运营隧道共计5627座，其中特长隧道190座，82.11 万延米。

从已有的工程来看，隧道工程主要是通过影响水环境而造成生态环境破坏。

隧道开挖破坏隧址区域地下水的原有平衡，影响地下水正常的循环，从而造成一系列生态环境问题及效应，其中，又以隧道涌水表现最为突出。

山岭隧道建设中，因开挖形成临空面，使地应力重新分布而形成岩体松弛带，使岩体的渗透系数增大，改变了天然渗流场（通常使天然隔水断层变成导水断层），导致隧道渗水或涌水。

大量的地下水渗漏可能会对隧道施工和营运造成不利影响，与此同时，隧道建设也会对地下水产生一系列不利影响，二者之间有着复杂的联系。

三、岩溶涌突水突泥的机理
1、止水岩柱受拉破坏
经验和计算表明,在高水压作用下,岩溶区隧道开挖过程中,一定要留够一定厚度的安全岩柱,安全岩柱的厚度越大和强度越高,越不易突水,否则,很容易发生涌突泥,合理的安全岩柱可以通过工程类比法、解析法、数值计算法等方法获得。

工程类比法就是根据相似条件下隧道开挖未产生涌突水的岩柱和开挖产生突水的岩柱厚度的对比分析,同时根据围岩松动圈、裂隙扩展长度等确定。

2、裂隙的剪切破坏
对于软弱围岩或节理裂隙发育的岩溶隧道,岩溶突水基本符合为摩尔-库仑强度强度理论,即当土体中某点的任一平面上的剪应力达到土的抗剪强度时,就认为该点已发生剪切破坏,该点也即处于极限平衡状态。

表达式为
Sf[SR(3)
Sf=Rtan<+c (4)
式中:Sf为某一溶隙或节理面上土体的剪应力;SR为该节理面土体的抗剪强度；R为作用在剪切面上的法向应力;c为土的黏聚力(内聚力)；<为土的内摩擦角。

3、裂隙的水力扩张
岩溶地层中存在较多的节理、裂隙,在某些情况下,其破坏主要裂隙在水压力作用下的张开和滑移,参考断裂力学的最大周向正应力理论,其破坏准则为12[k&Ntilde;(1+cosH0) -3k&Ograve;sinH0]cosH02=k1c
式中:k&Ntilde;为在外力作用下,&Ntilde;型裂缝尖端产生的应力强度因子；k&Ograve;为在外力作用下,&Ograve;型裂缝尖端产生的应力强度因子;H0为裂缝的张开角度；k1c为材料固有的断裂韧度性。

4、关键块体的失稳
在高压、富水比较坚硬的岩溶地层中开挖隧道,围岩被节理和裂隙切割成各种类型的空间镶嵌块体,在隧道开挖以前,这些块体处于自然平衡的状态下,隧道开挖以后,由于应力释放和高水压的作用使关键块体失去稳定,从而导致隧道其它块体变形和坍塌,从而与含水构造连同,引发隧道涌水突泥。

四、隧道突水突泥的影响因素
1、地质构造
从隧道围岩的结构特征来看，不论何种围岩，当其隧道掘进至破碎带发育地域时，隧道常会发生大规模、高水压的涌（突）水。

破碎带可以断层破碎带或是断层影响带，也可以是各种褶皱发育地域，有地应力引起区域岩体破碎。

还可以是各种岩性接触带。

2、地形影响（水压力影响）、地貌影响
隧道涌水与隧道穿越区地貌条件密切相关，隧道涌水量随地形地貌条件及隧道位置的变化而变化。

由于隧道通过的地段地质条件复杂，地形复杂、埋深越深。

揭露的水文地质单元多，水源补给量充足，地形高差越大、汇水面积越大、水头压力越高。

如日本的旧丹那隧道1918年开工后曾6次遇到大突水．最大的一次断层突水达3．3m3／s．水头压力高达1．4～4．2MPa，贯通时总涌水量达1．68m ／s．致使该隧道历时16年建成。

我国的京广复线大瑶山隧道通过F9 断层时，曾遇到0．5m3／s的突水，射程达8～10m。

在深部岩体中，岩体断续裂隙在极高水压力下易发生扩展，裂隙相互贯通后再进一步张开，发生水力劈裂。

探埋隧道工程围岩若发生水力劈裂，这将使裂隙的连通性增加．张开度增大．从而增加渗透能力；此外，动水压力作用还能使裂隙面上的充填物发生变形和位移，尤其是剪切变形和位移，由此导致裂隙的再扩展。

这些都有利于隧道涌水量的增大。

3、岩性影响
隧道涌水量与地层岩性也有较密切的关系。

据新七道梁隧道施工中统计：灰岩夹千枚岩围岩，隧道涌水量较小，比涌水量一般为6.48-124.24L（min.km）-1。

灰岩类区段比涌水量一般为93.75-952 L（min.km）-1。

泥质岩及砂岩类围岩，由于受断裂带以及地下河影响，比涌水量达699.56 L（min.km）-1。

砂岩的比涌水量可达到1366.36 L（min.km）-1。

可见岩性对涌水的影响。

岩性对涌水的影响主要体现在岩石的可溶性，岩石受水的长时间的冲刷和溶蚀作用，易在岩体破碎或不同岩性岩石接触面处形成溶腔。

并存储大量水，当人工直接开挖至溶腔或扰动岩体，使裂隙扩展引最终引发涌水或突泥。

五、整治措施
1、断层突水治理
断层揭露前一般岩溶水会在沿较明显的弱面结构涌出的可能，因此突水治理以断层系统的封堵为原则，基于综合物探手段的精细定位，充分借助隧道左右线和横洞的空间位置实施未揭露断层的超前预注浆治理，具体见图1。

探明导水断层属性后，根据断层规模及其于隧道位置关系，选择双洞掌子面预注浆或横洞预注浆。

在安全的前提下，掌子面预注浆尽量靠近断层位置实施作业，但横洞预注浆时，超前洞尽量远离断层，并在横洞口设置防水闸门，确保注浆实施安全。

若导水断层因误探或施工揭露发生大面积突（涌）水，则迅速在此实施超前预报，并侧重超前钻孔与钻孔电视手段探明含导水构造的性质，实施分区划段治理方案，对断层影响范围内的渗水、滴水、淋水以及小股涌水实施分区划段治理，对于断层附近的突（涌）水则实施分流减压控注浆治理。

2、岩溶管道突水治理
当岩溶管道未揭露时，岩溶水沿管道衍生的地质结构面涌出时，同样实施分区划段治理，快速封堵隧道附近的裂隙通道，为靠近掌子面实施深部围岩的固注浆创造良好的工作条件。

在掌子面前方固结灌浆的基础上实施管道内固结灌浆，截断管道内的水流，具体见图2。

若岩溶管道揭露突水时，一般为股状大流量出水，此时适宜在引排减压的条件下实施模袋注浆，后采用单孔多泵集中注浆或多孔多泵大流量控水注浆。

3、暗河突水治理
暗河突水水量大、持续性强，未揭露时采取局部预注浆或绕行的措施，若暗河在隧道上方则需施作分流导洞进行排水，若暗河位于隧道底板则采用施作桥涵的方式通过，暗河预注浆时则一般需施作纵通道和横通道，以保障引排水和施工安全需求。

若暗河不慎揭露后，只能以排放为原则实施被动治理，具体治理措施为：（一）施作导流泄水洞，将大部分暗河水排至隧道外；（二）固结并清理含水涌出物，改善施工条件和环境；（三）对危险地段加强支护，尤其是突水突泥部位；（四）分析与探测潜在突水位置与区域，实施封闭注浆，防止二次突水发生。

六、结束语
总之，在处理岩溶隧道突水突泥的情况时，要采用正确处置方法。

加强对施工人员的培训，使其了解突水突泥的机理，以便做好一定的防范措施。

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