公路隧道充填型岩溶管道突水灾变机理及演化过程数值分析
隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理
隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理随着经济的蓬勃发展和基础建设的逐步完善,我国隧道与地下工程得到高度发展,隧道修建所面临的地质环境也日益复杂,强岩溶、大埋深、高地压,地质构造极端复杂,导致突水突泥灾害时常发生,已经成为制约隧道安全快速施工的主要因素之一。
对突水突泥孕灾环境认识不清,对突水突泥灾害是否发生判识不准是隧道突水突泥灾害时常发生和难以遏制主要原因。
本文以隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理为主要研究对象,以利万高速齐岳山隧道等众多工程实例为依托,通过文献调研、现场调查、软件研发、理论分析、试验装置研制、室内试验、典型案例分析等手段,开展隧道突水突泥致灾系统、岩溶隧道突水突泥抗突评判方法与软件及隧道充填溶洞间歇型突水突泥临灾判据三个方面研究,获得以下研究成果。
(1)调研了我国300余例隧道突水突泥工程案例,揭示我国突水突泥隧道的分布特征,进而将诱发隧道突水突泥灾害的致灾系统划分为3类1 1型,即岩溶类(占比45%,1 42例,包括溶蚀裂隙型、溶洞溶腔型、管道及地下河型)、断层类(占比28%,86例,包括富水断层型、导水断层型、阻水断层型)和其他成因类(占比27%,84例,包括侵入接触型、构造裂隙型、不整合接触型、差异风化型、特殊条件型),提出了不同类型致灾系统的结构特征、赋存规律以及识别方法,并对每种隧道突水突泥致灾系统类型开展典型案例分析。
研究了隧道突水突泥孕灾过程,提出了直接揭露型、渐进破坏型、渗透失稳型、间歇破坏型4种典型隧道突水突泥孕灾模式,表征了隧道突水突泥灾害的孕育、发展过程和致灾特征。
(2)提出一种隧道突水突泥抗突评判方法-RBAM法,可用于隧道工程现场突水突泥的快速判识。
考虑水动力条件、不良地质、抗突体厚度和围岩特征四个方面因素,构建了突水突泥抗突评判影响因素指标体系,并提出了各影响因素等级划分方法与评分体系,形成了适用于工程现场快速查询与评判的影响因素分级与评分表,阐述了抗突评判方法的实施流程。
隧道岩溶涌水突泥成因分析及整治措施
隧道岩溶涌水突泥成因分析及整治措施[摘要] 在岩溶地区修建隧道时，常遇到突水、涌泥等地质灾害，对人员及财产造成重大的损失。
本文将隧洞岩溶涌水突泥的成因分为地质因素和工程因素两大类，进行了详细的分析，针对不同涌水情况，提出了整治对策，为隧道涌水突泥灾害的分析、治理提供一定的参考。
[关键字] 隧道工程涌水突泥成因整治措施1 前言随着我国隧道、矿山、水利及其它地下工程建设的快速发展，遇到的工程地质条件不断复杂，面临的问题也越来越有挑战性，特别是高压、富水区高埋深岩溶隧道面临高压突水、涌泥的危险，详细地分析了成因，提出相应措施，对隧道岩溶涌水灾害的防治具有很重大的意义。
2 成因分析隧道岩溶突水的实质是地下水原有的输水网络或存储条件受到外界因素的影响而失去平衡而导致失稳的现象，其影响因素众多且复杂，但总体上可分为地质因素和工程因素两大类。
2.1 地质因素（1）地形地貌。
从多个隧道建设中的突水实例调查发现，整个工程的地形地貌条件与突水的发生密切相关：地表岩溶洼地、沟槽地区为雨水等的汇集提供有利条件，而岩溶洼地、槽谷中的落水洞或漏斗使降雨转入地下，成为地下水的补给区。
在隧道横断面上，地形地貌可分平坦型、凸形、山谷正下方平行型、山谷侧下平行型和单斜面型；在纵断面上，地形地貌可分平坦型、凸型、横贯河流型、盆地型和平凸型。
在横断面地形类别中，山谷正下方平行型和侧下平行型隧道的比突水量最大，凸型隧道的比突水量则最小。
从纵剖面来看，横贯河流型、盆地型和平凸型隧道的比突水量最大，平坦型和凸型隧道的比突水量则相对要小很多。
从中可以看出，突水量的大小与地形地貌有较大的关系，在隧道前期勘察过程中应多注意，尽避开可能发生突水的地段。
（2）地层岩性。
大型突水灾害多发生在灰岩、白云岩等可溶岩地层中，地层岩性越纯、单层厚度越大则岩溶越发育，越易形成大型岩溶管道。
在碳酸盐岩中，除化学沉积，还有碎屑沉积，为发育大型含水岩溶管道创造了条件。
隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案探究
隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案探究发表时间：2019-01-09T16:11:17.180Z 来源：《防护工程》2018年第29期作者：吕和章[导读] 工程因素、地质因素等均可能成为岩溶隧道涌水突泥现象出现的原因中铁十一局集团第五工程有限公司重庆 400037摘要：工程因素、地质因素等均可能成为岩溶隧道涌水突泥现象出现的原因，人们需要仔细地分析涌水突泥灾害的原因及其特征后，根据实际情况提出较为可行的灾害防治方案，以最大可能地降低灾害发生时的危害。
因此，如何采取最合适的方式对隧道涌水突泥病害进行科学处治是文章关注的重点。
关键词：隧道岩溶涌水突泥病害；发展机理；处治方案探究1工程概况1.1隧道岩溶涌水突泥病害的发生过程某分离式特长隧道，位于Ａ市至Ｂ市高速公路上，其中，左、右线长４７０７ｍ，线间距４０ｍ。
动工建设时间为２０００年３月１日，竣工时间是２００３年１１月。
瓦斯及煤、岩溶为主要隧道穿越的不良地质，并有石油、硫化氢和天然气等有害气体含于其中。
在营运后，人们已对隧道展开了数次病害处治。
特别是针对隧道病害，人们于２０１２年进行了比较全面的整治，包括路面病害、隧道结构性病害、硫化氢有害气体等，此为最近的一次整治。
２０１４年８月１９日２２：１０，有涌水突泥病害于左线隧道ＺＫ３７＋１８７左边沉砂池上部预留孔出现，沉砂池已无法完全容纳涌出物，涌出物中包括泥沙、块石和含较多泥的岩溶水，隧道车道中固体涌出物约长５０ｍ；２０１４年８月２２日２１：００、２０１４年９月２０日１８：０３，涌水突泥现象再次于隧道相同区域出现，且每次均比上次涌出更多量物质，类圆球状，呈长途搬运痕迹。
几次涌水突泥现象导致了公路通车中断，但并未使公路上车辆及人员受到损害。
本次隧道突泥涌水的特征有：①突发性。
涌水突泥突然发生，在严重时，会造成开裂内鼓、初支掉块，隧道安全会受到较大影响；②水量大。
涌水突泥来势猛、流程远、涌水量大，并且许多砂砾石会含于其中，使洞中设施有被淹没的可能；③高压性。
岩溶路基突水原因分析及处治设计
公路 工程 ， ２ ０ ０ ９， ３ ４ （ ４ ） ： ３ ０— ３ ３ ．
［ ５ ］ 邹静娴， 许
下水 ， ２ ０ １ ０， ３ ２ （ ２） ： １ ６ ２—１ ６ ３ ．
３ 处 治 设 计
１ ）为使地下水顺利排泄 ， 并考虑到运营期 间清 除淤 积物 的便 利 ， 采用从 Ｋ ８ ７＋０ ０ ０陡壁 上 溶 洞 口
湖
南 交 通 科 技
３ ９卷
溶洞。在高速公路施工前 ， 也就是在采石坑被填埋 前， 大气降水下渗后 ， 主要通过底层溶洞往外排泄 ， 高层溶洞基本无地下水 排泄 。随着采石坑被填埋 ， 底层溶洞排泄不畅 ， 暴 雨时， 地下水位上升， 高层溶
洞 洞 口有地 下水 外泄 。
２ ）由于岩溶主通道 与附近 的岩溶裂隙及溶沟 相通 ， 岩溶水的淘蚀作用会带走充填物 ， 并在岩溶水 消退时会产生真空吸蚀作用， 容易造成该段路基塌
道（ 溶洞） 汇聚， 再 沿 区域 的溶蚀 基 准面排 泄 ¨ 。
３ ）对左侧路堑边坡上 的塌陷坑采用浆砌片石
充填 ， 避免坡面水流下渗。
４ ）Ｋ ８ ７＋ ０ ７ ０ 左４ ０ ｍ的落水洞与溶洞相连 ， 既
是过 水通 道 ， 也 是溶 洞 中堆 积 物 的主要 物源 ， 故对 落 水洞 不能 堵塞 ， 且适 当支挡 洞 底及 周 围的堆 积物 ， 避 免堆 积物 落人 洞 中。
接 ｑ ， ２ ｍ钢 波纹 管 把 岩 溶 水 排 泄 到路 基 外 ， 路 基 外
［ ６ ］田 军， 杨 献章． 羊角脑隧道施工时 的岩溶灾害及处治［ Ｊ ］ ． 公路
工程 ， ２ ０ １ １ ， ３ ６ （ ２ ） ： ｌ ２ ９—１ ３ ２ ．
岩溶隧道突水灾变机制分析
岩溶隧道突水灾变机制分析
要：针对岩溶突水灾害，分析了影响其发育的主要因素。
将隧道的突水过程划分为能量积蓄和剧变失稳两阶段。
基于力学分析，得到了水对裂隙岩体强度的劣化计算公式。
基于流体力学伯努利方程，得到了突水速度计算式，揭示了岩溶水压对突水量具有动力控制作用。
关键词：隧道工程、突水灾变、动力控制、岩溶隧道、剧变失稳岩体中地下水的存在和流动，是影响洞室围岩稳定性的主要因素。
不仅影响围岩的应力状态，而且影响围岩强度。
岩溶富水隧道受水影响尤为突出，由于水体的大量存在，在穿越不良地质段如破碎带、断层带等的情况下更容易发生围岩塌方、涌水突泥等围岩失稳事件。
因此，岩溶突泥、涌水等岩溶灾害已成为我国岩溶地区隧道修建过程中最为常见、也是最严重的地质灾害之一。
目前关于岩溶隧道的研究多集中在岩溶地质灾害描述，施工处治工艺和等方面。
而从力学角度研究突水机制较少。
黎华清[1]等利用孔间电磁波透视及Color-CT层析成像技术，研究了岩溶通道从深部向岩面贯通过程；贾磊[2]等针对隧道施工中突水突泥灾害的影响因素，提出了利用模糊综合评判方法来评判隧道的突水突泥风险；高峰、刘泉[3-5]等以实际隧道工程突水涌砂事故为依托，分析突水机制，并提出相关的治理措施；PESENDORFERM[6]对岩溶区隧道瞬态水压力变化规律进行了分析。
1岩溶突水的影响因素
岩溶突水实际上是一个复杂多变的地质灾害，如图1，隧道水砂突涌灾害对隧道从设计到施工的诸多方面都有重要的影响。
因此，分析隧。
隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案
隧道岩溶涌水突泥病害发展机理及处治方案摘要：此篇文章对岩溶隧道内出现的涌水实泥之类的情况进行了阐述，之处其会对交通运行造成影响，同时也可能导致人身受到伤害，财产遭受不必要的损失，所以，大家必须注重此昂面的防治工作。
对岩溶隧道内出现的涌水现象的机理进行了相应的阐述，同时提出了行之有效的建议，确保隧道能够在安全状态之下运营。
关键词：隧道；涌水突泥；地下水一、工程概况1.1隧道岩溶涌水突泥病害的发生过程此篇文章所选取的研究对象是某特长隧道，其形式是分离式的，该隧道所处的位置是在A市到B市之间。
左右两线均有4707m的长度，两线之间具备40米的间距。
在隧道穿越的范畴内，不良地质有岩溶以及煤还有瓦斯，同时还存在硫化氢以及尸六之类的有害气体。
正式运营期间，多次对这一隧道进行了相关的病害处置。
尤其是在隧道病害方面，实施了全方位的整治，整治内容将硫化氢、路面以及结构性病害之类的内容囊括在其中。
这一隧道在2014年8月19日22：10之际，于左线隧道ZK37+ 187的位置出现了涌水突泥现象，具体的位置是在左侧沉砂池上留设了预留孔的位置，因此导致沉砂池满，在涌出的物质里面，不仅有块石还有你傻，同时还有不少含泥量较高的岩溶水，另外在2014年8月22日21：00以及2014年9月20日18：03这两个时间段，同样的位置依然出现了涌水突泥的情况，涌出物一次躲过一次，形状大概是圆球模样，且具备长途搬运的特征。
数次出现这一现象让该隧道无法通车，不过没有造成人员以及车辆的损害。
这一次出现涌水突泥情况主要具备下列特点：①突发性。
该现象属于突然出现的，一旦情况严重，将会有开裂内鼓之类的情况出现，进而大规模影响到隧道的安全；②水量大。
该现象来势汹汹，且具备较远的流程，所涌出的水量不小，加之有不少砂粒蕴藏其中，有很大的几率会把洞内的设施淹没掉；③高压性。
当出现涌水现象之际，可能会有不小的水压力出现。
1.2原设计和施工状况在这一隧道的东侧位置，有一个新增的泄水洞，这一洞口是在一座山的复式背斜东翼，此地是单斜底层，坡度大概是53~59"。
公路隧道岩溶涌水处治施工技术分析
公路隧道岩溶涌水处治施工技术分析摘要：基于现下公路隧道施工中经常出现的岩溶问题，本文进行了着重的论述，并结合实际案例，对岩溶出现涌水的原因提出一些行之有效的治理技术和施工措施，以便为进一步提高公路隧道施工质量和施工安全作为准确参考。
关键词：公路隧道；岩溶涌水；问题分析；治理技术随着近年来我国公路隧道工程项目的不断增多，所面临的岩溶涌水问题也越来越明显，这种问题不仅会延误施工周期，降低隧道施工质量和施工安全，而且还会给附近居民的正常生活造成严重的影响。
因此，当务之急就是要寻找一条便捷有效的治理技术途径来进行处理，这样才能促进公路隧道工程的顺利开展。
1.公路隧道岩溶涌水问题及成因分析在公路隧道工程实际施工过程中，如果隧道洞身结构是由灰岩为主的碳酸盐岩和砂泥岩结构所组成，则其出现涌水问题的几率会十分之高，因为隧道洞身经过长时间的沉积钙化，其局部结构的胶结力会大大下降，孔隙率也会逐渐增大，再加上地下水的特殊性，就会使得原有的岩溶水大量排放，进而产生严重的塌陷以及岩土流失情况，给整个隧道工程质量以及周围居民的正常生活都会带来很大困扰，严重时，甚至还会引发各种自然灾害。
2.处治隧道涌水问题的技术途径2.1全面分析隧道工程是否与主天然通道相连当公路隧道施工项目与地下水主天然通道相连时，为了避免岩溶大量涌水，相关施工单位可以采取全堵施工技术进行施工。
而若岩溶水排放量较大，则可采取注浆封堵施工技术，即直接在涌水处钻一个深度适中的孔并安装同等深度的管道，也可直接钻一个与水深相同的斜孔，这样就可大大减少岩溶水排放量，保证隧道施工的安全性和顺畅性。
另外，若是公路隧道施工项目与地下水主天然通道不相连，就可采取引水施工技术进行施工，即切断天然水道的施工方法，如：建桥、造洞、增设管道等。
因为隧道中的地下水一旦为暗河水，则全堵施工技术就会延误施工周期，增加施工成本，而引水施工技术就不会出现这种情况，其不仅可以保证公路隧道施工质量，而且还能降低工程成本，保护周围环境，提高施工效率。
探析岩溶隧道涌突水的原因及治理技术
探析岩溶隧道涌突水的原因及治理技术岩溶地区的隧道建设一直是一个需要注意涌水问题的难题，如果隧道工程没有控制好涌水问题，将会对隧道的安全和使用造成严重的影响。
涌水问题的出现会给隧道建设带来诸多不可预测的风险，使得建设难度倍增。
因此，本文将从岩溶隧道涌突水的原因和治理技术两个方面进行论述。
一、岩溶隧道涌突水的原因1.本构材料特性因素最直接的原因是构造形式，而构造形式则直接受到本构材料特性的影响。
这是岩溶隧道难以避免的基本问题。
本构材料特性因素是导致岩溶隧道涌突水的重要原因。
岩溶岩石层体具有不同的物理和机械性质，如破裂、受力即发生弹性应变、断裂和塑性变形等。
2.大气变量的影响另外，湿度、雨量、气压、气温和风速等大气变量的影响，也是影响岩溶隧道涌突水的重要原因。
在岩溶地区，大气变量的影响能够促进空气和水的流动，加剧洞穴场流的形成和水下流的运动，从而加剧隧道掘进过程中岩层的破碎和冷却、收缩，导致水的渗透、流动和涌出。
3.地下水质变化地下水质也是影响涌突水的重要因素。
地下水的不同化学成分、水位、渗透性、酸碱度和其它化学指标变化，都会对涌突水产生影响。
二、岩溶隧道涌突水的治理技术1.隧道设计在隧道设计阶段，应该充分考虑地形、地质条件等因素。
一般而言，采用刚性结构和较厚的岩层分界带来加强稳定性，依靠塑性的灵活性来承受荷载，提高隧道的承载能力，这种设计能够有效地避免涌水事故的发生。
2.加固护壁对于已建成的隧道，加固护壁是一个重要的治理措施。
在施工或后期补救性加固过程中，应采用适当的防水材料，如聚氯乙烯塑料、橡胶坝、钢材等结构材料，及时进行修复和加固措施。
如果隧道内涌水比较严重，可使用钢梁或混凝土墙体进行隔离、提升隧道的承载能力，并防止岩层的强制隔断导致负压引发涌突水等事故的发生。
3.使用抗涌处理剂抗涌处理剂的使用也是岩溶隧道涌突水治理的一种有效措施。
抗涌处理剂主要通过改善岩石孔隙环境，提高岩石抗损性能和固体防水性能，预防和治疗涌突水等极端影响，提高地基和建筑物的抗震性能，避免地基松动等不良现象。
某岩溶区既有公路隧道突水机理分析
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １７ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ． ６２—７４ ．０ １０ ．０ ｓ ８ ３２ １ ． ０ ５ ４
某岩溶 区既有公路隧道突水机理分析
单长兵 ， 刘元 雪 ， 寇 佳
（ 后勤工程学院 军事建筑工程 系， 重庆 ４ １１ ） ０ ３ １
摘 要 岩溶 区既有 隧道 突水是 近年 来岩 溶 区隧道 运 营过程 中 出现 的新 问题 。 以某
文献标 志码 ： Ａ 中图 分类 号 ： Ｕ ５ Ｔ ４５
Ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌＡｎ ｌｓｓ ｏ ａｅ ｎｒ ｓ ｆ Ｏｎ ｉｔｎ ａ ｎｎ ｌｉ ｒａｎ Ｋａ ｓ ｅ ｃ ａ ｉａ ａ ｙ ｉ ｆＷ ｔ ｒＩ ｕ ｈ ｏ ｅ Ｅｘｓｉ ｇ Ｒｏ ｄ Ｔｕ ｅ ｎ ａ Ｃｅ ｔ ｉ ｒｔＡｒ ａ
Ｓ ＨＡＮ Ｃ ａ ｇ ｂｎ ， Ｉ ａ －ｕ ， ｈ ｎ － ｉｇ Ｌ Ｕ Ｙｕ ｎ ｘ ｅ ＫＯＵ Ｊａ ｉ
（ ｅｔｏ ｒｈｔ ｔｒ Ｃｖ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｌ Ｕ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｄ ｐ．ｆ ｃ ｉ ｃｕｅ＆ ｉ ｌ ｇ ｅｉ ， Ｅ Ｃ ｏｇ ｉｇ４ １ Ｃ ｉａ Ａ ｅ ｉＥ ｎ ｎ １ １
跨 越 地 下暗 河的既 有公 路 隧道 为研 究 对 象 ， 导 岩 溶 突 水 处 的水 压 力 ， 建 立 颗 粒 流模 推 并
型， 模拟岩溶突水的形成过程 。结果表 明， 随着岩溶水压 力逐渐增 大， 突水通道形成 ， 说明
岩溶 水压 力是 导致 岩溶 区既 有公路 隧道 突水 的重要 因素 。 关键词 既有 岩溶 隧道 ； 暗河 ； 突水 ； 颗粒 流理 论
第２ ７卷 第 ４期 ２ １ 年 ７月 ０１
后
勤
工
程
学
院
岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究
岩溶地区特长隧道突水、突泥机理及防治对策研究摘要：在隧道施工的过程之中，不良地质的出现是十分常见的，尤其是处在地下河管道、岩溶地区的隧道，其不仅易诱发坍塌，还有可能出现突水、突泥等安全事故的发生，给隧道施工带来非常高的安全风险。
笔者结合多年施工经验，探讨岩溶地区特长隧道突水、突泥机理，并针对性的提出防治对策，以期为其它隧道工程提供借鉴与参考。
关键词：岩溶地区；特长隧道；突水、突泥机理；防治对策前言当施工区域的地质为岩溶地质的时候，无论是开展公路铁路建设还是水利矿产工程，突水突泥的现象都会频频发生，有时甚至会出现塌方冒顶的现象，进而造成地下有害气体泄露等危机事件发生。
在上述列举的现象之中，对于岩溶地质而言，隧道的突水突泥现象是最为常见的，严重危害着工程的安全。
由此，要想顺利高效地建设岩溶地区的隧道，就必须加强对上述灾害的预防与处理工作，针对岩溶区突水突泥现象的预防与解决则更应当成为目前的重中之重。
1 工程概况永福屯隧道是广西桂林至柳城高速公路项目的一座特长隧道。
隧道起讫里程桩号左幅：ZK61+220-K66+860，长5640m；右幅：YK61+192-YK66+839，长5647m，隧道最大埋深约301m，洞轴线进洞走向方位角约262°，洞身段走向方位角约289°，出口走向方位角约282°，单幅隧道净空：11.0m×5.0m，左右幅进口洞门、出口洞门均采用削竹式。
永福屯隧道施工过程中，一共发生了4次大规模突水、突泥现象，严重影响隧道的施工进度，同时给项目造成一定的经济损失。
2 突水突泥灾害产生原因2.1地质原因在一定时期,如果水资源过于充足,突泥突水灾害也有可能发生。
故而，在河流或者盆地这样的具有丰富水资源的地区十分容易出现突泥突水现象。
与此同时,地区的地质岩性不同,发生上述现象的概率也不同,碳酸盐丰富的地区较一般地区更容易出现上述现象。
此外,地质易产生裂缝与皱褶的地方也是突水突泥现象的高发区,例如喀斯特地区与一些容易出现承压含水层灾害的地区。
隧道工程中岩溶突涌水研究
文章编号：１６７３－６０５２（２０２０）０９－００８９－０３ ＤＯＩ：１０．１５９９６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｂｆｊｔ．２０２０．０９．０２３隧道工程中岩溶突涌水研究李铁儒（二秦高速公路张家口管理处 张家口市 ０７５０００） 摘 要：隧道建设过程中，可能发生岩溶突水突泥事故。
结合实际工程，利用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件模拟岩溶突涌水对隧道的影响，提出针对突涌水的注浆工艺控制要点。
关键词：隧道工程；岩溶突涌水；数值模拟；注浆工艺中图分类号：Ｕ４５３．６＋１ 文献标识码：Ｂ 隧道工程建设时经常会遇到不良地质而发生事故，岩溶地区突涌水灾害是其中之一，许多学者已经做了大量的研究，其中ＣｈｒｉｖＧｒｏｖｅ［１］等人研究认为由于地质构造与强烈溶蚀共同作用而导致岩溶地貌发育的形成；Ｇａｂｒｏｖｓｃｋ［２］采用有限元软件对岩溶的发育过程进行模拟分析；李利平［３］等人通过研究对隧道的突涌水灾害空间进行划分；Ｖｉｅｔｔｈｕｃ［４］对在隧道中充填型岩溶管道突水的形成机理进行分析，最后利用数值分析方法还原分析灾害的演变过程；王德明［５］等人为研究断层破碎带隧道突水突泥的类型，利用大型模型试验重现了隧道在地下水赋存环境的灾变过程；张民庆［６］等人根据“注浆加固、排水减压”的原则，提出对注浆进行改良、然后在涌水口加钢筋锚固，最后在进行超前管棚的治理方式。
根据当前的研究，对隧道工程中的突涌水类型、成因及主要分布等进行分析，结合实际工程利用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对隧道岩溶突涌水过程进行研究，并优化治理方法。
１ 突涌水灾害的类型及演变规律通过对岩溶突涌水灾害的类型及演变规律进行分析，发现导致突涌水的主要诱发成因主要有裂隙型、岩溶型及断层型三种，以下对这三种诱发因素进行分析，具体见表１所示。
表１ 突涌水诱发因素分析名称成因分类分布裂隙型由于地下水流入通道形成大裂隙，在裂隙中由于透水性及富水性而引发突涌水溶蚀裂隙型分布在可溶性岩带及岩性易变化带的附近层间裂隙型分布于断层较发育的区域及岩体较破碎的地区，还可能分布在导水性能较强的岩体附近构造裂隙型该类主要是由于构造问题而导致，进而可以分为断层构造与褶皱构造，因此主要是分布在岩体中存在断层与褶皱构造的地质中岩溶型由于岩溶的存在而导致岩体岩石不稳定，在地下水的作用下而引发突涌水根据岩溶的发育程度不同，可以分为强发育层岩溶、中等发育层岩溶及微弱可溶发育层岩溶裂隙主要分布于厚层质纯灰岩的地层、可溶岩层、非可溶岩层及构造的破碎带地域断层型由于地壳的岩层在近程断层的时候，受到应力导致岩层发生断裂，两侧的岩块就此产生裂隙，当地下水将裂隙当着通道通入时，就将形成突涌水张性的断层压性的断层扭性的断层主要分布于断层地质，并且若断层的规模越大，破碎带的破碎程度与破碎带将会越大，此时的突涌水灾害将会越大２ 工程案例２．１ 工程概况根据某实际工程进行研究，隧道埋深最大为６７０ｍ，隧道断面为圆拱形，建筑限界为１０．５ｍ×５ｍ，—９８—２０２０年 第９期 北方交通本隧道所处的地质条件较差，在开挖时常常会发现有较大型的溶洞，采用数值模拟方法对岩溶突涌水对隧道的影响进行研究。
隧道充填型致灾构造突涌水机理与灾害防控方法
2023-11-07
目录
• 隧道充填型致灾构造概述 • 隧道充填型致灾构造突涌水的机理 • 隧道充填型致灾构造突涌水的防控方法 • 工程实例：某隧道施工过程中的突涌水灾害防控 • 结论与展望
01
隧道充填型致灾构造概述
隧道充填型致灾构造的定义
隧道充填型致灾构造是指隧道内部存在的、由充填物和围岩 组成的特殊地质构造。这些构造通常由多个不同类型的地层 组成，且各层之间的界面往往呈现出复杂的接触关系。
采取的防控措施及效果
01
防控措施一
02
防控措施二
03
防控措施三
04
防控措施四
05
防控效果
加强超前地质预报，采用 地质雷达、超前钻探等手 段，提前探明前方地质情 况和充填致灾构造位置、 规模等信息，为后续施工 提供依据。
在遇到充填致灾构造时， 采用加固措施，如注浆加 固、混凝土衬砌等，对溶 洞和暗河进行加固处理， 防止水流大量涌出。
界面较多：隧道中存在 较多的地层界面，如岩 层之间的接触面、断层 带、节理等，这些界面 可能导致地下水的富集 和渗流场的改变。
非均质性和各向异性： 隧道充填型致灾构造的 物理和力学性质通常呈 现出明显的非均质性和 各向异性，这使得隧道 设计和施工面临更大的 挑战。
对隧道工程影响大：由 于隧道充填型致灾构造 的特殊性质，如果不加 以妥善处理，可能会导 致隧道的突涌水灾害、 围岩失稳等问题，对隧 道的安全施工和运营产 生严重影响。
02
隧道充填型致灾构造突涌 水的机理
隧道充填型致灾构造突涌水的定义
隧道充填型致灾构造突涌水是指在隧道施工过程中，当掘进到充填型致灾构造时 ，由于围岩破碎、地层松软、富水等原因，导致大量地下水突然涌入隧道的现象 。
211137737_岩溶隧道突水机理研究
工程建设2023/04CHINA RAILWAY 岩溶隧道突水机理研究王青松（中铁二十局集团有限公司 中国铁建高原隧道施工技术及装备研发中心，陕西 西安 710016）摘要：岩溶隧道修建过程中极易发生突水灾害，是工程界的热点及难点问题。
针对岩溶隧道突水机理进行讨论剖析，首先将其概化为灾害源、突水通道形成及防突层岩体破坏3个过程，并将岩溶隧道防突层破坏类型分为整体拉剪破坏、水力劈裂、充填体渗透滑移、关键块体缺失以及综合型突水模式。
结合典型案例并利用数值模拟或理论分析对相应的破坏机制进行研究，指出实际工程中的突水多为综合型突水模式，是多种突水类型相互联系、相互作用的综合结果，且不同突水类型在一定条件下存在相关的连续性和递进演化关系。
关键词：岩溶隧道；突水；机理；数值模拟；破坏机制中图分类号：U45 文献标识码：A 文章编号：1001-683X （2023）04-0001-08DOI ：10.19549/j.issn.1001-683x.2022.11.12.0021 概述我国西南地区岩溶发育强烈，岩溶隧道突水仍是行业的重难点问题。
已建成的沪昆铁路、成昆铁路、宜万铁路、利万高速等国家重点工程，修建过程中均发生了大型甚至特大型突涌水事故。
因此，探究岩溶隧道突水机理对于预防突水灾害发生、减少人员伤亡、降低经济损失具有重要意义［1-2］。
鉴于此，国内外很多学者进行了相关方面的研究，并认为隧道近距开挖穿越岩溶体时，防突层岩体的完整性和稳定性是防止突水灾害产生的关键［3-5］。
根据防突层的性质及完整性，通常将其破坏类型分为拉、剪破坏，裂隙水力劈裂，充填体渗透滑移及关键块体缺失等类型［5-8］。
结合数值模拟及理论分析，对岩溶隧道突水机理及机制进行讨论分析，以期为工程研究提供理论支撑。
2 岩溶隧道突水机理隧道突水是由于隧道开挖造成原有地下水体循环系统及围岩力学平衡状态发生突变，并形成水的优势通道，水体以及围岩赋存的能量瞬间释放，造成大量基金项目：国家重点基础研究发展计划（973）项目（2013CB036003）；中铁二十局集团有限公司科研计划项目（YF2000SD01B ）作者简介：王青松（1989—），男，高级工程师，博士。
浅析岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势
浅析岩溶隧道突水灾害形成机理及发展趋势摘要：岩溶隧道的突水灾害特征非常显著，如流量较大，水压较高等等，属于多种类、强突发类型，具有极为复杂的灾害演变历程，目前仍不明确灾害动力失稳的规律问题。
本文浅要分析了岩溶隧道突水灾害的形成机理，对未来灾害研究的发展趋势者进行了重点剖析，以供借鉴和参考。
关键词：岩溶隧道；突水灾害；形成机理；发展趋势1引言本文以云南某高速公路隧道工程为例，该高速公路隧道的全长为20km，占总线路长度的30%左右，隧道的最大埋深为1800m，隧道最长的为5.2km。
该高速公路隧道均处于崇山峻岭之中，地质条件极为复杂，且岩层多为岩溶地带，施工地带地应力较高，富水较强，岩溶性较强，因此，存在极为严重的突水灾害隐患，在岩溶隧道的建设过程中，其施工安全性令人堪忧。
2 力学判据与最小安全厚度的确定隧道突水类型以隔水阻泥结构破坏模式为基础时，可划分成两种突水类型，即充填结构失稳突水类型，以及隔水岩体破裂突水类型。
2.1 隧道隔水岩体破裂突水类型分析隧道的岩深区域，一般特征较为明显，如渗透压力强，岩溶性强，具有较高的地应力等等，如果岩体为裂隙，突水灾害的类型，主要体现为岩体的高压水力劈裂类型，此类型在高压裂隙水的作用之下，岩体裂隙进一步扩大化，逐渐贯通，最后出现破裂。
这是形成突水通道的机制，对该类型突水的判据如以下公式所示：2.1.2 双尖点突变模型分析如隔水岩体具有极佳的隔水性能，则其渗流灾变的整个过程并不明显，而造成隔水岩体发生破断的关键等量关系，就是高水压这种关键性荷载，其他外力干扰因缘，如爆破和开挖等因素，则成为诱发的关键因素，该模型动力失稳的判断依据如下所示：2.3 充填结构失稳突水类型分析隧道如具有不良地质构造特点，存在断层岩溶管道，以及裂隙较宽等问题时，将出现隧道内部的充填介质渗流问题，进而形成突水通道，诸如隧道的岩溶管道，其填充物产生渗透性失稳突水问题，或者隧道出现断层活化突水现象等，上述情况均属于充分结构方面产生的失稳突水问题。
岩溶隧道填充物溶腔涌泥机制分析及数值模拟
岩溶隧道填充物溶腔涌泥机制分析及数值模拟摘要：通过岩溶裂隙水和地表水对岩溶隧道填充物溶腔涌泥机制进行理论分析，并建立地表水渗流对溶腔填充物与岩层接触面力学扩展模型，得出渗流会把接触面中的颗粒拖拽出一部分，接触面中的颗粒会由紧密状态、致密的结构逐渐转化为稀松的结构，使得充填物与岩层紧密的接触逐渐被隔离，充填物慢慢处于滑动的状态，随着渗水通道的扩展，静水压力对溶腔充填物的挤压，致使岩层难以支撑而发生涌泥灾害。
采用数值模拟计算分析静水压力对填充物溶腔底板的影响，得出水位线高度的变化对溶腔底板的稳定性有相当大的影响，稳定性变差时很容易造成岩层破坏发生突泥突水。
水位高度的提升，溶腔底部岩层的应力、位移、塑性变化区范围有一定程度的增加，填充物溶腔底板的稳定性降低，非常有利于溶腔内的填充物破坏岩层造成突泥突水灾害的发生。
并且溶腔底板失稳是从溶腔底板中间出开始发生破坏的。
关键词：岩溶隧道；溶腔；涌泥；机制分析；数值模拟1 引言近几年来，随着我国经济进入高速发展阶段，对交通基础建设的要求越来越高，公路的修建对交通不便的西南山岭地区起到了相当大的便利，岩溶隧道主要分布在湖南湘西以及西南地区，近些年国家在西南地区大力建设高速公路和铁路，在修建隧道的过程中不断遇到各种各样的的地质灾害，例如突泥突水、塌方以及地表塌陷，突泥突水是比较常见的灾害，也是最难预防的灾害[1]~[2]。
以湘西永吉高速六月田隧道为例，隧道在穿越隐伏的填充物溶腔地段，施工至ZK10+820时，发生三次规模不等的突泥，三次突泥总量达到了7500m3，导致了30m的半断面、25m全断面被涌泥充填，初支台车及相关的设施被涌泥冲毁，造成了重大的经济损失。
2填充物溶腔涌泥机制分析2.1岩溶裂隙水对岩体软化侵蚀作用岩溶裂隙水对岩溶岩体有软化和溶蚀两个方面，其软化作用主要是指物理软化效应，主要体现在润滑、软化和泥化等几个方面[3]。
岩溶裂隙水是地下水或者大气降水，水流通过岩体时，细小颗粒通过表面的吸附力将水分子吸到周围，水分子的加入会增大颗粒之间的空隙，从而使得胶结作用被弱化，粘结力下降，岩体结构面之间的摩擦阻力减小，裂隙水使得岩石强度降低，在安全厚度以内的裂隙岩体是不会破坏的，并且岩体在突水前处于饱和状态，饱和状态下岩体的湿度增加，此时的岩体强度与之前的岩体强度有很大的差异，受到岩溶水溶蚀的岩石区域内，其强度受到的影响更大，有些软岩受到水的溶蚀后会分解从而丧失强度。
高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究
高速铁路隧道岩溶突水发生机理研究余庆锋;吴立;尹翔;沈卫东;王先登【摘要】针对高速铁路隧道经过岩溶发育段频频发生突水、突泥的现状,以油坊坪隧道岩溶突水为研究背景,对其突水机理展开了理论及数值计算研究,建立了油坊坪隧道岩溶突水的两类力学模型,对两类模型的力学失稳机理展开了理论推导,将理论推导结果应用于油坊坪隧道岩溶突水现场,理论计算结果与隧道现场突水情况相一致.通过快速拉格朗日Flac3D程序对岩溶突水的机理及相关规律进行了数值分析计算,计算结果表明,隧道未开挖时,隧道的左拱顶沿岩溶管道方向渗流矢量强烈,表明左拱顶附近将是地下水的重要渗流通道;隧道开挖后,岩溶通道彻底打开,岩溶管道渗流朝管道临空面,隧道环向渗流矢量均朝隧道中心;对岩溶管道进行注浆处治并施加衬砌后,孔隙水压力发生明显降低,岩溶通道的一定范围外的左下侧、右侧易沿矢量集中位置形成渗流通道,可以将该范围视为需注浆加固处治区域.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)030【总页数】8页(P198-205)【关键词】高速铁路隧道;岩溶突水;发生机理;力学模型;数值模拟【作者】余庆锋;吴立;尹翔;沈卫东;王先登【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;湖北省交通规划设计院,武汉430051;中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;湖北省交通规划设计院,武汉430051;湖北省交通规划设计院,武汉430051;武汉市政工程设计研究院有限责任公司,武汉430023【正文语种】中文【中图分类】TU453我国湘、鄂、云、贵等地区发育有完整的碳酸盐岩地层，这些地区历史地质构造复杂，新构造运动活跃，在这些因素的耦合作用下形成了今天强烈的地下及地表岩溶地质缺陷。
目前，我国高速铁路大动脉已不可避免地延伸到了这些地区，最新沪昆高速铁路在这些地区的修建过程中，频频经过岩溶发育段而发生突水、突泥等工程灾害，有着“十隧九漏”以及“十隧九烂”一说，充分体现了岩溶地质缺陷给我们带来的极大困扰。
隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理
隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理1. 本文概述本文旨在深入研究隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理，以期对隧道工程安全施工与灾害防控提供科学依据。
隧道突水突泥灾害是地下工程领域中常见且具有极大破坏性的地质灾害，其发生机理复杂，涉及地质、水文、工程等多学科知识的交叉融合。
本文将从突水突泥灾害的成因、发生条件、演化过程及防治策略等方面进行全面分析，尤其关注充填溶洞间歇型突水突泥的灾变机理，以期为隧道工程的安全施工和灾害防控提供理论支持和实践指导。
本文将概述隧道突水突泥灾害的基本概念、分类及其危害，分析灾害发生的地质背景和水文条件，探讨突水突泥灾害的成因及影响因素。
在此基础上，重点研究充填溶洞间歇型突水突泥的灾变机理，分析溶洞的充填特征、突水突泥的触发条件及灾变过程，揭示灾变过程中的关键科学问题。
本文将运用数值模拟、物理模拟和现场监测等多种手段，对隧道突水突泥灾害的发生、发展过程进行模拟分析，验证充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理的正确性。
通过对比分析不同工况下的灾害演化过程，揭示灾害发生的关键参数和影响因素，为灾害防控提供科学依据。
本文将提出针对隧道突水突泥灾害的防治措施和建议，包括地质勘察、工程设计、施工技术和应急预案等方面。
通过综合运用多学科知识和技术手段，以期降低隧道突水突泥灾害的发生概率和危害程度，保障隧道工程的安全施工和长期运营。
本文旨在全面研究隧道突水突泥致灾系统与充填溶洞间歇型突水突泥灾变机理，为隧道工程的安全施工和灾害防控提供理论支持和实践指导。
通过深入分析和研究，以期为地下工程领域的防灾减灾工作提供有益的参考和借鉴。
2. 隧道突水突泥致灾系统分析隧道施工过程中遭遇的突水突泥灾害是一种严重的地质灾害类型，其形成和演化机制复杂，涉及多个自然与工程因素的耦合效应。
隧道突水突泥致灾系统主要由水源补给系统、地下水渗流路径、围岩结构稳定性及施工扰动等关键要素构成。
深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用
深长隧道充填型致灾构造渗透失稳突涌水机理与风险控制及工程应用我国是世界上隧道与地下工程建设规模、数量和难度最大的国家,交通、水电等国家基础设施建设重心正向地质条件极端复杂的山区和岩溶地区转移,施工中遭遇的“强突发、高水压、大流量、多类型”突涌水灾害治理堪称世界级工程难题。
本文以三峡库区翻坝高速公路、宜巴高速公路等深长隧道为依托工程,通过理论分析、数值模拟、室内实验、大型流固耦合模型试验、软件开发和现场试验等手段,深入研究充填型致灾构造的突涌水机理和风险控制,取得了一系列有理论价值和工程意义的研究成果,主要研究成果如下：(1)通过大量国内外突水突泥案例资料的系统收集与整理分析,划分了四种典型突水突泥灾害类型,提出了突水突泥灾害的典型地质模式：灾害源、突水通道和阻水隔泥构造,揭示了典型突涌水灾害源的赋存特征,建立了突涌水灾害源孕灾性判识指标体系和属性识别模型。
(2)通过引入充填体内部可动颗粒转化为移动颗粒的源汇项概念,根据阿基米德原理与达西定律,建立了充填体颗粒渗流基本模型,推导了充填体内部可动颗粒流失量的表达式,揭示了孔隙流速与孔隙率和渗透系数的表征关系；研制了大直径充填型致灾构造固流耦合试验装置,通过试验揭示了充填物不同加载速率情况下渗透流速、颗粒流失速量等参数变化规律。
(3)基于充填介质内部泥水两相混合体的非牛顿流体特性,建立了宾汉型泥水混合流体的本构方程,揭示了其在管道内流速分布规律和压降流量关系；基于基于赫斯特罗姆(Hedstrom)准数推导了泥水两相混合流体的临界流速,建立了泥水混合流体从层流向过渡的流态判别准则。
(4)针对季家坡隧道高陡倾充填型裂隙突涌水灾害,开展了隧道围岩和充填物基本物理力学性质测试,并基于测试结果研制了流固耦合围岩相似材料和充填物相似材料,采用研制的三维可视化突水突泥模型试验系统开展了充填型裂隙蓄水构造渗透失稳模型试验,揭示了充填物渗透失稳的灾变演化机制,真实模拟了充填物渗透失稳诱发突水突泥灾害的全过程。
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（ 武汉大 学 土木建筑 工程 学院，湖 北 武汉 ，４ ３ ０ ０ ７ ２ ）
摘要 ：为研究公路隧道充填 型岩溶 管道 突水灾变机理及其演化过程 ，针 对地质缺 陷型岩溶突水构造，建立充填型
岩溶管道 ３种力 学失稳模 型，对所 建立的失稳模型进行力学解析推导 ，得到相应的失稳判据。以富安省和庆和省 之间 １ 号公路 的 ＤＥ Ｏ Ｃ Ａ隧道发 生岩溶 突水为典型工程背景 ， 对其 突水 灾变演化 过程 展开计算 分析 ，采用真实破 裂 过程分析程序 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ和快速拉格 朗 日 Ｆ ｌ ａ ｃ 如程序分 别对岩溶 管道 突水灾变的微 、宏 观演化过程实施数值仿真分
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析 。研究结果表 明：岩溶管道充填体 的安全系数 Ｋ ＝ ０ ． ４ ６ ，说明充填体将发生滑移失稳并导致岩溶突水 ，解析计算
结 果 与 现 场 突 水 实 际相 吻 合 。 数值 计 算 结 果 较 好 地 反 映 了岩 溶 管 道 突 水 的全 过 程 演 化 机 制 。 关 键 词 ：公 路 隧 道 ；岩 溶 突 水 ； 灾 变 机 制 ；演 化 过 程
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公路隧道 充填型岩 溶管道 突水灾变机 理及 演 化 过程 数 值 分析
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第 ４ ７卷 第 １ ２期 ２ ０ １ ６ 年 ｌ ２月
中南大学学报（ 自然科 学版）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）
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中图分类号 ：Ｔ Ｕ４ ５ ３ ． ６
文献标志码：Ａ
文章编 号：１ ６ ７ ２ — ７ ２ ０ ７ （ ２ ０ １ ６ ） １ ２ — ４ １ ７ ３ — ０ ８
Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｓ ｍ ｏ ｎ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｕ ｓ ｈ ｄ ｉ ｓ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｉｌ ｆ ｌ ｉ ｎ ｇ ｋａ ｒ ｓ ｔ ｐｉ ｐ ｉ ｎｇ ａ ｎ ｄ