浅谈隧道突水突泥处治措施与风险控制

浅谈隧道突水突泥处治措施与风险控制
摘要：随着我国西部大开发战略的快速推进,西部地区交通基础建设大幅度展开,长大岩溶隧道建设越来越多。

岩溶地区长大隧道修建过程中,经常遇到突水突泥等大型地质灾害，轻则冲毁机具、贻误工期,重则造成人员伤亡和重大财产损失。

文章首先通过分析万利高速公路长安寨隧道施工中突水突泥发生的原因，然后根据岩溶洞穴的大小及洞穴与隧道部位的关系，制定了岩溶隧道溶洞处治措施以及突水突泥风险控制措施，对岩溶隧道施工中的突水突泥病害治理具有工程使用价值。

关键词：溶隧隧道；突水突泥；处治措施；风险控制
0 前言
突水、突泥等灾害已成为我国岩溶地区隧道修建中最严重、最常见的地质灾害之一，大规模的突水、突泥不但危及隧道施工安全，影响隧道施工进度，一旦施工措施不当，常会使隧道建成后运营环境恶劣，地表生态恶化，给人们的生产和生活造成重大损失。

在岩溶地区修建隧道工程的主要危害如下：
诱发工程灾害和人员伤亡；
引起地面塌陷和地表沉降；
造成水资源减少和枯竭；
导致水质污染。

综合上述，如何规避岩溶隧道工程灾害的发生、控制地面塌陷和地表沉降、减免水资源损失、防范地下水质污染，已成为当前国内外岩溶隧道施工中亟待解决的技术难题。

因此，针对不同的岩溶隧道工程，系统总结岩溶突水突泥机理，进行岩溶突水灾变特征、灾变过程及灾变机理的分析，提出有效的防治对策，确保工程安全优质高效施工，以及保证工程投入后正常运营，都具有十分重要的理论意义和工程使用价值。

1工程概况
长安寨隧道位于重庆市万州区长滩镇南侧，距离赶场镇约4km，隧址区属中低山丘陵地貌区。

隧道进口段位于一冲沟的左侧，高程约为294～340m，斜坡坡度22～30°，相对高差46m。

K线隧道出口段位于河流槽谷的左侧，高程约297～316m，斜坡坡度39～41°，局部成陡坎，相对高差19m。

G、J线隧道出口段位于河流槽谷的左侧，高程约279～339m，斜坡坡度37～39°，局部成陡坎，相对高差60m。

1.1 水文地质特征
长安寨隧道地表岩溶主要表现为溶沟、溶洞及溶隙。

岩溶水的富集状况与分布的碳酸盐岩类岩溶发育强弱关系密切，岩溶的发育程度严格受地层岩性、地质构造及最低侵蚀基准面控制。

隧址区位于地下岩溶水的水平排泄区，由于磨刀溪河的深切，岩溶水亦不断的向下侵蚀，地下水位已远远低于隧道设计标高；溶隙及小溶孔中均水含水岩性为三叠系下统嘉陵江组、巴东组三段，为主要含水岩组。

岩性以薄～中厚层状石灰岩、白云质灰岩、白云岩、泥灰岩为主，该层位含水岩组中岩溶中等发育。

地下水主要沿溶蚀裂隙赋存和进行补给、径流和排泄，地表泉水数量较少，仅在隧道进口北东侧碎屑岩类与碳酸盐岩类接触面上见泉点分布，泉水多为间歇性泉。

根据地质测绘，连续降雨后，泉流量一般为0.05～0.10/s，该含水岩组属弱～中等富水的含水岩组。

1.2 工程地质特性
长安寨隧道于ZK36+060、GZK36+070、JZK36+072穿越方斗山冲断背斜，于ZK36+140、GZK36+196、JZK36+190穿越自生桥逆断层。

方斗山冲断背斜轴部发育有一走向逆断层，位于背斜中段轴部略偏南东翼。

长约7km，倾向北西，倾角69～75°，北西盘T1j逆冲于南东盘的T2b之上，为走向逆冲断层。

自生桥逆断层位于长安寨隧道K线K36+200附近。

断层破碎带主要由断层角砾岩组成，围岩呈碎裂结构、土夹石状结构，易垮塌，地下水以股状涌出，施工中极易发生突水、突泥。

1.3 突水突泥情况
长安寨隧道(K、G、J线)岩溶可能突水段主要位于嘉陵江碳酸盐岩段。

隧址区位于岩溶中等发育带，地下岩溶形态以溶洞、暗河为主，存在岩溶管道，含水介质大致可视为非均质各向异性，这种不均一性的存在，必然导致在局部地段产生突水、突泥、塌陷等，从而给隧道施工带来影响和危害。

据地表岩溶调查区内岩溶发育和地下水富集都受断层、褶皱或可溶岩与非可溶岩接触带控制。

路段区岩溶产生突水、突泥、塌陷等工程地质问题分布于长安寨隧道K线(桩号为K36+020～K36+080、K36+120～K36+190)、G线(里程桩号为GK36+120～GK36+190、GK36+130～GK36+190)和J线(里程桩号为(JK36+120～JK36+090、JK36+130～JK36+190)。

地表溶洞、落水洞、漏斗等岩溶现象较发育。

2 溶洞处治措施
2.1 岩溶水的治理措施
对岩溶水处理坚持“以排为主，排堵结合”的原则。

排水一般情况下采用盲沟将溶洞水引入中心排水系统，具体对岩溶水的整治，设计以采用截、堵、排、防综合措施原则。

为防止岩溶水突然涌现，施工中应采用TSP或雷达超前探测预报，异常段采用钻孔超前探测验证，根据钻孔出水量按设计图处治，当设计的处
治方法不适用时，应及时通知业主、监理和设计单位，同时应预备足够的抽水设备，以保安全。

2.2 岩溶洞穴的治理措施
根据地勘报告，设计中对策之一就是在施工期间应加强超前地质预报和必要的物探手段，然后根据岩溶洞穴的大小及洞穴与隧道不同部位的关系，采取了跨越、封闭堵塞、加固、以及绕避的办法来治理。

具体分以下几个方面来考虑：
(1) 对于隧道开挖中揭露的发育深度小于3.0m的小溶洞、溶穴，原则上采用回填处理，根据溶洞分布位置与隧道的关系，按以下方案处治小溶洞：
1) 处于起拱线以上的小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用锚喷网支护溶洞壁，回填浆砌片石等结构措施处理；
2) 处于起拱线以下的小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用锚喷网支护溶洞壁，浇筑二次衬砌时回填C15混凝土回填，回填厚度不小于1.5m；
3) 处于基底以下的小溶洞，在清除溶洞填充物后，采用C15混凝土回填密实，横向宽度两侧超出基底 1.5m。

采用锚喷支护溶洞壁，回填浆砌片石等结构措施处理。

(2) 对于隧道开挖中揭露的发育深度超过3.0m的规模较大的溶洞，根据溶洞分布与隧道的关系及溶洞内充填物情况，分下列三种情况进行处治：
1) 溶洞位于起拱线以上且溶洞无充填物或充填物易清除，采用锚喷支护加固溶洞壁，顺溶洞壁布置环向双ф22钢筋拱，钢筋拱纵向间距0.5m，二次衬砌浇筑完毕，从预留洞中砌筑1.5m厚C15混凝土护拱；
2) 溶洞位于起拱线以上且溶洞内有充填物清除不易，先施作ф42超前小导管，小导管环向间距30cm，纵向间距2.0m。

其辅助施工措施、施工方法参照Ⅴ级围岩洞口浅埋岩质地层衬砌设计图执行。

在小导管保护下进行开挖，开挖应遵循“短进尺，弱爆破”的原则，每开挖0.5m，安设1榀18工字钢，注意钢架基础处适当扩挖，以保证基础稳固，施作锁脚锚杆，铺钢筋网、喷射混凝土，二次衬砌采用钢筋混凝土。

18工字钢和二次衬砌配筋参照Ⅴ级围岩洞口浅埋围岩质地层衬砌设计图相关设计执行；
3) 对于位于起拱线以下规模较大的溶洞，采用回填嵌补、支顶加固、回填封闭或桩基础(扩大基础)跨越等多种措施处理，动态设计为概念设计，具体设计根据溶洞分布实际情况确定。

2.3 岩溶地段安全保证措施
(1) 采用TSP203地质预报系统、超前钻探、地质雷达等超前地质预报预测
手段进一步探明掌子面前方的工程地质、水文地质的活动态势等情况，主要探测岩溶发育段、断层破碎带地段岩石的强度、岩性、岩层的破碎程度岩溶发育程度、水压力和涌水量的情况，从而正确选择开挖方法、注浆参数及相应技术参数。

(2) 采取管棚、小导管和预注浆进行预支护。

采用“早预报、预注浆、管超前、半断面、留核心、短进尺、弱爆破、强支护、紧封闭、勤量测”的施工原则保证施工安全。

2.4 突水突泥风险控制措施
隧道通过岩溶地区或采空区时，采用综合超前地质预报，探明溶洞的分布范围、类型、规模、发育程度、填充物、地下水的情况（有无长期补给来源、雨季水量有无增长等）及岩层的稳定程度等，按照“堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则分别以“疏导、堵填、注浆加固、垮越、绕避、宣泄”等措施进行处理。

(1) 针对可溶岩，采用多种超前预报手段，以地质调查法为基础，以超前钻探发法为主，结合多种物探手段进行综合超前地质预报，查清前方地质情况。

根据预测及预报结果对围岩进行预加固处理。

(2) 对预计有突水、突泥地段，要备足抽水等应急设备，要用逃生应急预案。

(3) 为防止突泥，在不同年代可溶岩接触带、可溶岩与非可溶岩接触带、断层破碎带采用超前周边注浆加固围岩。

(4) 将监控量测和超前地质预报纳入工序，合理确定进度指标。

结论
(1) 长安寨隧道采用TSP203地质预报系统、超前钻探、地质雷达等多种方法进行综合地质预报，能提高地质分析准确程度，便于科学制定设计施工方案，提前采取预防措施防止造成重大损失。

(2) 隧道突水突泥形式千变万化，处理方法多种多样，施工中需针对实际情况采取相应的处理技术，以达到更佳的施工效果。

长安寨隧道根据岩溶洞穴的大小及洞穴与隧道不同部位的关系，采取了跨越、封闭堵塞、加固、以及绕避的办法来治理隧道突水突泥段。

通过管棚和小导管支护围岩，注浆将松散的破碎体固结起来，形成一个环向的稳固支撑体，有效阻止松散破碎体的突涌。

参考文献
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